Brevet FR3164508A1 — publié le 20260116

CARTER A FENTES VRILLEES AVEC PLENUM Un aspect de l’invention concerne une turbomachine d’aéronef, comprenant un carter (2) d’un rotor de turbomachine d’axe X comprenant une paroi intérieure avec des fentes axiale (20), chaque fente (20) comprend deux flancs (20d, 20g) inclinés par rapport à un rayon R d’axe X, chaque fente (20) débouchant sur une cavité périphérique (5), comprenant en outre un rotor (3) qui comprend des pales (30) disposées en vis-à-vis des fentes (20), il est caractérisé en ce que chaque fente (20) présente une partie amont (200) de sa longueur axiale avec un flanc (200d, 200g) incliné d’un angle α am par rapport au rayon R et une partie aval (201) de sa longueur axiale avec un flanc (201d, 201g) incliné d’un angle α av , différent de α am . De cette façon l’angle α av de prélèvement de l’air et l’angle α am d’injection de l’air peuvent être adaptés pour optimiser les fonctions de prélèvement et de réinjection de la fente. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4 CARTER A FENTES VRILLEES AVEC PLENUM DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des turbomachines carénées et plus particulièrement les compresseurs de turbomachines carénés. La présente invention concerne la paroi externe de ces turbomachines ou carters, située au-dessus des rotors des compresseurs axiaux de type booster (Compresseur basse pression : CoBP) ou compresseur haute pression (CoHP) ou soufflantes. Elle concerne le contrôle passif des écoulements via la technologie des traitements de carter avec plénum, qui sont des modifications locales dans la forme de l’enveloppe externe de la veine aérodynamique, au-dessus radialement des roues de rotor, avec une cavité périphérique ou plénum. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Pour influencer l’apparition des mécanismes responsables du départ en pompage du compresseur carénées, il est connu de modifier le profil intérieur du carter en créant des fentes axiales. Ces fentes sont disposées le long de la circonférence du carter dans la direction azimutale. Elles sont situées à la verticale, soit « radialement au-dessus » des pales de compresseur et inclinées. La présence de ces fentes va modifier localement l’écoulement. Un traitement de carter efficace va augmenter la plage d’opérabilité du compresseur en retardant l’apparition de ces mécanismes, en particulier en diminuant le blocage aérodynamique en tête du rotor. La forme globale de la fente est idéalement optimisée pour minimiser les pertes de pression dans la fente et faciliter la circulation du fluide. Les fentes sont positionnées « à cheval » sur le bord d’attaque du profil de tête du rotor : la partie amont des fentes est en amont du bord d’attaque et la partie aval des fentes en en aval du bord d’attaque généralement sur les trente premiers pourcents (30%) du profil de tête du rotor. Les termes « amont » et « aval » sont utilisés relativement au sens de l’écoulement principal dans le compresseur. Le principal défaut de cette solution est sa tendance à impacter négativement le rendement du compresseur en générant des pertes supplémentaires. Il existe aussi des solutions dans lesquelles on ajoute un « plénum », ce qui revient à ajouter une cavité périphérique au-dessus des fentes. Cette cavité périphérique s’étend sur la totalité de la circonférence du carter. Son extension axiale est identique à la longueur axiale des fentes. Elle relie les parties « hautes » des fentes entre elles. Cette cavité périphérique n’est pas directement ouverte sur la veine et n’est pas reliée à un circuit d’air secondaire : le fluide doit passer par les fentes pour entrer et sortir de la cavité périphérique. L’ajout du plénum permet de modifier le comportement du carter. Il modifie notamment l’équilibre entre gain d’opérabilité et influence sur le rendement. Cette solution offre un bon équilibre entre opérabilité et rendement. On a proposé de jouer sur l’orientation des fentes, avec des parois qui n’ont pas la même inclinaison circonférentielle. Ces solutions