Brevet FR3154461A1 — publié le 20250425

ROUE A AUBES MOBILES RESISTANTES A L’INGESTION POUR COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE Un aspect de l’invention concerne une roue à aubes mobiles (1) comprenant un ensemble d’aubes (3) montées radialement sur un support annulaire (2) intérieur mobile en rotation autour d’un axe X, chacune de ces aubes comportant un bord d’attaque (6) constituant son bord le plus en amont. Au moins une des aubes de l’ensemble est une aube de fractionnement (8) renforcée, dont le bord d’attaque dépasse selon l’axe X en direction de l’amont par rapport aux autres aubes (9). Cette roue à aubes mobiles est préférentiellement destinée à servir de rotor dans l’étage amont d’un compresseur de turbomachine. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Roue à aubes mobiles résistante à l’ingestion pour compresseur de turbomachine DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des turbomachines d’aéronef. La présente invention concerne une roue à aubes mobiles destinée à servir d’étage rotorique dans un compresseur de turbomachine. Elle concerne également un compresseur de turbomachine et une turbomachine associée comprenant une telle roue à aubes mobiles. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Lorsqu’il vole, un aéronef est susceptible de croiser des corps solides étrangers, comme des morceaux de glace ou grêlons en altitude, ou encore de petits oiseaux lors des phases de décollage ou d’atterrissage. Ces corps solides peuvent se retrouver accidentellement « ingérés », c’est-à-dire aspirés, par les turbomachines de l’aéronef qui aspirent une grande quantité d’air pour leur fonctionnement. Ils viennent alors heurter les aubes mobiles du compresseur se trouvant en amont de la turbomachine et provoquent des dégâts mécaniques sur celles-ci pouvant être à l’origine de pannes ou d’accidents. Pour cette raison, les aubes mobiles des compresseurs de turbomachines sont classiquement dimensionnées de manière à pouvoir résister à de tels chocs sans se rompre, ni se déformer de façon inacceptable. Les aubes mobiles de l’étage amont du compresseur sont ainsi conçues pour être particulièrement robustes. Or, ceci se fait au détriment des performances aérodynamiques de ces aubes. En effet, pour que les aubes puissent résister convenablement à l’ingestion, les concepteurs sont souvent contraints d’écarter des profils d’aubes trop fragiles, mais qui seraient plus performantes d’un point de vue aérodynamique. L’invention vise à pallier cet inconvénient en proposant une nouvelle conception de roue à aubes mobiles la rendant résistante à l’ingestion quel que soit le profil choisi pour les aubes mobiles. Grâce à l’invention, le concepteur est libéré de la contrainte de tenue à l’ingestion pour la plupart des aubes de la roue et peut donc se consacrer uniquement à leur efficacité aérodynamique. De nouvelles formes plus performantes deviennent possibles pour ces aubes, alors qu’elles étaient autrefois exclues car trop fragiles en cas de choc. Une amélioration significative des performances aérodynamiques globales de l’étage concerné du compresseur peut ainsi être visée. Un premier aspect de l’invention concerne une roue à aubes mobiles comprenant un ensemble d’aubes montées radialement sur un support annulaire intérieur mobile en rotation autour d’un axe X, chacune de ces aubes comportant un bord d’attaque qui constitue son bord le plus en amont. Selon l’invention, au moins une des aubes de l’ensemble d’aubes est une aube de fractionnement renforcée, dont le bord d’attaque dépasse selon l’axe X en direction de l’amont par rapport au bord d’attaque des autres aubes de l’ensemble d’aubes. En cas « d’ingestion » d’un corps solide dans la turbomachine, la vitesse tangentielle des aubes du compresseur est toujours très supérieure à la vitesse axiale du corps solide aspiré. Comme elle dépasse vers l’amont par rapport aux autres aubes, le corps solide rencontre toujours l’aube de fractionnement avant les autres aubes de la roue à aubes mobiles et c’est donc contre l’aube de fractionnement que se produit le choc avec le corps solide. Comme elle est renforcée, l’aube de fractionnement résiste de façon satisfaisante à ce choc, sans se rompre, ni se déformer d’une façon inacceptable. Au fur à mesure de sa progression axiale le corps solide aspiré se fait abrader par la rotation de l’aube de fractionnement qui le fractionne en débris de très petite taille avant qu’il ne rencontre les autres aubes de la roue à aubes mobiles qui se trouvent plus en