Brevet FR3134413A1 — publié le 20231013

Aubage amélioré de turbomachine d’aéronef Aubage (10) de turbomachine d’aéronef, comprenant au moins une plateforme (16) et au moins une pale (12) fixée à la plateforme par l’intermédiaire d’une interface de raccordement (14) courbe, la pale (12) comprenant un bord d’attaque (121), un bord de fuite (122), un intrados (123) et un extrados (124), un rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16) et la pale (12) d’un côté intrados (123) et/ou extrados (124) étant non constant entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122). Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Aubage amélioré de turbomachine d’aéronef La présente invention concerne le domaine des aubages de turbomachines d’aéronef, notamment des aubages de redresseurs mais pas uniquement. L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant un tel aubage. De manière connue en soi, les aubages de turbomachines d’aéronef, notamment de turboréacteurs, comprennent une pale s’étendant axialement entre un bord d’attaque et un bord de fuite, et radialement entre un pied de pale et une tête de pale, formant ainsi un intrados et un extrados. Cette pale peut s’étendre radialement depuis une plateforme sur laquelle elle est fixée, ou bien s’étendre radialement entre une plateforme interne et une plateforme externe. De tels aubages peuvent avoir une fonction de rotor ou de stator, peuvent être disposés dans différentes régions de la turbomachine telles que le compresseur ou la turbine, et comprendre des matériaux composites ou métalliques. Un tel aubage peut par exemple être un redresseur de flux secondaire. Un redresseur de flux de turboréacteur est un aubage statique qui a pour objectif de redresser le flux en sortie de soufflante en vue d’améliorer la performance aérodynamique du turboréacteur. Cependant, le profil au niveau du bord d’attaque de la pale est plus épais qu’au niveau du bord de fuite, ce qui implique une raideur plus importante au bord d’attaque par rapport au bord de fuite. Sous sollicitation vibratoire en flexion de la pale, un vrillage entre le bord d’attaque et le bord de fuite, et donc un changement d’incidence du profil peut se produire, entraînant des instabilités aérodynamiques. Ainsi, l’aubage peut voir son comportement en flottement et donc sa tenue et stabilité aéro-élastique se détériorer selon son environnement en service. On comprend par « comportement en flottement », le comportement de l’aubage en cas de vibrations en fonctionnement, engendrant une modification de l’angle d’incidence de la pale, et potentiellement un décrochage aérodynamique si cet angle d’incidence devient trop important. Par conséquent, lors de la phase de conception et de dimensionnement des redresseurs de flux, il est nécessaire de tenir compte des différentes contraintes auxquelles ces redresseurs sont susceptibles d’être soumis, notamment les contraintes mécaniques telles que le transfert des efforts statiques, les sollicitations vibratoires et la fatigue aéro-élastique, afin de limiter les instabilités aéro-élastiques et les risques précités. Néanmoins, les marges de dimensionnement peuvent s’avérer faibles, voir insuffisantes vis-à-vis de ces contraintes. En particulier, les leviers pour parvenir à améliorer ces marges peuvent s’avérer restreints compte tenu des dimensions de la pale qui ne peuvent être modifiées du fait de l’importance aérodynamique du profil de celle-ci. Il existe donc un besoin pour une solution permettant de palier au moins en partie aux inconvénients précités. Le présent exposé concerne un aubage de turbomachine d’aéronef, comprenant au moins une plateforme et au moins une pale fixée à la plateforme par l’intermédiaire d’une interface de raccordement courbe, la pale comprenant un bord d’attaque, un bord de fuite, un intrados et un extrados, un rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale d’un côté intrados et/ou extrados étant non constant entre le bord d’attaque et le bord de fuite. Dans le présent exposé, les termes « axial », « radial » et leurs dérivés sont définis en référence à l’axe principal de la turbomachine, et notamment l’axe de rotation de celle-ci, lorsque l’aubage est monté dans une telle turbomachine. On notera également que la corde de la pale est le segment joignant le bord d’attaque et le bord de fuite. Par ailleurs, dans le présent exposé, on comprend par « interface de raccordement courbe », qu’il n’y a pas de discontinuité, et pas d’angle saillant, dans la jonction entre la pale et la plateforme, et que cette jonction est donc continue, la plateforme et la pale étant dans le prolongement l’une de l’autre par l’intermédiaire de cette interface courbe. On comprend également que la pale et la plateforme sont monoblocs, et que l’interface de raccordement est présente tout autour de la base (ou pied) de la pale, c’est-à-dire du bord d’attaque au bord de fuite des côtés intrados et extrados. Lorsque la turbomachine, dans laquelle est montée l’aubage, est en fonctionnement, les efforts engendrés notamment par les vibrations transitent par l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale. Or, le fait que le rayon de courbure de cette interface de raccordement ne soit pas constant, c’est-à-dire évolutif le long de la corde entre le bord d’attaque et le bord de fuite, implique des zones de rigidité plus ou moins élevée au niveau de cette interface de raccordement. En augmentant notamment le rayon de courbure de l’interface de raccordement à certaines positions le long de la pale, c’est-à-dire le long de la corde, il est en particulier possible de modifier les fréquences propres de la pièce afin d’éviter certaines