présentent un inconvénient majeur : comme l’inclinaison circonférentielle des fentes est toujours dans le sens de rotation du rotor pour permettre le bon fonctionnement du traitement du carter, car cette inclinaison facilite la pénétration du fluide dans les fentes et elle est indispensable sur la partie aval des fentes, elle est problématique sur la partie amont des fentes. En effet, alors que la partie aval fonctionne principalement en prélèvement, la partie amont fonctionne principalement en injection et l’angle de réinjection optimal n’est pas en accord avec cette inclinaison. Ainsi des tourbillons peuvent apparaitre de manière intermittente dans la partie amont de la fente (le tourbillon se forme quand le gradient de pression entre le plénum et la veine est faible). Quand il est présent ce tourbillon bloque la réinjection. Cette réduction intermittente du débit de réinjection a une influence négative sur l’efficacité du traitement du carter. On a aussi proposé de réorienter l’air entre une première position sur le profil de tête du rotor et une seconde position en amont du bord d’attaque à l’aide d’une série de petites conduites individuelles qui sont insérées dans le carter du rotor. Cependant, l’inconvénient est que la technologie n’est pas capable de s’adapter à la modification de l’écoulement dans le rotor : en fonction du régime de fonctionnement, les positions et les orientations optimales de prélèvement/réinjection ne sont pas forcément les mêmes. En plus, ce type de traitement de carter est compliqué à réaliser : l’usinage et le montage des conduites est complexe. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’améliorer l’aérodynamique et de garder les avantages du traitement du carter à fentes axiales avec plénum tout en améliorant sa capacité à réinjecter de l’air en amont du rotor sans dégrader sa capacité à aspirer au-dessus du rotor. Un aspect de l’invention concerne une turbomachine d’aéronef comprenant un carter d’un rotor de turbomachine d’axe X comprenant une paroi intérieure avec des fentes axiales, chaque fente comprend deux flancs inclinés par rapport à un rayon R d’axe X, chaque fente débouchant sur une cavité périphérique appelé aussi plénum, comprenant en outre un rotor qui comprend des pales disposées en vis-à-vis des fentes, la turbomachine est caractérisée en ce que chaque fente présente une partie amont de sa longueur axiale avec un flanc incliné d’un angle α am par rapport au rayon R et une partie aval de sa longueur axiale avec un flanc incliné d’un angle α av , différent de α am . De cette façon l’angle α av de prélèvement de l’air et l’angle α am d’injection de l’air peuvent être adaptés pour optimiser les fonctions de prélèvement et de réinjection de la fente. L’invention permet ainsi de diminuer les pertes dans la partie consacrée à l’injection dans la veine tout en conservant une bonne qualité de prélèvement sur la partie aval. L’inclinaison de la partie aval de la fente favorise le prélèvement en s’adaptant à la giration de l’écoulement induite par la rotation des aubes. La partie amont de la fente inclinée différemment, va permettre d’améliorer la capacité de l’écoulement à passer du plénum à la fente, puis de la fente vers l’écoulement amont rotor dans la veine. Le tourbillon qui se forme quand le gradient de pression entre le plénum et la veine est faible et réduit, voire supprimé, et les pertes induites réduites. En découplant l’inclinaison aval de l’inclinaison amont, le concepteur peut choisir un angle d’injection adapté à l’aérodynamique amont rotor sans pénaliser le prélèvement. L’angle de réinjection sera choisi pour agir sur le comportement aérodynamique amont de l’écoulement. Avantageusement, la différence d’inclinaison entre α am et α av est telle que α am = α av – δ avec δ compris entre 10° et 70°. En dessous de 10° l’écart entre la partie amont et la partie aval n’est pas suffisante pour constater un écart significatif d’injection par rapport à une fente droite de l’état de la technique. Au-dessus de 70°, l’écart est trop important et n’est