Brevet FR3138466A1 — publié le 20240202

Le présent document concerne une roue d’aubes pour turbomachine, en particulier pour une soufflante sans carénage de la turbomachine, comprenant au moins une aube (204) comprenant une pluralité de cartouches (202-1,202-2,202-3) de génération de gaz aptes à être déclenchées pour fissurer ladite aube. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 3] Aube pour turbomachine Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des procédés et systèmes de protection d’aubes, en particulier des aubes pour soufflante de turbomachine, en particulier pour soufflante sans carénage. Etat de la technique antérieure Un exemple de moteur non caréné, également appelé « open rotor » en anglais, est représenté à la . Le moteur 1 à hélice non carénée est attaché à un pylône 2 de maintien sur la structure d'un aéronef, qui n'est pas représenté. Le caractère non caréné de l'ensemble hélice et redresseur offre un taux de dilution bien supérieur aux moteurs à double flux actuels. Le moteur 1 peut être positionné par exemple soit sous une aile soit contre le cône arrière du fuselage de l’aéronef. L'amont et l'aval s'entendent ici par rapport à la direction générale du flux d'air F suivant l'axe X du moteur. Ledit moteur 1 comprend un compartiment générateur de puissance 3 alimenté en flux primaire par une entrée d'air annulaire 4. Le compartiment générateur de puissance 3 entraîne une hélice 5 non carénée placée en amont de l'entrée d'air annulaire 4, comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles 8. Une rangée annulaire 6 d'aubes de stator 9 est fixée au carter 7 du compartiment générateur de puissance 3, en aval de l'entrée d'air annulaire 4. Cette rangée annulaire 6 d'aubes de stator 9 a pour fonction de redresser le flux d'air F entraîné par l'hélice 5, qui passe autour du carter 7 dudit compartiment générateur de puissance 3. Le pylône 2 est fixé au carter 7 du compartiment générateur de puissance 3, en aval de la rangée annulaire 6 d'aubes de stator 9. Cependant, en cas de rupture d’une aube mobile 8 ou d’une aube de stator 9, les débris de ladite aube peuvent impacter un autre ensemble propulsif, l’aile ou le fuselage de l’aéronef. En effet, l’absence de carénage autour des aubes mobiles 8 et des aubes de stator 9 ne permet pas de retenir les débris en cas de rupture des aubes comme sur les turbomachines à carénage. Pour éviter l’endommagement de l’aéronef, il est possible de blinder le fuselage de l’aéronef. Cependant, ceci augmente la masse de l’aéronef et réduit l’efficacité de la turbomachine. L’invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l’invention concerne une roue d’aubes pour turbomachine, en particulier pour une soufflante sans carénage de la turbomachine, comprenant au moins une aube, ladite aube comprenant une pluralité de cartouches de génération de gaz aptes à être déclenchées pour fissurer ladite aube. Les cartouches permettent d’accélérer la rupture et l’éjection des débris des aubes fragilisées en particulier dans une direction qui n’impactera pas les aubes voisines. L’aube peut être réalisée en un matériau suffisamment fissible vis-à-vis des efforts fournis par les cartouches, en particulier réalisée en un tissage de fibres noyés dans une résine. La roue d’aubes peut comprendre un ou plusieurs détonateurs aptes à déclencher une ou plusieurs desdites cartouches de génération de gaz. Lesdits détonateurs peuvent être en liaison avec les cartouches de génération de gaz par des câbles électriques ou bien par une commande sans fil à distance par exemple par ondes de types wifi, par Bluetooth © ou autre. Les cartouches peuvent être agencées en grappes. Par exemple, une cartouche peut être indépendante des grappes pour des besoins précis dans une zone particulière de l’aube. La roue d’aubes peut comprendre plusieurs détonateurs, chaque détonateur étant configuré pour déclencher une grappe de cartouches de génération de gaz. Chaque groupe de cartouches peut être relié par un même câble à un ou plusieurs détonateurs électriques. Par exemple, une première grappe de cartouches peut être située au niveau d’une première zone latérale de l’aube et une deuxième grappe de cartouches peut être située au niveau d’une deuxième zone latérale de l’aube opposée à la