INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Une turbomachine à soufflante « non carénée » (ou turbopropulseurs de type « Propfan » ou « Open rotor » ou « Counter-Rotating Open Rotor ») est un type de turbomachine dans laquelle la soufflante (ou hélice) s’étend en dehors du carter moteur, contrairement aux turbomachines classiques (de type « Turbofan ») dans lesquelles la soufflante est carénée. Un exemple d’une telle turbomachine est représenté aux figures 1 et 2. La turbomachine 10 comprend un moyeu 12, définissant le carter moteur, et sur lequel est montée une rangée annulaire amont 14 de pales 18 non carénées et une rangée annulaire aval 16 de pales 18 non carénées qui sont espacées l’une de l’autre suivant un axe longitudinal X de la turbomachine 10. Les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » ou « circonférentiel », sont définis par référence à l’axe longitudinal X de la turbomachine 10. Les qualificatifs relatifs « amont » et « aval » sont définis l’un par rapport à l’autre en référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine 10 le long de l’axe longitudinal X.
Par ailleurs, la turbomachine 10 comporte, d’amont en aval à l’intérieur du carter moteur, un (ou des) compresseur(s) 2, au moins une chambre de combustion 4, une (ou des) turbine(s) 6 et au moins une tuyère d’échappement 8.Parmi ces turbomachines à soufflante non carénée, on connait les turbomachines de type « Unducted Single (or Stator) Fan » (USF) dans chacune desquelles, comme illustré aux figures 1 et 2, la première rangée annulaire amont 14 de pales 18 non carénées est montée mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X et la rangée annulaire aval 16 de pales 18 non carénées est fixe. Le sens de rotation des pales 18 de la rangée annulaire amont 14 n’est pas déterminant. La rangée annulaire aval 16 peut être centrée sur un axe coïncidant ou non avec l’axe longitudinal X. Comme illustré à la , la rangée annulaire aval 16 est centrée sur l’axe longitudinal X. Une telle configuration de la rangée annulaire amont 14 et de la rangée annulaire aval 16 permet de valoriser, à travers la rangée annulaire aval 16, l’énergie de giration de l’écoulement d’air issu de la rangée annulaire amont 14. Le rendement de la turbomachine 10 est ainsi amélioré, notamment vis-à-vis d’une hélice rotative unique dans le cas d’un turbopropulseur classique. La rangée annulaire amont 14 de pales 18 non carénées est entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal X par la (ou les) turbine(s) 6 qui entraîne(nt) elle(s)-même(s) le(ou les) compresseur(s) 2. La turbomachine comprend généralement un boitier de réduction de vitesse (« gearbox » en anglais) afin de découpler la vitesse de rotation des turbines par rapport à la vitesse de rotation de la rangée annulaire amont 14. Par ailleurs, l’un des intérêts d’une turbomachine de type USF par rapport à une turbomachine type « Counter-Rotating Open Rotor » est de réduire le bruit tonal émis par la turbomachine du fait que la rangée annulaire aval 16 de pales 18 non carénées est fixe.
Comme schématisé à la , la turbomachine 10 peut avoir une configuration dite « puller » (rangée annulaire amont 14 et rangée annulaire aval 16 situées au niveau d’une portion d’extrémité amont) ou, comme schématisé à la , une configuration dite « pusher » (rangée annulaire amont 14 et rangée annulaire aval 16 situées au niveau d’une portion d’extrémité aval).
Dans la configuration puller, la rangée annulaire amont et la rangée annulaire aval peuvent entourer une section du(des) compresseur(s) 2 de la turbomachine ou du boitier de réduction de vitesse. Dans la configuration pusher, la rangée annulaire amont et la rangée annulaire aval peuvent entourer une section de la(des) turbine(s) 6 de la turbomachine 10.
L’absence de carénage entraine une augmentation du niveau de bruit émis par la turbomachine 10. En effet, le bruit généré par les rangées annulaires de pales 18 non carénées se propage en champs libre. Une cause principale du bruit émis est liée à des structures tourbillonnaires 19 générées dans l’écoulement d’air au niveau des extrémités radialement externes libres des pales 18 de la rangée annulaire amont 14 qui impactent les pales 18 de la rangée annulaire aval 16.
