Brevet FR3164759A1 — publié le 20260123

CARTER A FENTES COMPRENANT PLUSIEURS ETAGES Un premier objet de l’invention concerne une turbomachine d’aéronef comprenant un rotor de turbomachine d’axe X et un carter du rotor, ledit carter comprenant une paroi intérieure avec des fentes axiale (20) droites, chaque fente axiale droite (20) comprend deux flancs (20d, 20g) inclinés par rapport à un rayon R d’axe X. Les fentes axiales droites (20) sont disposées dans un premier anneau périphérique et qu’elles se prolongent par des fentes courbes (22) reliant une partie amont (200) d’une fente axiale droite (20) à une partie aval (201) d’une autre fente axiale droite (20). Les fentes courbes permettent de mettre en communication la partie aval d’une ou plusieurs fentes axiale droites du premier anneau avec la partie amont d’une autre ou plusieurs autres fentes axiales droites décalées azimutalement, c’est-à-dire décalées circonférentiellement. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4 CARTER A FENTES COMPRENANT PLUSIEURS ETAGES 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 radialement 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. D’autre part, l’air circulant dans le plénum peut atteindre une vitesse importante puisqu’il couvre toute la périphérie du carter et il n’est pas possible de maitriser où aura lieu la réinjection dans la veine. On a aussi proposé de réorienter l’air entre une première position sur le profil de tête du rotor an aval du bord d’attaque d’une pale et une seconde position en amont du bord d’attaque de la même pale 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 premier objet de l’invention concerne une turbomachine d’aéronef comprenant un rotor de turbomachine d’axe X et un carter, ledit carter comprenant une paroi intérieure avec des fentes axiale droites, chaque fente axiale droite comprend deux flancs inclinés par rapport à un rayon R d’axe X, il est caractérisé en ce que les fentes axiales droites sont disposées dans un premier anneau périphérique et qu’elles sont prolongées par des fentes courbes reliant une partie amont d’une fente axiale droite à une partie aval d’une autre fente axiale droite. Les fentes courbes permettent de mettre en communication la partie aval d’au moins une fente axiale droite du premier anneau avec la partie amont d’au moins une autre fente axiale droite décalée azimutalement, c’est-à-dire décalée circonférentiellement. 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’air entrant dans la partie aval de la fente axiale droite va être canalisée dans la fente courbe jusqu’à sortir par la partie amont d’une autre fente axiale droite. Contrairement au concept où la partie supérieure est constituée d’une cavité circonférentielle ou « plénum », dans laquelle l’écoulement peut avoir une vitesse circonférentielle importante (> 100 m/s), dans la présente invention, la présence des fentes courbes au-dessus du premier anneau limite fortement cette composante circonférentielle en récupérant l’écoulement prélevé en aval et de l’amener vers une ou plusieurs fente(s) axiale(s) droite(s) décalée(s) azimutalement. On déphase ainsi de façon circonférentielle le prélèvement et la réinjection dans la veine. En comparaison aux solutions de concept à recirculation locale par une conduite, l’invention permet de différentier la position circonférentielle de prélèvement et de réinjection, tout en conservant de l’aspiration par une fente axiale droite au-dessus de l’aube. Une fente axiale s’étend axialement et comprend une profondeur radiale mesurée entre une ouverture radiale interne et un fond radiale externe. Avantageusement, le fond radiale externe d’une fente axiale droite comprend une ouverture sur une fente courbe et une autre ouverture sur une autre fente courbe.Avantageusement, les fentes courbes relient la partie amont d’une fente axiale droite n à la partie aval d’une fente axiale droite n+i, avec i est un entier compris entre 1 et 4. Le décalage circonférentiel entre le prélèvement et l’injection dans la veine est d’une à quatre fentes axiales droites, c’est-à-dire que chaque fente courbe va relier la partie amont d’une fente axiale droite de position n à la partie aval d’une fente axiale droite n+i décalée circonférentiellement d’une, deux, trois ou quatre fentes axiale droite. L’air va donc sortir décalé par rapport à sa position d’entrée d’une à quatre fentes axiale droite. Avantageusement, les fentes courbes relient la partie amont de p fentes axiales droites à la partie aval de p fentes axiales droites, p est un entier compris entre 1 et 4. De cette façon, l’air entrant dans la partie aval de ces p fentes axiales droites va être dirigé vers la partie amont de p fentes axiales droites, décalées circonférentiellement d’au moins une fente axiale droite. Avantageusement, la partie aval des p