première zone latérale. La première zone latérale peut s’étendre suivant un bord d’attaque de l’aube et la deuxième zone latérale peut s’étendre suivant un bord de fuite de l’aube. En outre, une troisième grappe de cartouches peut être située au niveau d’une troisième zone de l’aube située radialement à l’extérieur de l’aube, autrement dit au niveau de la périphérie radialement externe de l’aube. Ainsi, chaque grappe de cartouches peut endommager une partie ciblée de l’aube. Bien entendu, l’aube peut comprendre plus ou moins de trois grappes de cartouches. Les câbles électriques ou les systèmes d’allumage peuvent être intégrés dans l’aube. Selon un mode de réalisation, les cartouches de génération de gaz peuvent être des cartouches explosives. Les cartouches peuvent être de tout type de cartouches aptes à découper par déchirement localement l’aube lorsqu’elles sont déclenchées. Par exemple, les cartouches peuvent être des cartouches d’un type similaire aux cartouches d’airbag, en particulier des cartouches génératrices de gaz par explosion. Lesdites cartouches airbag peuvent être équipées de capteurs pour contrôler le bon comportement de l’aube. Les cartouches de génération de gaz peuvent être des cartouches à mélange d’air et d’hydrogène, les cartouches de génération de gaz étant alimentées en air par un flux d’air traversant la turbomachine. Selon un mode de réalisation, chaque aube peut comprendre les cartouches de génération de gaz. Chaque aube peut être réalisée en fibres de carbone noyés dans une résine. L’invention concerne encore une turbomachine comprenant une soufflante sans carénage ou roue d’aubes tel que précité. L’invention concerne encore un procédé de protection d’une roue d’aubes tel que précité, comprenant les étapes consistant à : - détecter une crique dans une ou plusieurs aubes de la roue d’aubes, - déclencher une ou plusieurs cartouches de génération de gaz de ladite aube détectée. Le procédé peut comprendre les étapes consistant à : - déterminer une ou plusieurs aubes à retirer de la roue d’aubes, en plus de la ou les aubes détectées, permettant de limiter le balourd de la roue d’aubes, et - déclencher une ou plusieurs cartouches de génération de gaz de ladite aube détectée. Le procédé permet de protéger les éléments extérieurs, comme le fuselage, de l’aéronef portant la roue d’aubes. Selon un mode de réalisation, les charges des cartouches peuvent être déclenchées lorsque les aubes concernées entrent dans une zone angulaire prédéterminée, comprise entre un vingtième et un cinquième, en particulier d’environ un dixième, du cercle dans lequel sont inscrites les aubes de la roue d’aubes. En particulier, ladite zone angulaire prédéterminée peut être configurée de sorte que lorsque l’aube est détruite par les couches, ses débris ne touchent ni l’aéronef, ni son environnement. L’invention concerne encore un procédé de protection d’une turbomachine comprenant une roue d’aubes tel que précité, comprenant les étapes consistant à : - détecter une survitesse d’un élément de ladite turbomachine, - déclencher une ou plusieurs cartouches de génération de gaz d’une ou plusieurs aubes de la roue d’aubes. L’étape de détection de survitesse peut concerner la détection de survitesse d’un arbre basse pression, d’un arbre haute pression, d’une turbine haute pression ou d’une turbine basse pression de la turbomachine. La survitesse peut être due à un problème mécanique sur un élément du générateur de puissance, comme une rupture d’arbre, une perte d’aube de turbine, etc. Ces aléas auraient des effets néfastes sur l’intégrité de la turbomachine. La fissuration des aubes de la roue d’aubes, en particulier de la soufflante, par déclenchement des cartouches de génération de gaz, permet de limiter les effets de tels problèmes mécaniques. Le procédé peut comprendre une étape de détermination de l’aube ou des aubes à retirer par déclenchement des cartouches de génération de gaz. La ou les aubes à retirer peuvent être choisies de sorte à réduire la vitesse de la turbomachine. Brève description des figures la déjà décrite représente un exemple de moteur d’aéronef sans carénage, la représente une aube équipée selon l’invention pour une turbomachine sans carénage, la représente un exemple de procédé de protection d’une roue d’aubes