Un niveau de bruit trop important est préjudiciable au confort des passagers de l’aéronef sur lequel est installée la turbomachine. De plus, les normes actuelles imposent un seuil maximum de bruit, notamment en zone proche du sol, c'est-à-dire lors des phases de décollage et d’atterrissage. Une solution connue pour réduire le niveau de bruit émis consiste à diminuer uniformément la dimension radiale de chaque pale 18 de la rangée annulaire aval 16. Ainsi, comme représenté à la , l’extrémité radialement externe de chaque pale 18 de la rangée annulaire amont 14 est inscrite dans un premier cercle 20 centré sur l’axe longitudinal X et l’extrémité radialement externe de chaque pale 18 de la rangée annulaire aval 16 est inscrite dans un second cercle 22 centré sur l’axe longitudinal X, le rayon Re2 du second cercle 22 étant inférieur au rayon Re1 du premier cercle 20. De cette manière, l’impact des tourbillons 19 formés au niveau des extrémités radialement externes des pales 18 de la rangée annulaire amont 14 sur les pales 18 de la rangée annulaire aval 16 est limité en ce que ces tourbillons passent radialement à l’extérieur des pales 18 de la rangée annulaire aval 16. Cette solution est appelée « clipping », ou « cropping », ou « troncature » ou encore « écrêtage », des pales 18 de la rangée annulaire aval 16.
Toutefois, cette solution est limitée en ce que la réduction de la dimension des pales 18 de la rangée annulaire aval 16 engendre une diminution du rendement de la turbomachine 10.
En outre, la solution actuelle ne présente pas entière satisfaction en ce qu’elle permet une réduction efficace du bruit uniquement dans une configuration isolée de la turbomachine et à incidence nulle. En effet, la présence d’éléments environnants (mât, fuselage, etc.), une incidence non nulle du flux d’air perçu par la turbomachine 10 et la forme des pales 18 de la rangée annulaire amont 14 modifient la contraction et l’axisymétrie autour de l’axe longitudinal X de l’écoulement d’air en aval de la rangée annulaire amont 14 et/ou la taille des tourbillons 19 présents dans l’écoulement d’air en aval de la rangée annulaire amont 14 de sorte que la troncature des pales 18 de la rangée annulaire aval 16 ne prévient plus de l’interaction entre les pales 18 de la rangée annulaire aval 16 et les tourbillons 19 formés par les pales 18 de la rangée annulaire amont 14.
Par ailleurs, comme représenté à la , le moyeu peut présenter un rayon radialement externe plus grand au niveau de la rangée annulaire aval 16 qu’au niveau de la rangée annulaire amont 14. Ceci peut être due à l’intégration d’une entrée d’air 17, longitudinalement entre la rangée annulaire amont 14 et la rangée annulaire aval 16. Cela a pour conséquence que la dimension radiale des pales 18 de la rangée annulaire aval 16 pourrait être encore plus réduite afin d’échapper aux tourbillons 19 formés au bout des pales 18 de la rangée annulaire amont 14, ce qui diminue davantage le rendement de la turbomachine 10.
La présente description vise à proposer une solution à ces inconvénients .
Résumé Il est proposé un propulseur aéronautique d’axe longitudinal comprenant un moyeu et au moins deux rangées annulaires de pales non carénées comprenant une rangée annulaire amont et une rangée annulaire aval espacées l’une de l’autre suivant ledit axe longitudinal, la rangée annulaire amont étant mobile en rotation autour de l’axe longitudinal, ladite rangée annulaire aval comprenant une série de pales incluant une première pale et une deuxième pale s’étendant chacune selon une direction radiale depuis le moyeu de sorte à définir une dimension radiale entre ledit moyeu et une extrémité radialement externe de la pale respective, la dimension radiale de la première pale étant supérieure à la dimension radiale de la deuxième pale, caractérisée en ce que la dimension radiale de la première pale est inférieure à une dimension radiale de chacune des pales de la rangée annulaire amont et en ce que la première pale présente un rayon radialement externe supérieur à un rayon radialement externe d’au moins une des pales de la rangée annulaire amont.
