Brevet FR3132323A1 — publié le 20230804

Ensemble d’aubages statiques à calage variable Ensemble d’aubages statiques pour turbomachine, l’ensemble comprenant au moins une structure fixe et une pluralité de pales (11) à calage variable, caractérisé en ce que chaque pale (11) comprend : - une partie aval (21) rigide, définissant un bord de fuite (15) de la pale (11), la partie aval (21) étant montée fixe par rapport à chaque structure fixe, - une partie amont (23) rigide, définissant un bord d’attaque (13) de la pale (11), la partie amont (23) étant montée mobile en translation circonférentielle par rapport à chaque structure fixe, et - une partie médiane (25) souple reliant mécaniquement la partie amont (23) et la partie aval (21). Figure à publier avec l’abrégé : figure 3 Ensemble d’aubages statiques à calage variable Domaine technique de l’invention L’invention concerne une turbomachine comprenant des aubages statiques à calage variable. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel ensemble. Etat de la technique antérieure Les aubages statiques sont des rangées d’aubes arrangées circonférentiellement autour de l’axe principal d’une turbomachine, non rotatives autour de cet axe. Les aubages statiques ont une fonction de redressement du flux d’air en sortie d’un étage d’aubes rotatives qui ont accéléré ledit flux d’air. Comme représenté sur la , un tel ensemble 1 d’aubages statiques 3 peut être utilisé sur une turbomachine 5 non-carénée, en aval d’une l’hélice 7, pour redresser le flux d’air en sortie d’hélice. L’ensemble 1 comprend une structure fixe 9 et une pluralité de pales 11 réparties régulièrement autour d’un axe principal A de la turbomachine 5. Plus communément, on peut retrouver ce type d’ensemble d’aubages statiques dans une turbomachine carénée pour les stators de compresseurs et de turbine. Afin de redresser l’écoulement de l’air dans l’axe de la turbomachine, et d‘assurer qu’elle fournisse une poussée efficace, le profil aérodynamique des pales des aubages statiques est particulièrement important. Le profil aérodynamique d’une pale 11 d’aubage statique 3 peut être décrit de manière simple à partir de trois angles représentés sur la , qui est une vue en coupe dans un plan orthoradial d’une telle pale. La pale 11 comprend un bord d’attaque 13, s’étendant le plus en amont selon la direction de l’axe principal A, et un bord de fuite 15, s’étendant le plus en aval selon cette direction, ainsi qu’un bord d’intrados 17 et un bord d’extrados 19 s’étendant du bord d’attaque 13 au bord de fuite 15. On définit deux lignes caractéristiques du profil de la pale dans le plan de section : la corde C qui s’étend entre le bord d’attaque 13 et le bord de fuite 15 de manière rectiligne, et le squelette S, ou ligne de cambrure, qui s’étend entre le bord d’attaque 13 et le bord de fuite 15, équidistant du bord d’intrados 17 et du bord d’extrados 19. L’angle de calage α est l’angle mesuré dans le plan de section entre la corde C et la direction de l’axe principal A. L’angle d’attaque β1 est l’angle mesuré dans le plan de section entre une tangente au squelette S au niveau du bord d’attaque 13 et la direction de l’axe principal A. L’angle de fuite β2 est l’angle mesuré dans le plan de section entre une tangente au squelette S au niveau du bord de fuite 15 et la direction de l’axe principal A. Afin de redresser le flux d’air dans la turbomachine le plus efficacement possible, il est connu que l’angle de fuite β2 des pales 11 des aubes statiques doit être le plus proche de 0 possible. Cela améliore fortement les performances acoustiques et aérodynamiques de la turbomachine. L’angle d’attaque β1 dépend, lui, de la conception des pales de l’ensemble tournant (hélice, soufflante ou rotor de compresseur, par exemple), situé en amont des aubes de guidage de sortie. En effet, l’angle de calage α des pales des aubes de l’ensemble de redressement doit être adapté à l’angle de calage α de celles de l’ensemble tournant, afin de redresser le flux d’air efficacement. L’angle d’attaque β1 est généralement compris entre 30° et 35° pour une turbomachine carénée et entre 0° et 20 ° pour une turbomachine non-carénée. En outre, il est également connu que la possibilité de modifier l’angle de calage α des aubages dudit ensemble tournant au cours du fonctionnement de la turbomachine permet un gain non négligeable sur ses performances. Cependant, une telle modification dynamique de l’ensemble tournant nécessite un ajustement des angles de calage α des pales de l’ensemble d’aubages statiques de redressement en contrepartie. L’amplitude de variation de l’angle de calage α des pales de redressage est généralement de l’ordre de 10°. Un exemple de système connu d’actuateurs mécaniques permettant de modifier l’orientation d’aubages statiques est détaillé dans le document EP 1 496 208 B1. Ce système propose des pales d’aubes installées sur des pivots d’axes radiaux, permettant de modifier le calage de manière dynamique au moyen d’un anneau d’actionnement. Un tel anneau d’actionnement peut être disposé radialement extérieurement autour des pales de l’ensemble d’aubages fixes, dans le cas d’une turbomachine carénée, ou bien radialement intérieurement dans le cas d’une turbomachine carénée ou non-carénée. Cependant, un tel système modifie l’ange de fuite β2 en même temps que l’angle de calage α, en l’éloignant de la valeur désirable de 0°, du fait du mouvement de rotation de la pale. Par conséquent, les modifications de calage α utilisées lors du fonctionnement de la turbomachine sont nécessairement le résultat d’un compromis, afin d’avoir une modification maximale de l’angle d’attaque β1, dans la limite du besoin aérodynamique et acoustique, pour une modification minimale de l’angle de fuite β2. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un système permettant une modification dynamique des angles de calage et d’attaque d’une pale d’aubage statique, tout en maintenant l’angle de fuite à une valeur optimale. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble d’aubages statiques pour turbomachine, l’ensemble comprenant au moins une structure fixe et une pluralité de pales à calage variable, caractérisé en ce que chaque pale comprend : - une partie aval rigide, définissant un bord de fuite de la pale, la partie aval étant montée fixe par rapport à chaque structure fixe, - une partie amont rigide, définissant un bord d’attaque de la pale, la partie amont étant montée mobile en translation circonférentielle par rapport à chaque structure fixe, et - une partie médiane souple reliant mécaniquement la partie amont et la partie aval. De telles aubes permettent un réglage de l’angle de calage en fonctionnement de la turbomachine afin d’optimiser le redressement du flux d’air aux conditions de vol. Ce réglage de l’angle de calage se fait de plus sans modifications de l’ange de fuite, qui reste ainsi proche de la valeur optimale, par exemple 0°. Un aubage statique est un aubage non-rotatif, c’est à dire monté fixe par rapport à un carter de turbomachine. Il s’agit par exemple d’une aube de stator de compresseur basse pression ou haute pression, ou encore d’une aube de guidage de sortie pour une turbomachine carénée ou non-carénée. Le mouvement de translation circonférentielle de la partie amont a lieu selon la direction circonférentielle locale, c’est-à-dire qu’il correspond à une composante locale d’un mouvement de rotation de la partie amont autour d’un axe principal de la turbomachine. Chaque pale peut comprendre au moins une cavité radiale interne ménagée dans la partie amont et/ou dans la partie aval. De telles cavités dans les parties rigides aval et/ou amont permettent de réduire la masse de l’aube, conformément à l’état de l’art sur les aubages monolithiques. La partie médiane peut comprendre au moins une cavité radiale interne et/ou moins un insert radial rigide. Une telle caractéristique permet d’adapter la flexibilité et/ou la raideur de la partie médiane aux besoins de la turbomachine. L'ajout d'inserts radiaux dans cette partie permet d'augmenter sa raideur, et l'ajout de cavités d'augmenter la flexibilité. Le nombre et la position de ces éléments permettent en outre d'adapter la déformée de la partie flexible, c'est-à-dire la géométrie prise lors de sa flexion, pour optimiser l'écoulement aérodynamique en fonctionnement, en plus des propriétés mécaniques de cette partie clef de l'aubage. La partie médiane peut être réalisée en matériau polymère thermoplastique. Le matériau polymère thermoplastique peut par exemple faire partie de la famille des polyaryléthercétones (PAEK), par exemple le polyétheréthercétone (PEEK). Chaque pale peut comprendre un organe de liaison secondaire reliant mécaniquement la partie amont et la partie aval et présentant une résistance mécanique supérieure à une résistance mécanique de la partie médiane. L’organe de liaison secondaire peut par exemple comprendre au moins un câble tenseur métallique, noyé dans la partie médiane. La résistance mécanique considérée est notamment la résistance en traction. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un ensemble comme plus haut, le procédé comprenant des étapes de : - formation de la partie amont et de la partie aval, - formation de la partie médiane et solidarisation de ladite partie médiane aux parties amont et aval, pour former la pale, - fourniture d’au moins une structure fixe et montage de la pale sur chaque structure fixe, la partie aval étant montée fixe par rapport à chaque structure fixe et la partie amont étant montée mobile en translation circonférentielle par rapport à chaque structure fixe. La partie médiane peut être formée par surmoulage dans un moule contenant les parties amont et aval. Cela permet une bonne tenue mécanique entre la partie médiane et les parties amont et aval. De plus, une telle caractéristique permet d’obtenir simplement un profil aérodynamique continu entre les parties amont, médiane et aval. Alternativement, la partie médiane peut être formée à part et fixée aux parties amont et aval, par exemple par collage. La partie amont et/ou la partie aval peuvent