fentes axiales droites sont reliée par les fentes courbes à la partie amont des fentes axiales droites décalée d’un nombre p de fentes axiales droites. Ainsi l’air entrant dans la partie aval de ces p fentes axiales droites va être dirigé vers la partie amont d’autres p fentes axiales droites, décalées circonférentiellement de p fentes axiales droites. Avantageusement, les fentes courbes ont une forme en S. Cette forme en S constitue des chicanes qui conduit l’air de façon sélective d’aval vers l’amont, la forme plus ou moins courbe du S est choisie en fonction des paramètres du compresseur. Avantageusement, les fentes courbes sont disposées dans un deuxième anneau périphérique superposé radialement au premier anneau périphérique. La réalisation et le montage de ces deux anneaux périphériques superposés est facile, le premier anneau étant imbriqué dans le deuxième. Avantageusement, l’ensemble des fentes axiales droites 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 axiales droites. Avantageusement, les fentes axiales droites ont une hauteur radiale inférieure à la hauteur des fentes courbes. Un deuxième aspect de l’invention concerne un ensemble d’un rotor et d’un carter ayant au moins une des caractéristiques précédentes, le rotor comprenant des pales disposées en vis-à-vis des fentes. Avantageusement, le rotor tourne dans un sens et les fentes axiales droites sont inclinées 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’inclinaison des fentes axiales droites est positif. Ainsi le fond externe radialement d’une fente axiale droite est décalée angulairement selon le sens de rotation par rapport à l’ouverture interne radialement de la fente axiale droite. Autrement dit en regardant le rotor du côté où il tourne dans le sens contraire d’une horloge, un rayon passant par le centre de l’ouverture interne est angulairement à droite du rayon passant par le fond externe radialement de la fente axiale. Un troisième aspect de l’invention concerne une turbomachine comprenant un ensemble selon le deuxième aspect de l’invention. 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 vue de la veine, FIG. 4 est une vue en coupe radiale du premier exemple de la FIG. 3 vue de l’extérieur du rotor, FIG. 5 est une vue en coupe des fentes des figures 3 et 4, FIG. 6 est une vue en perspective rapprochée d’un deuxième exemple de réalisation de l’invention vue de la veine, FIG. 7 est une vue en coupe radiale du deuxième exemple de la FIG. 6 vue de l’extérieur du rotor, FIG. 8 est une vue en coupe des fentes des figures 6 et 7, FIG. 9 est une vue en perspective rapprochée d’un troisième exemple de réalisation de l’invention vue de la veine, FIG. 10 est une vue en coupe radiale du troisième exemple de la FIG. 9 vue de l’extérieur du rotor, FIG. 11 est une vue en coupe des fentes des figures 9 et 10, FIG. 12 est une vue en perspective rapprochée d’un quatrième exemple de réalisation de l’invention vue de la veine, FIG. 13 est une vue en coupe radiale du quatrième exemple de la FIG. 12 vue de l’extérieur du rotor, FIG. 14 est une vue en coupe des fentes des figures 12 et 13. 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 selon un aspect de l’invention 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 intérieure 21, des fentes axiales droites 20 droites uniformément réparties sur la totalité de sa périphérie intérieure. Ces fentes axiales droites 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 axiales droites 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 ont une longueur Lx selon l’axe X, comme illustré FIG. 2 . Le bord d’attaque 300 des pales 30 est en vis-à-vis des fentes axiales droites 20 et ne couvre qu’une partie de celles-ci. Chaque fente axiale droite 20 comprennent deux flancs 20d et 20g parallèles et inclinés dans le sens de rotation du rotor 3. Ces fentes axiales droites 20 sont disposé dans un premier anneau périphérique 2A qui constitue un premier étage. Les fentes axiales droites 20 se prolongent par des fentes courbes 22 constituant un deuxième étage. Les fentes courbes 22 comprennent deux flancs 22d et 22g parallèles de direction radiale. Ce deuxième étage peut être réalisé dans le carter 2 ou dans un deuxième anneau périphérique 2B dans lequel le premier anneau périphérique est imbriqué. Le bord d’attaque 300 des pales définit une partie amont 200 et une partie aval 201 de la fente axiale droite 20. Dans le premier exemple illustré figures 3, 4 et 5, les fentes courbes 22 relient une partie aval 201n+1 d’une fente axiale droite 20 de position n+1 à une partie amont 200n d’une fente axiale droite 20 de position n. Dans la présente description, les positions n s’incrémentent dans le sens inverse de rotation S du rotor 3, c’est-à-dire que n augmente dans le sens de rotation S. L’air circule dans les fentes courbes 22 dans le même