d’une turbomachine sans carénage comprenant une aube telle que représentée à la , la représente une vue de face d’une roue d’aubes comprenant une aube telle que représentée à la , la représente un aéronef portant la roue d’aubes de la . la représente un exemple de procédé de protection d’une turbomachine sans carénage comprenant une roue d’aubes telle que représentée à la . Description détaillée de l’invention La représente une aube 204 réalisée par un tissage de fibres, en particulier en fibres de carbone noyées dans une résine pour solidifier les fibres. L’aube 204 comprend une pluralité de cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 incrustées dans l’aube 204. Les cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 sont agencées en grappes. Chaque groupe de cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 est relié par un même câble 206-1, 206-2 et 206-3, respectivement, à un détonateur électrique. Les cartouches 202-1 sont agencées au niveau d’une première zone latérale 208-1 de l’aube 204 et les cartouches 202-3 sont agencées au niveau d’une deuxième zone latérale 208-3 de l’aube 204 opposée à la première zone latérale 208-2. Les cartouches 202-2 sont agencée au niveau d’une troisième zone 208-2 située radialement à l’extérieur de l’aube 204. Ainsi, chaque groupe de cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 peut endommager une partie ciblée de l’aube 204. Bien entendu, l’aube peut comprend plus ou moins de trois groupes de cartouches 202. Les cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 peuvent être de tout type de cartouches aptes à découper par déchirement localement l’aube 204 lorsqu’elles sont déclenchées. Par exemple, les cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 peuvent être des cartouches de type similaire aux cartouches d’airbag, en particulier des cartouches génératrices de gaz par explosion. Les capsules type airbag pourront être équipées de capteurs pour contrôler le bon comportement de l’aube. Les cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 peuvent être des cartouches générant du gaz à partir d’un mélange d’air et d’hydrogène. Dans ce cas, l’air peut provenir d’une veine d’air de la turbomachine comprenant l’aube. En outre, les cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 ou capsule et peuvent être équipées de capteurs pour suivre le comportement de l’aube et son état d’usure. En référence à la , le procédé 100 est configuré pour protéger les éléments extérieurs, et principalement le fuselage, d’un aéronef muni d’une turbomachine sans carénage, en particulier comprenant une soufflante, ou roue d’aubes 300, sans carénage telle que celle représentée à la comprenant des aubes telle que l’aube 204 de la . Pour cela, le procédé 100 comprend une première étape 102 de détection d’un début de fissure A, ou crique, ou d’une fissure dans une des aubes de la soufflante 300, par exemple l’aube 204-1. Le procédé 100 comprend ensuite une étape 104 de déclenchement des cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 de ladite aube 204-1 Par exemple, les cartouches peuvent être déclenchées par groupe en séquentiel, autrement dit en déclenchant les cartouches situées dans la zone 208-1, ensuite celles de la zone 208-2, ensuite celles de la zone 208-3. L’ordre de déclenchement peut être inversé. En outre, les cartouches de deux zones peuvent être déclenchées ensemble. De plus, toutes les cartouches peuvent être déclenchées simultanément. L’élimination de l’aube 204-1 déséquilibre la soufflante et entraine un balourd qui peut être dangereux pour l’aéronef. Pour limiter l’impact de ce phénomène, le procédé 100 comprend une étape 106 de détermination d’une ou plusieurs aubes 204-2 complémentaires en inertie à ladite aube 204-1 détectée à l’étape 102 et permettant de réduire le balourd produit par l’assouplissement de l’aube détectée à l’étape 102 ou son éjection. Ensuite, les cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 des aubes 204-2 sont déclenchées pour éliminer lesdites aubes de la soufflante et réduire le balourd entrainé par l’étape 104. Ceci permet d’exploiter la turbomachine en mode dégradé permettant à l’aéronef d’atterrir en sécurité. En référence à la , un aéronef 10 est équipé d’au moins une turbomachine elle-même