pas réalisable industriellement. On appelle δ l’angle de vrillage. Avantageusement, la largeur des fentes est différente entre la partie amont et la partie aval. De cette façon, on a la possibilité de faire varier la porosité de l’interface fentes/veine entre la partie amont et la partie aval du traitement de carter. Cette transition de porosité se fait au même endroit que le changement d’inclinaison. L’évolution de la porosité entre la partie amont et la partie aval pourra être comprise entre -30% et +30%. On entend par porosité = (largeur fente x nb de fentes) / périmètre carter, cette porosité est comprise entre 40 et 60%, de préférence supérieure à 40%. Selon une première variante, les deux flancs d’une partie amont et/ou aval d’une fente sont parallèles. Dans ce cas, la porosité est radialement constante, l’interface veine/fentes et l’interface fentes/plénum ont des largeurs identiques. Selon une deuxième variante, les deux flancs d’une partie amont et/ou aval d’une fente ont des inclinaisons différentes. Ainsi la porosité est différente entre l’interface fentes/veine et l’interface fentes/plénum. Cette variation radiale de porosité est obtenue par l’inclinaison différente entre les surfaces latérales gauche et droite des fentes. Selon cette deuxième variante, les deux flancs de la partie amont sont divergents vers la cavité périphérique. De cette façon on peut accélérer le flux d’air sortant du plénum. Dans ce cas, la porosité est radialement variable. La porosité de l’interface veine/fentes est définie en considérant la largeur fente et le périmètre carter au niveau de l’ouverture des fentes sur la veine et la porosité de l’interface plénum/fentes est définie en considérant la largeur fente et le périmètre carter au niveau de l’ouverture des fentes sur le plénum. Avantageusement, les parties amont et aval des fentes sont séparée par une paroi. Les parties amont et aval des fentes sont séparées. Les parties amont et aval peuvent ainsi être fabriquées sur des pièces séparées. Avantageusement, l’angle α av est compris entre 20° et 70°, de préférence entre 35° et 55°. De façon optimale, l’angle α av sera de 45°. Avantageusement, le rotor est apte à tourner dans un sens et l’angle α av est incliné dans le sens de rotation du rotor. Conventionnellement la définition de l’inclinaison est qu’un angle positif correspond à une inclinaison dans le sens de rotation du rotor, l’angle α av d’inclinaison de la partie aval des fentes est positif. Avantageusement, le rotor comprend des pales avec un bord d’attaque et un bord de fuite définissant un profil incliné par rapport à l’axe X, le profil ayant une longueur Lx selon l’axe X, les parties amont et aval d’une fente sont reliées par une zone de transition de longueur lx située dans un intervalle d compris entre 10% Lx de l’amont du bord d’attaque et 5% Lx à l’aval du bord d’attaque. Comme d’un point de vue aérodynamique, la zone de transition se situe idéalement juste avant le bord d’attaque (entre 5% Lx en amont du bord d’attaque et le bord d’attaque. Suivant la taille rotor, la longueur des fentes peut varier significativement (entre 10 cm pour une grande soufflante et 1 cm pour un rotor de compresseur HP). Pour les petites fentes les contraintes d’usinage et d’intégration font que l’on risque d’avoir une transition que se fini un peu après le bord d’attaque, mais en doit pas dépasser 10% Lx. 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 d’exemple et nullement limitatif de l’invention. FIG. 1 est une vue en perspective d’ensemble d’un rotor et d’un carter selon l’invention, FIG. 2 est une vue radiale du carter avec une pale, FIG. 3 est une vue en perspective rapprochée d’un premier exemple de réalisation de l’invention, FIG. 4 est une vue en coupe des fentes de la FIG. 3 , FIG. 5 est une vue en perspective rapprochée d’un deuxième exemple de réalisation de l’invention, FIG. 6 est une vue en coupe des fentes de la FIG. 5 , FIG. 7 est une vue en perspective rapprochée d’un troisième exemple de réalisation de l’invention, FIG. 8 est une vue en coupe