Brevet FR3156480A1 — publié le 20250613

Aube de rotor (30) à calage variable pour une turbomachine d’aéronef, comportant : - une pale (32) comportant un intrados (32a) et un extrados (32b), ainsi qu’un bord d’attaque (32c) et un bord de fuite (32d), le bord de fuite (32d) de la pale (32) comportant des serrations (35) formées par une alternance de dents (35a) et de creux (35b), - une plateforme (32) reliée à une extrémité de la pale (32) et définissant un axe (A) de calage de l’aube, la pale (32) comprenant : - un premier corps (36) en matériau métallique ou composite définissant le bord d’attaque (32a) de la pale (32), et - un second corps (38) en matériau élastiquement déformable définissant au moins une partie du bord de fuite (32d) de la pale (32) et comportant au moins une partie des serrations (35), le second corps (38) étant fixé au premier corps (36). Figure pour l'abrégé : Figure 4 AUBE DE ROTOR A CALAGE VARIABLE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une aube de rotor à calage variable pour une turbomachine d’aéronef. Aval-plan technique L’état de l’art comprend notamment le document FR-A1-3 073 017. Une turbomachine d’aéronef comprend classiquement un générateur de gaz qui entraîne au moins une hélice. Le générateur de gaz comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine. Le rotor ou l’un des rotors du générateur de gaz est relié au rotor de l’hélice pour son entraînement en rotation. Une hélice peut être carénée. C’est le cas d’une soufflante dans une turbomachine du type turboréacteur ou turbosoufflante par exemple. Une hélice peut être non carénée. C’est le cas d’un turbopropulseur par exemple. Une hélice comporte un moyeu et une rangée annulaire d’aubes qui sont montées tout autour du moyeu. Les aubes peuvent être fixes et avoir donc une position angulaire fixe autour de leurs axes d’allongement. Dans le cadre de la présente invention, les aubes sont au contraires à calage variable, c’est-à-dire qu’elles sont aptes à être déplacées en rotation autour d’axes appelés axes de calage, qui s’étendent en général le long des axes d’allongement des aubes. Les axes de calage peuvent être des axes radiaux par rapport à l’axe de rotation de l’hélice. Une aube de rotor à calage variable comprend classiquement une pale comportant un intrados et un extrados, ainsi qu’un bord d’attaque et un bord de fuite, et une plateforme reliée à une extrémité de la pale et définissant l’axe de calage de l’aube. La plateforme est en général montée dans un orifice du moyeu et centrée et guidée en rotation dans cet orifice autour de l’axe de calage. Il est connu de réaliser de telles aubes en matériau métallique, céramique ou composite. Un matériau composite bien connu pour une aube de rotor à calage variable comprend un corps à base de fibres tissées de carbone qui est noyé dans une matrice polymérique à base époxy par exemple. Le bord d’attaque de la pale peut être renforcé par un bouclier métallique collé. L’évolution des performances des turbomachines tend vers l’augmentation de leur taux de dilution, ce qui est principalement réalisé par l’augmentation du diamètre des hélices et donc de la longueur et de la masse de leurs aubes. De plus, une hélice dite lente et à haut taux de dilution comprend un nombre réduit d’aubes dont la corde est augmentée pour améliorer le rendement propulsif de la turbomachine. Dans le cas d’une hélice carénée, la nacelle qui entoure l’hélice comprend un traitement acoustique interne qui permet de réduire les émissions sonores à l’extérieur de la turbomachine. Dans le cas d’une hélice non carénée, il faut trouver d’autres solutions de réduction des bruits propulsifs. C’est notamment le cas pour la turbomachine illustrée à la FIG. 1 . Cette turbomachine 10 comporte une hélice 12 à l’amont, qui comprend des aubes de rotor 14 à calage variable, et un redresseur 16 à l’aval, qui comprend des aubes de stator 18 également à calage variable. Pour remédier au problème d’émission sonore, une technologie de réduction des bruits déjà connue sur des ventilateurs et inspirée notamment des ailes de rapaces nocturnes consiste à aménager des serrations 20 sur les bords de fuite des aubes de rotor 14 ou sur les bords d’attaque des aubes de stator 18 (figures 2 et 3). Des serrations 20 d’un bord d’attaque ou de fuite sont formées par une alternance de dents 20a et de creux 20b le long de ce bord. Les serrations peuvent entraîner des variations de la corde de l’aube en fonction de la hauteur radiale, avec des épaisseurs variables et un bord de fuite ou d’attaque très fin. Les dents 20a sont définies de sorte à réduire le bruit dans le spectre moyen d’émission sans empirer de façon trop importante d’autres fréquences à d’autres régimes moteurs. Le calage angulaire des