équipée de la roue d’aubes 300 de la et comprend des moyens de mise en œuvre du procédé 100 de la . Pour éviter que les débris de l’aube 204-1 ou des aubes 204-2 ne percutent le fuselage de l’aéronef 10, les étapes 104 et 108 sont réalisées lorsque les aubes 204-1 et 204-2 entrent dans la zone angulaire C1 du cercle dans lequel sont inscrites les aubes 204. Ainsi, les charges explosives des cartouches 202-1, 202-2 et 202-3 sont déclenchées à chaque passage dans la zone angulaire C1 pour que les débris ne touchent ni l’aéronef 10, ni son environnement tant qu’il n’aura pas retrouvé une vitesse naturelle. Ainsi, les débris seront éjectés dans la zone angulaire C2. Les zones angulaires C1 et C2 représentent un quart dudit cercle, en particulier agencé dans la partie supérieure de la turbomachine. La zone angulaire C1 représente le tiers de ce quart de cercle. En particulier, la zone angulaire C1 est agencée en aval de la zone angulaire C2 suivant la direction de rotation des aubes 204. Il est préférable d’éviter le déclenchement des cartouches 202 lorsque l’aube est dans la zone angulaire restante C3. Le procédé 400 de la vise à protéger une turbomachine, similaire à la turbomachine 1, comprenant la roue d’aubes 300 en cas de problème mécanique sur un élément du générateur de puissance 3, comme une rupture d’arbre, une perte d’aube de turbine, etc. Le procédé 400 comprend : - une étape 402 pour détecter une survitesse d’un élément de ladite turbomachine, - une étape 404 de détermination d’une ou plusieurs aubes à retirer de la roue d’aubes - une étape 406 pour déclencher une ou plusieurs cartouches de génération de gaz dans la ou les aubes déterminées à l’étape 204 précédente. L’étape de détection de survitesse peut concerner la détection de survitesse d’un arbre basse pression, d’un arbre haute pression, d’une turbine haute pression ou d’une turbine basse pression de la turbomachine. A l’étape 404, les aubes à retirer sont déterminées de sorte à réduire la vitesse de la turbomachine. Roue d’aubes (300) pour turbomachine, en particulier pour une soufflante sans carénage de la turbomachine, comprenant au moins une aube (204), ladite aube comprenant une pluralité de cartouches (202-1,202-2,202-3) de génération de gaz aptes à être déclenchées pour fissurer ladite aube. Roue d’aubes (300) selon la revendication précédente, comprenant un ou plusieurs détonateurs aptes à déclencher une ou plusieurs desdites cartouches de génération de gaz. Roue d’aubes selon la revendication précédente, comprenant plusieurs détonateurs, chaque détonateur étant configuré pour déclencher une grappe de cartouches (202-1,202-2,202-3) de génération de gaz. Roue d’aubes selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les cartouches (202-1,202-2,202-3) de génération de gaz sont des cartouches explosives. Roue d’aubes selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les cartouches (202-1,202-2,202-3) de génération de gaz sont des cartouches à mélange d’air et d’hydrogène, les cartouches de génération de gaz étant alimentées en air par un flux d’air traversant la turbomachine. Roue d’aubes (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque aube (204) est réalisée en fibres de carbone noyés dans une résine. Turbomachine comprenant une roue d’aubes (300) selon l’une des revendications précédentes. Procédé de protection d’une roue d’aubes selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes consistant à : - détecter (102) une crique dans une ou plusieurs aubes de la roue d’aubes, - déclencher (104) une ou plusieurs cartouches de génération de gaz de ladite aube détectée. Procédé selon la revendication précédente, comprenant les étapes consistant à : - déterminer (106) une ou plusieurs aubes à retirer de la roue d’aubes, en plus de la ou les aubes détectées, permettant de limiter le balourd de la roue d’aubes, et - déclencher (108) une ou plusieurs cartouches de génération de gaz de ladite aube détectée. Procédé (400) de protection d’une turbomachine comprenant une roue d’aubes selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes consistant à : - détecter (402) une survitesse d’un élément de ladite turbomachine, - déclencher (404) une ou plusieurs cartouches de génération de gaz d’une ou plusieurs aubes de la roue d’aubes.