- des moyens de verrouillage, pour le verrouillage en rotation dudit au moins un organe de fixation dans ladite feuillure, comprenant :
-- des organes d’emboîtement, successifs, portés par ladite feuillure, de préférence ménagés sur une seconde paroi latérale, et
-- des organes d’emboîtement, successifs et complémentaires, portés par une seconde partie latérale dudit au moins un organe de fixation.
Dans la présente invention, les moyens d’assemblage sont ainsi structurés, d’une part, pour guider un mouvement de rotation dudit au moins un organe de fixation au sein de ladite au moins une feuillure, autour d’un degré de liberté en rotation qui est orienté parallèlement audit axe longitudinal dudit poteau et, d’autre part, pour autoriser un verrouillage dudit au moins un organe de fixation autour dudit audit axe de positionnement.
En particulier, les organes d’emboîtement successifs, en combinaison avec les moyens de guidage, confèrent un assemblage optimal dudit au moins un organe de fixation au sein de ladite au moins une feuillure.
- ladite gorge longitudinale latérale est ménagée dans ladite première paroi latérale et/ou dans ladite paroi de fond ;
- la gorge longitudinale latérale et la première partie latérale dudit au moins un organe de fixation comportent des surfaces de contact courbes, complémentaires, par exemple en arc de cercle ;
- les organes d’emboîtement de ladite au moins une feuillure et les organes d’emboîtement dudit au moins un organe de fixation se présentent sous la forme de dentures droites, comprenant avantageusement chacun au moins deux dents ;
- ledit au moins un organe de fixation comporte deux parties latérales, avantageusement en forme générale de L avec, d’une part, ladite première partie latérale, avantageusement un premier bras, coopérant avec ladite gorge longitudinale latérale et venant avantageusement en regard de ladite paroi de fond et, d’autre part, ladite seconde partie latérale, avantageusement un second bras, coopérant par déformation élastique avec lesdits organes d’emboîtement portés par ladite feuillure longitudinale et venant avantageusement en regard de ladite seconde paroi latérale ; de préférence, la première partie latérale dudit au moins un organe de fixation comporte au moins un emplacement, de préférence au moins deux emplacements, réparties sur sa longueur et destiné à recevoir un fil métallique latéral ; de préférence encore, au moins deux desdits emplacements comportent des cotes en profondeur différentes ;
- ladite seconde partie latérale se termine par une patte destinée à faciliter la déformation élastique de ladite seconde partie latérale et à permettre la séparation entre ledit organe de fixation et ledit poteau ;
- ledit au moins un poteau comporte au moins une chambre longitudinale définie par une paroi périphérique ; lequel système de poteaux comprend au moins deux poteaux dont les chambres longitudinales comportent des parois périphériques présentant des épaisseurs différentes, adaptées à la longueur desdites poteaux.
La présente invention concerne encore la clôture comprenant :
- un système de poteaux selon l’invention, et
- au moins un panneau grillagé.
Cette configuration est particulière avantageuse pour réduire l’influence des tourbillons formés au niveau de l’extrémité radialement externe des pales de la rangée annulaire amont sur les pales de la rangée annulaire aval lorsque l’incidence du propulseur aéronautique est élevée, i.e. lorsque l’axe longitudinal présente une inclinaison élevée par rapport à l’horizontale, notamment lors des phases de décollage.
Angulairement autour de l’axe longitudinal, la première pale peut être positionnée plus près d’une position angulaire à 12H ou d’une position angulaire à 6H que ne l’est la deuxième pale et la deuxième pale peut être positionnée plus près d’une position angulaire à 3H ou d’une position angulaire à 9H que ne l’est la première pale.
Une telle configuration permet de réduire l’impact des tourbillons formés au niveau de l’extrémité radialement externe des pales de la rangée annulaire amont sur la deuxième pale de la rangée annulaire aval. La solution est en outre particulièrement avantageuse en ce qu’il a été observé que les tourbillons formés par les pales de la rangée annulaire amont sont généralement de plus grande taille au niveau des positions angulaires à 3H et à 9H dans le sillage aval de la rangée annulaire amont. Le niveau de bruit d’interaction (i.e. le bruit engendré par l’interaction du sillage des pales de la rangée annulaire amont sur les pales de la rangée annulaire aval) émis par le propulseur aéronautique est donc davantage réduit. Aussi, une telle configuration permet une réduction du bruit émis à proximité de la cabine de l’aéronef sur lequel est monté le propulseur aéronautique et en zone proche du sol, c'est-à-dire lors des phases de décollage et d’atterrissage. On accroit ainsi le confort des passagers et on limite les émissions sonores en champ libre.