aval. Ainsi fractionné, le corps solide ne présente plus aucun danger pour le reste des aubes de la roue, qui peuvent donc présenter un profil quelconque même fragile. Le concepteur peut donc choisir librement le profil de ces aubes en se basant uniquement sur des considérations aérodynamiques, sans tenir compte de leur résistance à l’ingestion. L’invention permet ainsi de prédéterminer à l’avance quelle sera l’aube touchée en cas d’ingestion d’un corps solide et de la renforcer en conséquence. Les autres aubes de la roue, qui sont assurées d’être préservées, peuvent être plus fragiles. Elles peuvent donc être conçues librement, avec un profil quelconque leur conférant de meilleures performances aérodynamiques, sans être limitées par leur capacité de résistance aux chocs. Avantageusement, plusieurs aubes de l’ensemble d’aubes peuvent être des aubes de fractionnement, leur nombre restant inférieur ou égal à 10% du nombre total des aubes de l’ensemble d’aubes. Cette configuration assure une meilleure protection des autres aubes de la roue, car elle garantit qu’un éventuel corps solide sera complètement abradé quelle que soit sa taille et quel que soit le régime du moteur de l’aéronef régissant la vitesse de rotation de la roue à aubes mobiles. Cependant, le nombre d’aubes de fractionnement reste limité par rapport au nombre total d’aubes de la roue. La performance aérodynamique d’ensemble de la roue peut donc être préservée. Dans ce cas, les aubes de fractionnement sont par exemple regroupées en un ou plusieurs groupes d’aubes consécutives. Le fractionnement du corps solide est alors très efficace car il est heurté plusieurs fois successivement par les aubes de fractionnement consécutives, avant d’avoir pu progresser axialement en direction de l’aval. Avantageusement, les aubes de fractionnement ou les groupes d’aubes de fractionnement consécutives peuvent être réparti(e)s selon une disposition radiale régulière, c’est-à-dire que les aubes ou groupes d’aubes de fractionnement sont disposées radialement avec un écartement angulaire constant. Cette disposition permet d’améliorer l’équilibrage de la roue à aubes mobiles. Plusieurs modes de réalisation sont possibles pour que le bord d’attaque de l’aube de fractionnement dépasse selon l’axe X en direction de l’amont par rapport à celui des autres aubes. Par exemple, l’aube de fractionnement peut être plus grande selon l’axe X que les autres aubes. La fixation de l’aube de fractionnement sur le support annulaire intérieur peut avantageusement rester la même que celle des autres aubes de la roue. Le montage des aubes s’en trouve simplifié. Par exemple, l’aube de fractionnement peut être décalée selon l’axe X en direction de l’amont par rapport aux autres aubes. L’aube de fractionnement peut alors rester identique aux autres aubes de la roue, seule sa fixation sur le support annulaire intérieur doit être modifiée. La fabrication des aubes est donc plus simple et plus économique. Par exemple, l’aube de fractionnement peut être pivotée autour d’un axe radial passant par l’aube de fractionnement dans un sens qui fait basculer vers l’amont son bord d’attaque. L’aube de fractionnement peut alors rester identique aux autres aubes de la roue, seule son inclinaison doit être modifiée. La fabrication des aubes est donc plus simple et plus économique. Par exemple, l’aube de fractionnement peut comporter une pièce de prolongation rapportée qui déplace son bord d’attaque vers l’amont. L’aube de fractionnement peut alors être identique aux autres aubes de la roue et être fixée de la même façon, avec la même inclinaison, le dépassement recherché étant apporté par une pièce complémentaire. Cela simplifie à la fois la fabrication et le montage des aubes. Dans ce cas, la pièce de prolongation peut avantageusement être une pièce de renfort. Les deux fonctions sont alors avantageusement remplies par une seule et même pièce. Plusieurs modes de réalisation sont possibles pour que l’aube de fractionnement soit renforcée. Par exemple, l’aube de fractionnement peut être renforcée en raison d’une forme, d’une épaisseur ou d’une matière différente de celle des autres aubes. Par exemple, l’aube de fractionnement peut être renforcée au moyen d’une pièce de renfort rapportée sur l’aube de fractionnement. Un deuxième aspect de l’invention concerne un compresseur comprenant au moins une roue à aubes mobiles telle que décrite précédemment. Un troisième aspect de l’invention concerne une turbomachine comprenant un tel compresseur. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. FIG. 1 est une vue schématique en perspective d’une portion de roue à aubes mobiles selon un premier exemple de l’invention. FIG. 2 , FIG. 3 , FIG. 4 , FIG. 5 et FIG. 6 sont des vues en coupe tangentielle illustrant schématiquement plusieurs modes de réalisation des deux premiers étages d’un compresseur selon l’invention. FIG. 7 , FIG. 8 , FIG. 9 et FIG. 10 sont des vues en perspective illustrant schématiquement plusieurs modes de réalisation de roue à aubes mobiles selon l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers un compresseur. On appelle également « axe de la roue » ou « axe du compresseur », l'axe de rotation de la roue à aubes mobiles du compresseur. Cet axe est dénommé X sur les figures. La direction axiale correspond à la direction de cet axe de rotation et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la roue et coupant cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs « intérieur », « interne », « extérieur », « externe » sont utilisés dans la présente demande en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe de la roue que la partie extérieure du même élément. Sur les figures, on a représenté plusieurs exemples de roue à aubes mobiles 1 selon l’invention. Cette roue 1 comporte classiquement un support annulaire 2 sur lequel sont disposées une pluralité d’aubes 3 (également appelées pales) qui s’étendent radialement à partir de la face externe 4 du support annuaire 2. Cette roue 1 est mobile en rotation autour d’un axe X passant par le centre O du support annulaire 2. Les aubes 3 sont mobiles en rotation autour de l’axe X du fait de la rotation de la roue 1. Elles sont de préférence montées fixes, c’est-à-dire non orientables, sur le support annulaire 2. Comme visible sur les figures 2 à 6, les aubes 3 présentent de préférence une section en forme de goutte pour des raisons aérodynamiques. Elles comportent ainsi une âme 5, épaisse et arrondie du côté amont qui s’affine en forme de pointe vers l’aval, et se terminent sur leur côté le plus en amont par un bord d’attaque 6 et sur leur côté le plus en aval par un bord de fuite 7. En outre, comme visible sur la FIG. 1 , ces aubes 3 sont classiquement vrillées afin de donner un angle d’incidence approprié sur toute leur longueur au flux d’air qui circule à travers la roue 1. Selon l’invention, au moins une de ces aubes 3 est une aube de fractionnement 8, qui dépasse selon l’axe X en direction de l’amont par rapport aux autres aubes de la roue 1 que l’on appellera aubes standards 9 dans la suite de cette demande. Il est évident que cette dénomination d’aubes standards 9 est uniquement choisie dans un but de simplification rédactionnelle et ne préjuge en rien de l’originalité des caractéristiques ou de la forme de ces aubes. Le dépassement de l’aube de fractionnement 8 par rapport aux aubes standards 9 est par exemple de l’ordre de 1 à 2 millimètres environ. Mais il peut être plus important pour une application où la vitesse de rotation de la roue 1 est faible. Plusieurs modes de réalisation sont possibles pour obtenir ce dépassement des aubes de fractionnement 8 par rapport aux aubes standards 9. Quelques exemples sont représentés sur les figures 2 à 5. Sur ces figures, on a symbolisé par une ligne 10 l’alignement des bords d’attaque 6 des aubes standards 9 et par une ligne 11 l’alignement de leurs bords de fuite 7. Sur l’exemple de la FIG. 2 , l’aube de fractionnement 8 est décalée vers l’amont par rapport aux aubes standards 9, c’est-à-dire translatée selon l’axe X en direction de l’amont. On constate que son bord d’attaque 6 franchit la ligne 10 et dépasse vers l’amont par rapport aux bords d’attaques 6 des aubes standards 9. De plus, son bord de fuite 7 n’est plus en contact avec la ligne 11 car il est également décalé vers l’amont par rapport aux bords de fuite 7 des aubes standards 9. Sur l’exemple de la FIG. 3 , l’aube de fractionnement 8 est plus longue selon l’axe X que les aubes standards 9 et dépasse vers l’amont par rapport à celles-ci. Son bord d’attaque 6 franchit la ligne 10, alors que son bord de fuite 7 reste aligné avec ceux des aubes standards 9 le long de la ligne 11. Sur l’exemple de la FIG. 4 , on a modifié l’inclinaison de l’aube de fractionnement 8. Celle-ci est pivotée radialement de manière à faire basculer son bord d’attaque 6 vers l’amont. Du fait de ce pivotement, son bord d’attaque 6 franchit la ligne 10 et son bord de fuite 7 franchit la ligne 11. Dans ce cas, si les aubes 3 sont des aubes orientables, l’aube de fractionnement 8 sera pivotée d’une façon