être formées dans un moule selon un procédé de type LCM (« Liquid Composite Molding », famille de procédés incluant l’infusion, la RTM (« Resin Transfer Moulding ») et leurs dérivés), le procédé comprenant des étapes de : - introduction dans le moule d’au moins une préforme comprenant un matériau fibreux, - injection d’un polymère ou d’une résine dans le moule, de manière à noyer chaque préforme, et - durcissement de la résine ou du polymère pour former la partie amont et/ou la partie aval. Des noyaux solubles peuvent être mis en place dans le moule avant l’injection de la résine ou du polymère, puis dissous après le durcissement de la résine ou du polymère pour former des cavités. Lesdites cavités peuvent être formées dans la partie amont, dans la partie aval, ou dans le moule entre les parties amont et aval. Au moins un des noyaux solubles peut présenter des conditions de dissolution différentes d’au moins un autre des noyaux solubles. Les conditions de dissolution peuvent comprendre la température de dissolution, le type de solvant et/ou la concentration du solvant utilisé pour dissoudre le noyau soluble. Une telle caractéristique permet de dissoudre les noyaux solubles de manière sélective, afin de garder certaines cavités bouchées au cours d’une étape d’injection ultérieure par exemple. Brève description des figures La est une vue de côté d’une turbomachine comprenant un ensemble d’aubages statiques, la est une vue en coupe dans un plan orthoradial d’une pale d’aubage statique de l’état de la technique, la est une vue en coupe dans un plan orthoradial d’une pale d’aubage statique d’un ensemble selon un premier mode de réalisation de l’invention, la est une vue en coupe dans un plan orthoradial d’une pale d’aubage statique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, et les figures 5 à 9 illustrent des étapes d’un procédé de fabrication de la pale d’aubage de la . Ensemble (1) d’aubages (3) statiques pour turbomachine, l’ensemble (1) comprenant au moins une structure fixe (9) et une pluralité de pales (11) à calage variable, caractérisé en ce que chaque pale (11) comprend : - une partie aval (21) rigide, définissant un bord de fuite (15) de la pale (11), la partie aval (21) étant montée fixe par rapport à chaque structure fixe (9), - une partie amont (23) rigide, définissant un bord d’attaque (13) de la pale (11), la partie amont (23) étant montée mobile en translation circonférentielle par rapport à chaque structure fixe (9), et - une partie médiane (25) souple reliant mécaniquement la partie amont (23) et la partie aval (21). Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel chaque pale (11) comprend au moins une cavité (35) radiale interne ménagée dans la partie amont (23) et/ou dans la partie aval (21). Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie médiane (25) comprend au moins une cavité radiale (37) interne et/ou au moins un insert radial (39) rigide. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie médiane (25) est réalisée en matériau polymère thermoplastique. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque pale (11) comprend un organe de liaison secondaire reliant mécaniquement la partie amont (23) et la partie aval (21) et présentant une résistance mécanique supérieure à une résistance mécanique de la partie médiane (25). Procédé de fabrication d’un ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, le procédé comprenant des étapes de : - formation de la partie amont (23) et de la partie aval (21), - formation de la partie médiane (25) et solidarisation de ladite partie médiane (25) aux parties amont (23) et aval (21), pour former la pale (11), - fourniture d’au moins une structure fixe (9) et montage de la pale (11) sur chaque structure fixe (9), la partie aval (21) étant montée fixe par rapport à chaque structure fixe (9) et la partie amont (23) étant montée mobile en translation circonférentielle par rapport à chaque structure fixe (9). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la partie médiane (25) est formée par surmoulage dans un moule (50) contenant les parties amont (23) et aval (21). Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la partie amont (23) et/ou la partie aval (21) sont formées dans un moule (50), le procédé comprenant des étapes de : - introduction dans le moule (50) d’au moins une préforme (41) comprenant un matériau fibreux, - injection d’un polymère ou d’une résine dans le moule (50), de manière à noyer chaque préforme (41), et - durcissement de la résine ou du polymère pour former la partie amont (23) et/ou la partie aval (21). Procédé selon la revendication 8, dans lequel des noyaux solubles (43, 45, 47) sont mis en place dans le moule (50) avant l’injection de la résine ou du polymère, puis dissous après le durcissement de la résine ou du polymère pour former des cavités (35, 52, 37). Procédé selon la revendication 9, dans lequel au moins un des noyaux solubles (43, 45, 47) présente des conditions de dissolution différentes d’au moins un autre des noyaux solubles (43, 45, 47).