des fentes de la FIG. 7 , FIG. 9 est une vue en perspective rapprochée d’un quatrième exemple de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. L’ensemble 1 comprend un carter 2 et un rotor 3. Le rotor 3 est équipé de pales 30 et tourne autour d’un axe X dans le sens de la flèche S. Comme visible FIG. 1 , le carter 2 comprend sur une paroi interne 21, des fentes 20 uniformément réparties sur la totalité de sa périphérie intérieure. Ces fentes 20 représentent une somme d’ouvertures comprise entre 40% et 60% de préférence supérieure ou égale à 40% de la paroi interne du carter couverte par lesdites fentes 20. L’air circule selon la flèche A, le sens de circulation de l’air définissant les parties amont et aval. Cet air circule dans une veine 4 située entre le carter 2 et le moyeu 31. Les pales 30 comprennent un bord d’attaque 300 et un bord de fuite 301, et a une longueur Lx selon l’axe X, comme illustré FIG. 2 . Le bord d’attaque 300 des pales est en vis-à-vis des fentes 20 et ne couvre qu’une partie de celles-ci. De cette façon, le décrochage uniformément réparti entre les deux entrées de la fente coté veine te coté plénum, cela permet d’avoir une bonne solidité de la pièce. Il est possible de prévoir sans sortir du cadre de la présente invention que la zone de transition peut être usinée de manière à ce que l’entrée de la fente côté veine ou coté plénum soit rectangulaire, l’entrée de la fente de l’autre côté a alors un décrochage plus important . Chaque fente 20 se décompose en une partie amont 200 (en amont du bord d’attaque par rapport au sens de l’écoulement principal A) et une partie aval 201 (en aval du bord d’attaque par rapport au sens de l’écoulement principal A) reliées par une zone de transition 202. Elles comprennent chacune deux flancs 20d et 20g se décomposant en deux flancs amont 200d et 200g et deux flancs aval 201d et 201g. Elles débouchent sur une cavité périphérique 5 aussi appelée plénum. Dans le premier exemple illustré figures 3 et 4, les deux flancs amont 200d et 200g sont inclinés d’un angle α am par rapport au rayon R d’axe X, et les deux flancs aval 201d et 201g sont inclinés d’un angle α av par rapport au rayon R d’axe X. Les deux angles α am et α av sont différents et, ici, de signe opposés. La partie aval 201 est orienté dans le même sens (positif dans le sens trigonométrique) par rapport au rayon R que le sens de rotation S des pales 30, tandis que la partie aval est orienté en sens inverse (négatif dans le sens trigonométrique) du sens de rotation S des pales 30. L’air circule dans le plénum 5 dans le même sens S que les pales, il entre par la partie aval 201 et sort par la partie amont 200. Dans le deuxième exemple des figures 5 et 6, les deux flancs amont 200d et 200g sont éloignés d’une distance E am plus faibles que les deux flancs aval 201d et 201g éloignés d’une distance E av . L’air sortant de la cavité périphérique 5 par la partie amont 200 plus étroite est ainsi accélérée. Le troisième exemple illustré aux figures 7 et 8, les flancs amont 200d droit et 200g gauche ont des inclinaisons α amd du flanc droit 200d et α amg du flanc gauche 200g différentes pour créer une forme convergente de la cavité périphérique 5 vers la veine 4, ce qui permet d’accélérer l’air sortant de la cavité périphérique 5. Cette différence d’inclinaison α amd du flanc droit 200d et α amg du flanc gauche 200g n’est réalisée que sur la partie amont 200, car il n’est pas nécessaire d’accélérer l’air entrant dans la cavité périphérique 5 car il est poussé par les pales 30. La FIG. 9 montre un quatrième exemple où la partie amont 200 et la partie avant 201 de la fente 20 sont séparées non pas par une zone de transition 202 comme dans les exemples précédents mais par une paroi circulaire 203. On a donc deux rangées de fentes amont 200 et aval 201 disposées axialement et inclinées différemment. Les différents exemples peuvent être combinés, ainsi il est possible de prévoir des largeurs des parties amont 200 et aval 201 différentes combiné avec des inclinaisons α amd du flanc droit 200d