Selon un mode de réalisation particulier, la première pale peut être positionnée angulairement autour de l’axe longitudinal dans une zone angulaire comprise entre (délimitée par) une position angulaire à 12H et une position angulaire à 6H prise dans un sens horaire ou un sens anti-horaire, et la deuxième pale peut être positionnée angulairement autour de l’axe longitudinal dans ladite zone angulaire, entre la première pale et un premier plan comprenant l’axe longitudinal et un axe passant par la position angulaire à 3H et la position angulaire à 9H. Selon une autre formulation équivalente, la première pale est située, angulairement autour de l’axe longitudinal, soit dans une première zone angulaire comprise entre la position angulaire à 12H et la position angulaire à 6H comprenant la position angulaire à 3H, soit dans une seconde zone angulaire comprise entre la position angulaire à 12H et la position angulaire à 6H comprenant la position angulaire à 9H, la deuxième pale étant située, angulairement autour de l’axe longitudinal, dans la même zone angulaire que la première pale, respectivement, soit entre la première pale et la position angulaire à 3H, soit entre la première pale et la position angulaire à 9H. Lesdites première zone angulaire et seconde zone angulaire correspondent chacune à une moitié du cadran horaire défini autour de l’axe longitudinal. Chacune de la première zone angulaire et de la seconde zone angulaire est comprise entre (délimitée par) la position angulaire à 12H et la position angulaire à 6H, la première zone angulaire incluant la position angulaire à 3H et la seconde zone angulaire incluant la position angulaire à 9H.
La première pale et la deuxième pale peuvent être chacune positionnée dans une zone angulaire comprise entre (délimitée par) la position angulaire à 12H et la position angulaire à 6H prises dans un sens horaire ou un sens anti-horaire. La rangée annulaire aval peut comprendre une troisième pale qui présente une dimension radiale supérieure à la dimension radiale de la deuxième pale, et la troisième pale peut être positionnée angulairement autour de l’axe longitudinal dans la même zone angulaire que la première pale et la deuxième pale, la deuxième pale étant disposée circonférentiellement entre la première pale et la troisième pale. La troisième pale n’est pas nécessairement directement adjacente de la deuxième pale. C'est-à-dire, la deuxième pale et la troisième pale ne sont pas nécessairement circonférentiellement consécutives. Une (ou plusieurs) pale(s) peut(vent) être circonférentiellement interposée(s) entre la deuxième pale et la troisième pale.
La première pale peut être située d’un côté du premier plan et la troisième pale peut être située de l’autre côté du premier plan. Autrement dit, la première pale et la troisième pale peuvent être situées de part et d’autre du premier plan. La dimension radiale de la troisième pale peut être inférieure à la dimension radiale de la première pale.
La rangée annulaire aval peut comprendre une première étendue angulaire de pales centrée sur la position angulaire à 3H ou sur la position angulaire à 9H et une seconde étendue angulaire de pales centrée sur la position angulaire à 12H ou sur la position angulaire à 6H, la dimension radiale moyenne des pales de la première étendue angulaire étant inférieure à la dimension radiale moyenne des pales de la seconde étendue angulaire.
La rangée annulaire aval peut comprendre k groupe(s) de pales avec k un entier supérieur ou égal à 1. On limite ainsi le nombre de pale différentes à fabriquer, permettant de réduire les couts associés à la fabrication d’un tel propulseur aéronautique.
Les pales dudit au moins un groupe de pales peuvent être disposées circonférentiellement de manière contigüe dans un secteur angulaire autour de l’axe longitudinal. Autrement dit, les pales de chaque groupe de pales peuvent être toutes consécutives deux à deux dans ledit secteur angulaire autour de l’axe longitudinal. On réduit encore les coûts de fabrication du propulseur aéronautique. On réduit encore les coûts de fabrication du propulseur aéronautique.