sens S que les pales, il entre par la partie aval 201n+1 d’une fente axiale droite 20n+1 et sort par la partie amont 200n de la fente axiale droite 20n. Dans le deuxième exemple des figures 6 à 8, les fentes courbes 22 relient une partie aval 201n-1 d’une fente axiale droite 20 de position n-1 à une partie amont 200n d’une fente axiale droite 20 de position n. Dans cet exemple, l’air circule dans les fentes courbes 22 dans le sens inverse du sens de rotation S des pales 30, il entre par la partie aval 201n-1 d’une fente axiale droite 20n-1 et sort par la partie amont 200n de la fente axiale droite 20n. Le troisième exemple illustré aux figures 9 à 11, les fentes courbes 22 relient une partie aval 201n+2 d’une fente axiale droite 20 de position n+2 à une partie amont 200n d’une fente axiale droite 20 de position n, soit un décalage de deux fentes axiales droites. Dans cet exemple, l’air circule dans les fentes courbes 22 dans le sens de rotation S que les pales 30, il entre par la partie aval 201n+2 d’une fente axiale droite 20n+2 et sort par la partie amont 200n de la fente axiale droite 20n. On peut relier jusqu’à quatre fentes axiales droites 20 d’écart par une fente courbe 22, dans le sens de rotation ou en sens inverse. Le quatrième exemple illustré aux figures 12 à 14, les fentes courbes 22 relient les parties aval 201n+3 et 201n+2 de deux fentes axiales droites 20 de position n+2 et n+3 à une partie amont 200n de deux fentes axiale droite 20 de position n et n+1, soit un décalage de quatre fentes axiale droite entre la dernière entrée amont et la première sortie en aval dans le sens de rotation du rotor 3. Dans cet exemple, l’air circule dans les fentes courbes 22 dans le sens de rotation S que les pales 30, il entre par la partie aval 201n+3 ou 201n+4 d’une fente axiale droite 20n+3 ou 20n+4 et sort par la partie amont 200n ou 200n+1 de la fente axiale droite 20n ou 20n+1. Ce décalage entraine moins de pertes et un meilleur rendement dans certaines configurations. On peut regrouper jusqu’à quatre fentes axiales droites 20 avec une seule fente courbe 22. 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 axiales droites 20, l’air est dirigé par les fentes courbes de la partie aval d’au moins une fente axiale droite 20 vers la partie amont d’au moins une fente axiale droite 20 décalée d’une ou plusieurs fentes axiale droite, l’air ressort par la partie amont 200 d’au moins une fentes axiales droites 20. Turbomachine d’aéronef comprenant un rotor de turbomachine d’axe X et un carter (2) dudit rotor, ledit carter (2) comprenant une paroi intérieure (21) avec des fentes axiale (20) droites, chaque fente axiale droite (20) comprend deux flancs (20d, 20g) inclinés par rapport à un rayon R d’axe X, caractérisé en ce que les fentes axiales droites (20) sont disposées dans un premier anneau périphérique (2A) et qu’elles sont prolongées par des fentes courbes (22) reliant une partie amont (200) d’une fente axiale droite (20) à une partie aval (201) d’une autre fente axiale droite (20). Turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes courbes (22) relient la partie amont (200) d’une fente axiale droite (20) n à la partie aval (201) d’une fente axiale droite (20) n+i, avec i est un entier compris entre 1 et 4. Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes courbes (22) relient la partie amont (200) de p fentes axiales droites (20) à la partie aval (201) de p fentes axiales droites (20). Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie aval (201) des p fentes axiales droites (20) sont reliée par les fentes courbes (22) à la partie amont (200) des fentes axiales droites (20) décalée d’un nombre p de fentes axiales droites (20), avec p est un entier compris entre 1 et 4. Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes courbes (22) ont une forme en S. Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes courbes (22) sont disposées dans un deuxième anneau périphérique (2B) superposé radialement au premier anneau périphérique (2A). Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes axiales droites (20) ont une hauteur radiale inférieure à la hauteur des fentes courbes (22). Turbomachine selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (3) comprend des pales (30) disposées en vis-à-vis des fentes axiale droite (20). Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rotor (3) tourne dans un sens de rotation de fonctionnement de turbomachine et que les flancs (20d, 20g) des fentes axiales droites (20) sont inclinées dans le sens de rotation du rotor (3). Turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble des fentes axiales droites (20) représentent une somme d’ouvertures supérieure ou égale à 40% de préférence comprise entre 40% et 60% de la paroi interne du carter couverte par lesdites fentes axiales droites (20).