aubes implique une acoustique variable des aubes suivant le régime moteur et l’orientation des aubes. On a constaté que, dans la plupart des régimes moteur, les serrations permettent de réduire les bruits émis. Cependant, on a constaté également une forte aggravation des bruits émis lorsque les aubes sont calées en mode reverse ou inversion de poussée. Dans le cas d’une aube de rotor, les serrations du bord de fuite se retrouvent orientées vers l’amont en mode reverse , ce qui perturbe beaucoup le flux aérodynamique. Les serrations sont alors contreproductives. La phase d’inversion de poussée est une phase qui au contraire devrait être la moins bruyante possible car elle se fait en général dans un environnement urbain proche. Un autre inconvénient de la technique antérieure est lié au fait que les serrations ne peuvent pas être fabriquées avec le même matériau que les aubes tissées ou céramiques car les serrations sont trop fines, et elles seraient trop fragiles et en particulier friables. Pour les aubes métalliques, le problème vient du risque d’arrachement des serrations ainsi que de la complexité de réaliser ces serrations qui mène à des rebuts importants pour cause de défauts géométriques. La présente invention propose une solution à au moins une partie des problèmes de la technique antérieure, qui est simple, efficace et économique. L’invention concerne une aube de rotor à calage variable pour une turbomachine d’aéronef, cette aube comportant : - une pale comportant un intrados et un extrados, ainsi qu’un bord d’attaque et un bord de fuite, le bord de fuite de la pale comportant des serrations formées par une alternance de dents et de creux le long de ce bord de fuite, - une plateforme reliée à une extrémité de la pale et définissant un axe de calage de l’aube, caractérisé en ce que la pale comprend : - un premier corps en matériau métallique ou composite définissant le bord d’attaque de la pale, et - un second corps en matériau élastiquement déformable définissant au moins une partie du bord de fuite de la pale et comportant au moins une partie des serrations, le second corps étant fixé au premier corps. L’invention propose ainsi de réaliser la pale de l’aube de rotor en deux matériaux distincts. Le premier corps de la pale est réalisé en matériau métallique ou composite et comprend le bord d’attaque de la pale. Le second corps de la pale est réalisé en matériau élastiquement déformable comme en élastomère. Ce second corps définit au moins une partie du bord de fuite et comprend tout ou partie des serrations. On comprend donc que ces serrations sont réalisées en matériau élastique et sont aptes à se déformer de manière élastique en fonctionnement. Les déformations des serrations dépendent du régime moteur. Les serrations sont donc susceptibles d’adopter des positions et/ou des formes différentes selon le régime moteur. L’invention permet par exemple d’intégrer une variabilité de la géométrie et de la position radiale des dents en fonction du régime moteur ainsi que des efforts de pression aérodynamique exercés par le flux d’air en fonctionnement. Une aube de rotor ayant tendance à se dévriller au centrifuge, il est aussi plus intéressant d’avoir un matériau déformable pour ne pas contrarier les efforts internes à l’aube et son fonctionnement propre. Le second corps est fixé au premier corps, par exemple par collage, comme c’est le cas d’un bouclier de protection de la technique antérieure. L’aube selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : le second corps définit la totalité du bord de fuite de la pale et comporte la totalité des serrations ; le second corps s’étend sur toute l’étendue longitudinale de la pale le long de l’axe de calage ; au moins certaines des dents comprennent des cavités internes ; les cavités permettent de modifier le comportement dynamique des dents en fonctionnement ; au moins certaines des cavités internes sont vides ; au moins certaines des cavités internes contiennent des masselottes ; des dents situées du côté de la plateforme comprennent des cavités avec des masselottes, et des dents situées du côté opposé à la plateforme comprennent des cavités vides, les dents comprenant des cavités avec des masselottes pouvant être séparées des dents comportant des cavités vides par des dents dépourvues de cavités internes c’est-à-dire des dents pleines. le bord de fuite de la pale est un bord de fuite double qui comprend deux parois de bord de fuite distinctes et situées à côté l’une de l’autre, chacune de ces parois de bord de fuite comportant des serrations formées par une alternance de dents et de creux le long de ce bord de fuite ; le bord de fuite double permet de réduire les bruits émis de manière optimale, quel que soit le régime moteur ; au