plages coïncidant avec les vibrations du moteur. Il est ainsi possible d’améliorer la stabilité aéro-élastique de la pale. Plus précisément, le fait d’avoir un rayon de courbure variable de l’interface de raccordement le long de la corde permet de pouvoir influer sur le comportement aéro-élastique de l’aubage, sur son comportement fréquentiel, et sur son comportement mécanique en statique, en dynamique et en fatigue, sans modifier le profil aérodynamique de la pale. Dans certains modes de réalisation, le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale est plus élevé à proximité du bord de fuite qu’à proximité du bord d’attaque. Par « à proximité du bord de fuite », on comprend une région plus proche du bord de fuite que du bord d’attaque, et notamment dans le quart de la corde le plus proche du bord de fuite. Cela permet d’apporter plus de raideur en flexion au niveau du bord de fuite sur la pale plutôt que sur le bord d’attaque, de manière à compenser et à équilibrer la différence d’épaisseur entre le bord d’attaque et le borde de fuite, et donc d’améliorer la réponse en comportement vibratoire. Cette configuration peut également permettre de compenser le rajout de masse lié à l’intégration d’un bord d’attaque métallique plus lourd sur une pièce composite d’un point de vue vibratoire, et donc de permettre d’étendre les dimensions du bord d’attaque afin d’en intégrer un plus épais ou offrant une meilleure couverture de la pale. Dans certains modes de réalisation, le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale augmente linéairement du bord d’attaque au bord de fuite. Cette configuration présente l’avantage d’être simple à mettre en œuvre et à fabriquer. Dans certains modes de réalisation, le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale augmente de manière exponentielle du bord d’attaque au bord de fuite. Cette configuration présente l’avantage, notamment par rapport à une configuration linéaire, d’accentuer la différence de raideur entre le bord de fuite et le bord d’attaque, et donc d’améliorer encore la réponse en comportement vibratoire. Dans certains modes de réalisation, le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale augmente depuis le bord d’attaque jusqu’à une première position prédéterminée entre le bord d’attaque et le bord de fuite, puis diminue depuis la première position prédéterminée jusqu’à une deuxième position prédéterminée entre le bord d’attaque et le bord de fuite, puis augmente à nouveau depuis la deuxième position prédéterminée jusqu’au bord de fuite. On comprend que la première et la deuxième position prédéterminée sont des positions de l’interface de raccordement le long de la corde, entre le bord d’attaque et le bord de fuite. La première et la deuxième position prédéterminée peuvent être déterminées lors du dimensionnement de l’aubage, et notamment de la pale, en fonction des propriétés aéro-élastiques de l’aubage que l’on souhaite obtenir. Ainsi, selon cette configuration, l’évolution du rayon de courbure entre le bord d’attaque et le bord de fuite n’est pas monotone contrairement à une évolution linaire ou exponentielle, mais l’interface de raccordement présente une portion, entre la première et la deuxième position prédéterminée, dans laquelle son rayon de courbure décroit. Il est ainsi possible d’ajuster la réponse en comportement vibratoire, en ajustant la position des première et deuxième positions prédéterminées. Dans certains modes de réalisation, le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale est constant depuis le bord d’attaque jusqu’à une position prédéterminée entre le bord d’attaque et le bord de fuite, puis augmente de la position prédéterminée jusqu’au bord de fuite. La position prédéterminée peut être déterminée lors du dimensionnement de l’aubage, et notamment de la pale, en fonction des propriétés aéro-élastiques de l’aubage que l’on souhaite obtenir. Elle peut par exemple être disposée plus proche du bord de fuite que du bord d’attaque, afin d’augmenter le rayon de courbure uniquement au voisinage du bord de fuite. Il est ainsi possible d’augmenter la raideur de l’interface uniquement au bord de fuite, sans modifier l’interface de raccordement dans les autres régions, notamment proche du bord d’attaque. Dans certains modes de réalisation, un ratio RBF/RBA est compris entre 1/1 et 20/1, de préférence égal à 4/1, où RBF est le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale au bord de fuite, et RBA est le rayon de courbure de ladite interface de raccordement au bord d’attaque. On comprend que lorsque le ratio RBF/RBA est de 4/1, le rayon de courbure de l’interface de raccordement au bord de fuite est quatre fois plus élevé que le rayon de courbure au bord d’attaque. Un tel ratio permet notamment une augmentation de marge au flottement de 6% sur aube métallique ou constitué d’un matériau aux propriétés mécaniques isotropes, et d’une augmentation de marge de 25% sur aube composite avec clinquant ou bord d’attaque métallique rapporté. La « marge au flottement » désigne le niveau des sollicitations vibratoires, caractérisées par la différence des angles d’incidence de la pale entre le bord d’attaque et le bord de fuite, à partir duquel des instabilités liées au flottement apparaissent. Cette marge étant plus élevée grâce à ces ratios de rayons de courbure, des sollicitations vibratoires plus importantes seront donc nécessaires pour voir apparaitre des instabilités. En d’autres termes, la stabilité aéro-élastique est améliorée. Dans certains modes de réalisation, le rayon de courbure de l’interface de raccordement entre la plateforme et la pale est non constant entre le bord d’attaque et le