plus importante que les aubes standards 9 de manière à faire dépasser son bord d’attaque 6 par rapport à celui des aubes standards 9. Sur l’exemple de la FIG. 5 , l’aube de fractionnement 8 comprend une pièce de prolongation 12 qui est rapportée du côté amont, sur la partie arrondie de son âme 5. Le bord d’attaque 6 de l’aube de fractionnement 8 s’en trouve déplacé sur la pièce de prolongation 12 et est ainsi décalé vers l’amont au-delà de la ligne 10. En revanche, le bord de fuite 7 de l’aube de fractionnement 8 reste aligné avec ceux des aubes standards 9 sur la ligne 11. Sur l’exemple de la FIG. 1 , on retrouve également des pièces de prolongation 12 rapportées sur la partie amont des aubes de fractionnement 8. Avantageusement, ces pièces de prolongation 12 s’étendent radialement sur toute la hauteur des aubes de fractionnement 8 et constituent ainsi la partie dépassant vers l’amont des aubes de fractionnement. En plus de les prolonger vers l’amont, ces pièces de prolongation 12 peuvent avantageusement servir simultanément à renforcer les aubes de fractionnement 8. En effet, en raison de leur dépassement vers l’amont, les aubes de fractionnement 8 seront celles qui seront heurtées par un corps solide 13 en cas d’ingestion. Elles sont donc renforcées de manière à être suffisamment résistantes pour pouvoir supporter un tel choc sans se rompre, ni se déformer de façon inacceptable. Au contraire, elles sont ainsi capables d’abrader le corps solide 13 en le fractionnant lors de la rotation de l’aube de fractionnement 8. Plusieurs modes de réalisation sont envisageables pour obtenir ce renforcement. A titre d’exemple non limitatif, on peut citer des aubes de fractionnement 8 réalisées plus épaisses ou avec une matière différente et plus résistante que celle des aubes standards 9, ou encore des aubes de fractionnement 8 présentant une forme spécifique qui augmente leur résistance, notamment avec des nervures ou des bourrelets de renfort. Alternativement ou en plus, des pièces de renfort supplémentaires peuvent leur être rajoutées. Quelques exemples sont représentés sur les figures ci-après. Sur la FIG. 6 , l’âme 5 des aubes de fractionnement 8 est plus épaisse que celle des aubes standards 9, ce qui confère une meilleure résistance. Sur les figures 1 et 5, les aubes de fractionnement 8 sont renforcées par les pièces de prolongation 12 qui servent simultanément de pièces de renfort 14. Il peut s’agir par exemple de pièces de renfort 14 métalliques, rapportées de préférence par collage, sur une âme 5 en matière composite. Selon les besoins, la roue 1 selon l’invention peut comporter une ou plusieurs aubes de fractionnement 8. En effet, en fonction de la taille et de l’écartement des aubes de la roue 1, ainsi que de la vitesse de rotation prévisionnelle de celle-ci dans la gamme de fonctionnement normal de la turbomachine dans laquelle elle sera implantée, il peut être nécessaire de prévoir plusieurs aubes de fractionnement 8 pour garantir un fonctionnement optimal. De même, le nombre d’aubes de fractionnement 8 peut être augmenté si l’on souhaite garantir une sécurité renforcée même dans les conditions les plus défavorables, c’est-à-dire en cas d’ingestion de corps solide de grande taille dans une phase de vol de l’aéronef où la vitesse de rotation de la roue 1 est faible, à l’atterrissage par exemple. Néanmoins, le nombre d’aubes de fractionnement 8 restera faible par rapport au nombre total d’aubes 3, préférentiellement inférieur ou égal à 10%, pour ne pas nuire aux propriétés aérodynamiques d’ensemble de la roue 1. Il s’agit en général d’une à six aubes de fractionnement 8 sur un total d’une centaine d’aubes 3 environ. L’homme du métier saura aisément trouver le compromis le plus adapté pour chaque application spécifique, en tenant compte également du gain de poids résultant de l’ajout d’aubes de fractionnement 8 supplémentaires. Lorsque la roue 1 comporte plusieurs aubes de fractionnement 8, plusieurs dispositions peuvent être envisagées pour leur positionnement. Quelques exemples non limitatifs de répartitions possibles ont été illustrés sur les figures. Dans les exemples des FIG. 1 et 7, la roue 1 comporte un groupe 15 de respectivement deux et trois aubes de fractionnement 8 consécutives. Dans l’exemple de la FIG. 8 , la roue 1 comporte deux groupes 15 de deux aubes de fractionnement 8 consécutives, les deux groupes 15 étant diamétralement opposés. Dans les exemples des figures 9 et 10, la roue 1 comporte respectivement trois et quatre aubes de fractionnement 8 non consécutives, qui