moins certaines des dents de l’une des parois de bord de fuite sont au contact d’au moins certaines des dents de l’autre des parois de bord de fuite ; au moins certaines des dents de l’une des parois de bord de fuite sont écartées d’au moins certaines des dents de l’autre des parois de bord de fuite ; au moins certaines des dents de l’une des parois de bord de fuite sont élastiquement déformables indépendamment des dents de l’autre des parois de bord de fuite ; le second corps définit une partie aval de l’intrados et de l’extrados de la pale ; le second corps a en section transversale une forme générale en U ou V ; le second corps est collé sur le premier corps ; le second corps est en élastomère. L’invention concerne en outre une turbomachine pour un aéronef, comportant un rotor équipé d’aubes telles que décrites ci-dessus. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique en perspective d’une turbomachine à hélice non carénée et un redresseur non caréné, l’hélice et le redresseur comportant des aubes à calage variable ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique d’une aube de rotor ou d’hélice à calage variable ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue schématique d’une aube de stator ou de redresseur à calage variable ; FIG. 4 la FIG. 4 est une vue schématique d’une aube de rotor à calage variable, selon un mode de réalisation de l’invention ; FIG. 5 la FIG. 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la FIG. 4 ; FIG. 6 la FIG. 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la FIG. 4 ; FIG. 7 la FIG. 7 est une vue schématique du second corps d’une aube de stator à calage variable, selon une variante de réalisation de l’invention ; FIG. 8 la FIG. 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la FIG. 4 ; FIG. 9 la FIG. 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la FIG. 4 ; FIG. 10 la FIG. 10 est une vue en coupe similaire à celles des figures 5-6 et 8-9, et qui montre une autre variante de réalisation de l’invention ; FIG. 11 la FIG. 10 est une vue en coupe similaire à celles des figures 5-6 et 8-9, et qui montre la variante de réalisation de la FIG. 10 ; FIG. 12 les figures 12a et 12b sont des vues schématiques en perspective de l’aube de stator des figures 10 et 11 et montrent une position des serrations de cette aube, par défaut ou au repos ; FIG. 13 les figures 13a et 13b sont des vues schématiques en perspective de l’aube de stator des figures 10 et 11 et montrent une position des serrations de cette aube, au décollage ; FIG. 14 les figures 14a et 14b sont des vues schématiques en perspective de l’aube de stator des figures 10 et 11 et montrent une position des serrations de cette aube, en croisière ; FIG. 15 les figures 15a et 15b sont des vues schématiques en perspective de l’aube de stator des figures 10 et 11 et montrent une position des serrations de cette aube, en mode inversion de poussée. Description détaillée de l'invention Les figures 1 à 3 ont été décrites dans ce qui précède. L’invention concerne une aube de rotor à calage variable pour une turbomachine d’aéronef, qui peut être la turbomachine de la FIG. 1 ou une autre turbomachine. La FIG. 4 illustre un premier mode de réalisation d’une aube de rotor 30 selon l’invention. Il s’agit d’une aube de rotor 30 à calage variable pour une turbomachine d’aéronef, qui comprend : - une pale 32 comportant un intrados 32a et un extrados 32b, ainsi qu’un bord d’attaque 32c et un bord de fuite 32d, et - une plateforme 34 reliée à une extrémité de la pale 32 et définissant un axe A de calage de l’aube 30. Le bord de fuite 32d de la pale 32 comporte des serrations 35 formées par une alternance de dents 35a et de creux 35b le long de ce bord de fuite. La particularité de l’aube 30 est que sa pale 32 comprend : - un premier corps 36 en matériau métallique ou composite définissant le bord d’attaque 32c de la pale 32, et - un second corps 38 en matériau élastiquement déformable définissant au moins une partie du bord de fuite 32d de la pale 32 et comportant au moins une partie des serrations 35, le second corps 38 étant fixé au premier corps 36. Comme on le voit dans le dessin, la plateforme 34 peut être réalisée dans le premier matériau. Le premier corps 36 et la plateforme 34 peuvent être réalisés de manière monolithique. Dans l’exemple représenté, le second corps 38 définit la totalité du bord de fuite 32d de la pale 32 et comporte la totalité des serrations 35. Le second corps 38 peut s’étendre sur toute l’étendue longitudinale de la pale 32 le long de l’axe de calage A. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 4 à 6, les dents 35a sont pleines. On voit que ces dents 35a peuvent avoir des formes et/ou dimensions différentes, toutes les dents 35a pouvant être différentes. Les coupes des figures 5 et 6 montrent que le second corps 38 peut avoir en section transversale une forme générale en U ou V. Le second corps 38 peut ainsi comprendre deux ailes longitudinales 38a, 38b reliées ensemble par une partie médiane 38c. La partie médiane 38c est la partie qui comprend les dents 35a et les creux 35b. Les ailes 38a, 38b sont respectivement appliquées de chaque côté de la pale 32 pour définir au moins une partie de l’intrados 32a et de l’extrados 32b, ou pour s’étendre dans le prolongement de ceux-ci. Le second corps 38 peut ainsi définir une partie aval de l’intrados 32a et de l’extrados 32b de la pale 32. La fixation du second corps 38 sur le premier corps 36 peut être réalisé par collage des ailes 38a, 38b et de la partie médiane 38c sur le corps 36. Idéalement, le premier corps 36 a une forme complémentaire à celle du second corps 38 et épouse la forme interne de ce second corps 38. La colle peut former un film mince entre les premier et second corps 36, 38. Le second corps 38 est de préférence en élastomère. Les figures 7 à 9 illustrent une variante de réalisation de l’invention qui diffère du précédent mode de réalisation en ce qu’au moins certaines des dents 35a comprennent des cavités internes 40. Au moins certaines des cavités internes 40 sont vides, comme illustré à la FIG. 8 . Au moins certaines des cavités internes 40 contiennent des masselottes 42, c’est-à-dire des éléments qui ont une masse prédéterminée ( FIG. 9 ). Les masselottes permettent d’améliorer le comportement et en particulier la capacité de déformation des dents 35a lorsqu’elles sont soumises à un effort centrifuge. Dans l’exemple représenté, des dents 35a situées du côté de la plateforme 32 comprennent des cavités 40 avec des masselottes 42, et des dents 35a situées du côté opposé à la plateforme 32 comprennent des cavités 40 vides. Les dents 35a comprenant des cavités 40 avec des masselottes 42 peuvent être séparées des dents 35a comportant des cavités 40 vides par des dents 35a dépourvues de cavités internes 40 c’est-à-dire des dents 35a pleines ( FIG. 7 ). En variante, l’inverse serait envisageable, les dents 35a à masselottess 42 seraient situées à l’opposé de la plateforme 32, et les dents 35a creuses seraient situées du côté de la plateforme 32. Les figures 10 et suivantes illustrent une autre variante de réalisation de l’invention qui diffère du premier mode de réalisation en ce que le bord de fuite 32d de la pale 32 est un bord de fuite « double » qui comprend deux parois 44a, 44b de bord de fuite distinctes et situées à côté l’une de l’autre. Chacune de ces parois 44a, 44b de bord de fuite comporte des serrations 35 formées par une alternance de dents 35a et de creux 35b le long de ce bord de fuite. Au moins certaines des dents 35a de l’une des parois 44a de bord de fuite peuvent être au contact d’au moins certaines des dents 35a de l’autre des parois 44b de bord de fuite, comme illustré à la FIG. 10 . Cette position peut être adoptée au repos ou par défaut pour une partie ou la totalité des dents 35a. Au moins certaines des dents 35a de l’une des parois 44a de bord de fuite peuvent être écartées d’au moins certaines des dents 35a de l’autre des parois 44b de bord de fuite, comme illustré à la FIG. 11 . Cette position peut être adoptée au repos ou par défaut pour une partie ou la totalité des dents 35a. Elle peut en outre être adoptée lors du fonctionnement de la turbomachine, pour un régime moteur pour plusieurs régimes moteur. En particulier, l’écartement entre les parois 44a, 44b peut varier en fonction du régime moteur pour optimiser la réduction des bruits émis. De préférence, au moins 70% voire au moins 80% des dents 35a sont jointives en position de repos comme à la FIG. 10 . Au moins certaines des dents 35a de l’une des parois 44a de bord de fuite sont élastiquement déformables indépendamment des dents 35a de l’autre des parois 44b de bord de fuite. Les figures 12a et suivantes montrent le comportement des serrations 35 en fonction du régime de la turbomachine équipée d’aubes de rotor selon les figures 10 et 11, c’est-à-dire avec des deux parois 44a, 44b de bord de fuite à serrations 35. Dans les figures 12a et 12b, la turbomachine est au repos ou presque (par exemple l’aéronef équipé de cette turbomachine peut être en roulage ou taxiage), et on voit que les dents 35a des parois 44a, 44b de bord de fuite sont pour la plupart jointives. Dans les figures 13a et 13b, la turbomachine décolle. On voit que des dents 35a des parois 44a, 44b de bord de fuite s’écartent les unes des autres. Les efforts centrifuges sont très importants et les dents ont par ailleurs tendance à s’allonger et s’étendre vers radialement l’extérieur par rapport à l’axe de rotation de