bord de fuite, à la fois sur l’intrados et sur l’extrados. L’évolution du rayon de courbure de l’interface de raccordement peut être différente sur l’intrados et l’extrados. Toutefois, l’évolution du rayon de courbure de l’interface de raccordement est de préférence identique, c’est-à-dire symétrique, sur l’intrados et l’extrados, de manière à améliorer la symétrie de la pale, et à équilibrer la répartition des efforts. Dans certains modes de réalisation, l’aubage est un aubage de redresseur, la plateforme est une plateforme interne, la pale s’étendant entre la plateforme interne et une plateforme externe et étant fixée à la plateforme interne par l’intermédiaire d’une première interface de raccordement courbe et étant fixée à la plateforme externe par l’intermédiaire d’une deuxième interface de raccordement, un rayon de courbure de la première et/ou de la deuxième interface de raccordement étant non constant entre le bord d’attaque et le bord de fuite. Le redresseur est un redresseur de flux configuré pour être disposé en aval d’une soufflante de turbomachine. L’aubage du redresseur comprend une pale s’étendant entre deux plateformes, en étant formée de manière monobloc avec celles-ci. Ainsi, les évolutions de rayon de courbure définis précédemment peuvent s’appliquer à la première interface de raccordement, à la deuxième interface de raccordement, ou bien aux deux interfaces de raccordement. Cela permet d’améliorer le comportement en flottement de l’aubage de redresseur et donc sa tenue et stabilité aéro-élastique selon son environnement en service. En particulier, l’augmentation du rayon de courbure, notamment au niveau du bord de fuite, permet d’augmenter localement la raideur de l’aubage, améliorant la stabilité aéro-élastique et limitant la prise d’incidence du profil de la pale, les instabilités aérodynamiques, et donc le risque de décrochages aérodynamiques. Le présent exposé concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant un aubage selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. La turbomachine d’aéronef peut être un turboréacteur double flux. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La représente une vue en coupe longitudinale d’une turbomachine selon le présent exposé, La représente une vue en perspective d’un aubage selon le présent exposé, La représente une vue détaillée en perspective d’une interface de raccordement entre une pale et une plateforme d’un aubage selon le présent exposé, Les figures 4A à 4D représentent schématiquement différentes alternatives d’évolution du rayon de courbure de l’interface de raccordement de la . Aubage (10) de turbomachine d’aéronef, comprenant au moins une plateforme (16, 18) et au moins une pale (12) fixée à la plateforme par l’intermédiaire d’une interface de raccordement (14) courbe, la pale (12) comprenant un bord d’attaque (121), un bord de fuite (122), un intrados (123) et un extrados (124), un rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) d’un côté intrados (123) et/ou extrados (124) étant non constant entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122). Aubage (10) selon la revendication 1, dans lequel le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) est plus élevé à proximité du bord de fuite (122) qu’à proximité du bord d’attaque (121). Aubage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) augmente linéairement du bord d’attaque (121) au bord de fuite (122). Aubage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) augmente de manière exponentielle du bord d’attaque (121) au bord de fuite (122). Aubage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) augmente depuis le bord d’attaque (121) jusqu’à une première position prédéterminée (P1) entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122), puis diminue depuis la première position prédéterminée (P1) jusqu’à une deuxième position prédéterminée (P2) entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122), puis augmente à nouveau depuis la deuxième position prédéterminée (P2) jusqu’au bord de fuite (122). Aubage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) est constant depuis le bord d’attaque (121) jusqu’à une position prédéterminée (P) entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122), puis augmente de la position prédéterminée (P) jusqu’au bord de fuite (122). Aubage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un ratio RBF/RBA est compris entre 1/1 et 20/1, de préférence égal à 4/1, où RBF est le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) au bord de fuite (122), et RBA est le rayon de courbure de ladite interface de raccordement (14) au bord d’attaque (121). Aubage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le rayon de courbure de l’interface de raccordement (14) entre la plateforme (16, 18) et la pale (12) est non constant entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122), à la fois sur l’intrados (123) et sur l’extrados (124). Aubage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, l’aubage (10) étant un aubage de redresseur, la plateforme étant une plateforme interne (18), la pale (12) s’étendant entre la plateforme interne (18) et une plateforme externe (16) et étant fixée à la plateforme interne (18) par l’intermédiaire d’une première interface de raccordement courbe et étant fixée à la plateforme externe (16) par l’intermédiaire d’une deuxième interface de raccordement, un rayon de courbure de la première et/ou de la deuxième interface de raccordement étant non constant entre le bord d’attaque (121) et le bord de fuite (122). Turbomachine (100) d’aéronef comprenant un aubage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.