et α amg du flanc gauche 200g de la partie amont différentes, avec ou sans paroi circulaire 203. Il est possible de prévoir plusieurs pièces : une pour les parties aval des fentes 200, une pour les parties amont des fentes 201, une pour la paroi 202. La circulation de l’air se fait de la façon suivante : l’air entre dans la turbomachine, les pales 30 du rotor 3 entraine l’air en rotation dans la veine 4 et une partie entre dans les parties aval 201 des fentes 20 pour atteindre la cavité périphérique 5, l’air circule dans la cavité périphérique 5 dans le même sens que le rotor 3 et dans le sens opposé de l’air de la flèche A (la vitesse de l’air à une composante axiale négative). Dans la cavité périphérique 5, l’écoulement circule à « contre-courant » de l’air qui se situe dans la veine, cela est dû au fait que, dans le plenum, l’air peut aller dans le « bon » sens par rapport au gradient de pression alors que dans la veine il est « poussé » par le rotor. ressort par la partie amont 200 des fentes 20, grâce au retournement axial de l’écoulement dans le plenum qui permet un prélèvement par l’aval des fentes et une réinjection par l’amont des fentes. L’inclinaison α av de la partie aval 201 est de préférence orientée dans le sens de rotation du rotor 3 afin de faciliter l’entrée de l’air Ae de la veine 4 vers la cavité périphérique 5. L’inclinaison α am de la partie amont 200 est de préférence orientée dans le sens opposé à la rotation du rotor 3 afin de faciliter la sortie de l’air As de la cavité périphérique 5 vers la veine 4. L’inclinaison aval α av et l’inclinaison amont α am sont orientées en fonction des besoins. Turbomachine d’aéronef, comprenant un carter (2) d’un rotor de turbomachine d’aéronef d’axe X comprenant une paroi intérieure avec des fentes axiale (20), chaque fente (20) comprend deux flancs (20d, 20g) inclinés par rapport à un rayon R d’axe X, chaque fente (20) débouchant sur une cavité périphérique (5), comprenant en outre un rotor (3) qui comprend des pales (30) disposées en vis-à-vis des fentes (20), caractérisé en ce que chaque fente (20) présente une partie amont (200) de sa longueur axiale avec un flanc (200d, 200g) incliné d’un angle α am par rapport au rayon R et une partie aval (201) de sa longueur axiale avec un flanc (201d, 201g) incliné d’un angle α a v , différent de α am . . Turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence d’inclinaison entre α am et α av est telle que α am = α av – δ avec δ compris entre 10° et 70°. Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur des fentes (20) est différente entre la partie amont (200) et la partie aval (201). Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux flancs (200d, 200g, 201d, 201g) d’une partie amont (200) et/ou aval (201) d’une fente (20) sont parallèles. Turbomachine selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux flancs (200d, 200g, 201d, 201g) d’une partie amont (200) et/ou aval (201) d’une fente (20) ont des inclinaisons différentes. Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux flancs (200d, 200g) de la partie amont (200) sont divergents vers la cavité périphérique (5). Turbomachine selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les parties amont (200) et aval (201) des fentes (20) sont séparée par une paroi (203). Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’angle α av est compris entre 20° et 70°, de préférence entre 35° et 55°. Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (3) est apte à tourner dans un sens et que l’angle α av est incliné dans le sens de rotation du rotor (3). Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (3) comprend des pales (30) avec un bord d’attaque (300) et un bord de fuite (301) définissant un profil incliné par rapport à l’axe X, le profil ayant une longueur Lx selon l’axe X, que les parties amont (200) et aval (201) d’une fente (20) sont reliées par une zone de transition (202) de longueur lx située dans un intervalle d compris entre 10% Lx de l’amont du bord d’attaque (300) et 5% Lx à l’aval du bord d’attaque (300).