l’hélice. Dans les figures 14a et 14b, la turbomachine est en régime de croisière. On voit que certaines des dents 35a sont jointives et d’autres écartées. Les dents 35a sont moins soumises aux efforts centrifuges mais la pression atmosphérique appliquée sur les aubes est plus importante. La thermique pourrait aussi avoir un impact sur la déformations des dents. Enfin, dans les figures 15a et 15b, la turbomachine est en mode d’inversion de poussée, et on voit que les dents 35a des parois 44a, 44b de bord de fuite sont très écartées les unes des autres. On constate ainsi que les dents 35a des serrations 35a adoptent des positions différentes selon le régime moteur. Ces positions sont avantageusement conçues pour atténuer les bruits. On comprend donc que, quel que soit le régime moteur, les serrations 35 peuvent atténuer le bruit généré en fonctionnement, y compris en mode d’inversion de poussée. Aube de rotor (30) à calage variable pour une turbomachine d’aéronef, cette aube (30) comportant : - une pale (32) comportant un intrados (32a) et un extrados (32b), ainsi qu’un bord d’attaque (32c) et un bord de fuite (32d), le bord de fuite (32d) de la pale (32) comportant des serrations (35) formées par une alternance de dents (35a) et de creux (35b) le long de ce bord de fuite, - une plateforme (32) reliée à une extrémité de la pale (32) et définissant un axe (A) de calage de l’aube, caractérisé en ce que la pale (32) comprend : - un premier corps (36) en matériau métallique ou composite définissant le bord d’attaque (32a) de la pale (32), et - un second corps (38) en matériau élastiquement déformable définissant au moins une partie du bord de fuite (32d) de la pale (32) et comportant au moins une partie des serrations (35), le second corps (38) étant fixé au premier corps (36). Aube (30) selon la revendication 1, dans laquelle le second corps (38) définit la totalité du bord de fuite (32d) de la pale (32) et comporte la totalité des serrations (35). Aube (30) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le second corps (38) s’étend sur toute l’étendue longitudinale de la pale (32) le long de l’axe de calage (A). Aube (30) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins certaines des dents (35a) comprennent des cavités internes (40). Aube (30) selon la revendication 4, dans laquelle au moins certaines des cavités internes (40) sont vides. Aube (30) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle au moins certaines des cavités internes (40) contiennent des masselottes (42). Aube (30) selon l’ensemble des revendications 5 et 6, dans laquelle des dents (35a) situées du côté de la plateforme (34) comprennent des cavités (40) avec des masselottes (42), et des dents (35a) situées du côté opposé à la plateforme (34) comprennent des cavités (40) vides, les dents (35a) comprenant des cavités (40) avec des masselottes (42) pouvant être séparées des dents (35a) comportant des cavités (40) vides par des dents (35a) dépourvues de cavités internes c’est-à-dire des dents pleines. Aube (30) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle le bord de fuite (32d) de la pale (32) est un bord de fuite double qui comprend deux parois (44a, 44b) de bord de fuite distinctes et situées à côté l’une de l’autre, chacune de ces parois (44a, 44b) de bord de fuite comportant des serrations (35) formées par une alternance de dents (35a) et de creux (35b). Aube (30) selon la revendication 8, dans laquelle au moins certaines des dents (35) de l’une des parois (44a, 44b) de bord de fuite sont au contact d’au moins certaines des dents (35a) de l’autre des parois (44a, 44b) de bord de fuite. Aube (30) selon la revendication 8, dans laquelle au moins certaines des dents (35a) de l’une des parois (44a, 44b) de bord de fuite sont écartées d’au moins certaines des dents (35a) de l’autre des parois (44a, 44b) de bord de fuite. Aube (30) selon l’une des revendications 8 à 10, dans laquelle au moins certaines des dents (35a) de l’une des parois (44a, 44b) de bord de fuite sont élastiquement déformables indépendamment des dents (35a) de l’autre des parois (44a, 44b) de bord de fuite. Aube (30) selon l’une des revendications 1 à 11, dans laquelle le second corps (38) définit une partie aval de l’intrados (32a) et de l’extrados (32b) de la pale (32). Aube (30) selon l’une des revendications 1 à 12, dans laquelle le second corps (38) a en section transversale une forme générale en U ou V. Aube (30) selon l’une des revendications 1 à 13, dans laquelle le second corps (38) est collé sur le premier corps (36). Aube (30) selon l’une des revendications 1 à 14, dans laquelle le second corps (38) est en élastomère. Turbomachine pour un aéronef, comportant un rotor équipé d’aubes (30) selon l’une des revendications 1 à 15.