sont réparties selon une disposition radiale régulière, c’est-à-dire qu’elles disposées radialement avec un espacement angulaire de respectivement 120° et 90°. Un disposition radiale régulière des aubes 8 ou groupes 15 d’aubes de fractionnement 8, comme sur les figures 8 à 10 par exemple, est avantageuse, car elle permet d’équilibrer très simplement la roue 1 au niveau du poids pour obtenir un comportement correct lors de la rotation en fonctionnement. Lorsque la roue 1 ne comporte qu’une seule aube de fractionnement 8 ou une disposition radiale non régulière de ces aubes 8 ou groupes 15 d’aubes de fractionnement 8 comme sur les figures 1 et 7 par exemple, cet équilibrage doit se faire autrement, par exemple au moyen de masselottes judicieusement disposées sur le support annulaire 2 et qui servent de contrepoids. La roue 1 est préférentiellement destinée à servir de rotor 16 dans un compresseur 17 de turbomachine 18. Classiquement, un tel compresseur 17 comporte un ou plusieurs étages 19, chaque étage comprenant un rotor 16 qui comporte une série d’aubes 3 mobiles en rotation, suivi d’un stator 20 formé d’une série d’aubes fixes 21. Pour les raisons exposées précédemment, une roue à aubes mobiles 1 selon l’invention peut avantageusement être utilisée comme rotor 16 dans le premier étage 19 du compresseur, c’est-à-dire celui situé le plus en amont du compresseur, qui sera le plus exposé en cas d’ingestion de corps solide 13. A titre d’exemple, on a représenté schématiquement sur les figures 2 à 6 un compresseur 17 à deux étages 19, dans lequel le rotor 16 du premier étage 19 (celui le plus en amont) est une roue 1 selon l’invention. Pour plus de sécurité et comme représenté schématiquement sur la FIG. 6 , le rotor 16 du deuxième étage 19 (celui suivant immédiatement l’étage le plus en amont) peut également être une roue 1 selon l’invention. Son ou ses aubes de fractionnement 8 peuvent alors continuer à fractionner les débris du corps solide 13 qui arrivent à ce deuxième étage après avoir traversé le premier étage 19. Les rotors des étages suivants du compresseur peuvent évidemment être réalisés de la même façon. Roue à aubes mobiles (1) comprenant un ensemble d’aubes (3) montées radialement sur un support annulaire (2) intérieur mobile en rotation autour d’un axe X, chacune desdites aubes (3) comportant un bord d’attaque (6) qui constitue son bord le plus en amont, caractérisée en ce qu’au moins une des aubes (3) de l’ensemble d’aubes est une aube de fractionnement (8) renforcée, dont le bord d’attaque (6) dépasse selon l’axe X en direction de l’amont par rapport au bord d’attaque (6) des autres aubes (9) de l’ensemble d’aubes. Roue à aubes mobiles (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs aubes (3) de l’ensemble d’aubes sont des aubes de fractionnement (8), leur nombre restant inférieur ou égal à 10% du nombre total des aubes (3) de l’ensemble d’aubes. Roue à aubes mobiles (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les aubes de fractionnement (8) sont regroupées en un ou plusieurs groupes (15) d’aubes consécutives. Roue à aubes mobiles (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les aubes de fractionnement (8) ou les groupes (15) d’aubes de fractionnement (8) consécutives sont réparti(e)s selon une disposition radiale régulière. Roue à aubes mobiles (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’aube de fractionnement (8) est plus grande selon l’axe X que les autres aubes (9), ou est décalée selon l’axe X en direction de l’amont par rapport aux autres aubes (9), ou encore est pivotée autour d’un axe radial passant par l’aube de fractionnement (8) dans un sens qui fait basculer vers l’amont son bord d’attaque (6). Roue à aubes mobiles (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’aube de fractionnement (8) comporte une pièce de prolongation (12) rapportée qui déplace son bord d’attaque (6) vers l’amont. Roue à aubes mobiles (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce de prolongation (12) est une pièce de renfort (14). Roue à aubes mobiles (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’aube de fractionnement (8) est renforcée en raison d’une forme, d’une épaisseur ou d’une matière différente de celle des autres aubes (9) de l’ensemble d’aubes, ou au moyen d’une pièce de renfort (14) rapportée sur l’aube de fractionnement (8). Compresseur (17) comprenant au moins une roue à aubes mobiles (1) selon l’une des revendications 1 à 8. Turbomachine (18) comprenant un compresseur (17) selon la revendication 9.