La rangée annulaire aval peut comprendre au moins une paire de pales dont le positionnement angulaire autour de l’axe longitudinal est symétrique par rapport à un plan de symétrie comprenant l’axe longitudinal et l’axe passant par des positions angulaires à 6H et à 12H, les pales de ladite paire de pales présentant des paramètres géométriques identiques, notamment une même dimension radiale. La rangée annulaire aval peut être symétrique par rapport au plan de symétrie. Il est entendu par « symétrique » que, pour chaque pale de la rangée annulaire aval positionnée angulairement autour de l’axe longitudinal selon un angle mesuré autour de l’axe longitudinal dans le sens horaire par rapport à la position angulaire à 12H et compris entre 0° et 180° exclus, la rangée annulaire aval comprend une autre pale positionnée angulairement autour de l’axe longitudinal selon un angle opposé (i.e. le même angle mais mesuré autour de l’axe longitudinal dans le sens anti-horaire) et présentant des paramètres géométriques identiques. En particulier, les pales de la rangée annulaire aval positionnées angulairement autour de l’axe longitudinal, respectivement, selon les angles opposés par rapport à la position angulaire à 12H peuvent présenter une même dimension radiale.
Par exemple, la rangée annulaire aval peut comprendre entre 2 et 25 pales. Le nombre de pales de la rangée annulaire amont peut être différent du nombre de pales de la rangée annulaire aval. Cela permet de minimiser encore le niveau de bruit émis par le propulseur aéronautique.
Le rapport entre la distance dans la direction longitudinale entre un plan médian normal à l’axe longitudinal respectif de chaque rangée annulaire, et le diamètre du propulseur aéronautique peut varier entre 0,01 et 0,8. Le plan médian normal à l’axe longitudinal respectif de chaque rangée peut être le plan contenant l’axe de changement de calage respectif de chacune des pales de la rangée annulaire correspondante. Le bord de fuite de chacune des pales de la rangée annulaire amont est situé longitudinalement en amont d’un bord d’attaque de chacune des pales de la rangée annulaire aval. Ainsi, on limite, voire on évite, des interférences entre les rangées annulaires amont et aval.
est une vue schématique partielle en coupe d’une turbomachine à soufflante non carénée selon la technique antérieure, dans une configuration « pusher » ;
est une vue schématique d’une turbomachine à soufflante non carénée, dans une configuration « puller », dans une phase de décollage ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe I-I, selon la technique antérieure ;
est une vue schématique partielle en coupe d’une turbomachine à soufflante non carénée selon la présente description, dans une configuration « pusher » ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe IV-IV, selon un premier mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe IV-IV, selon un deuxième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe IV-IV, selon un troisième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe IV-IV, selon un quatrième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe IV-IV, selon un cinquième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique illustrant une rangée annulaire de pales fixes non carénées de la turbomachine de la dans le plan de coupe IV-IV, selon un sixième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique d’une turbomachine à soufflante non carénée de la présente description selon une variante de réalisation ;
est une vue schématique d’une turbomachine à soufflante non carénée de la présente description selon une autre variante de réalisation.
Il est maintenant fait référence à la . La représente, en coupe, une turbomachine 10 d’axe longitudinal X qui comporte, d’amont en aval à l’intérieur du carter moteur, un (ou des) compresseur(s) 2, une (ou des) chambre(s) de combustion 4, une (ou des) turbine(s) 6 et une (ou des) tuyère(s) d’échappement 8.
La turbomachine 10 comprend un moyeu 12 et deux rangées annulaires de pales 18 non carénées dont une rangée annulaire amont 14 et une rangée annulaire aval 16. La rangée annulaire amont 14 et la rangée annulaire aval 16 sont espacées l’une de l’autre suivant l’axe longitudinal X. La rangée annulaire amont 14 est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X. La rangée annulaire aval 16 est ici fixe autour de l’axe longitudinal X. Autrement dit, la rangée annulaire aval 16 n’est pas entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal X. Cela n’exclut pas que chaque pale 18 de la rangée annulaire aval 16 peut être à calage variable comme il sera vu plus loin. En outre, selon une alternative non représentée, la rangée annulaire aval 16 peut être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X. En d’autres termes, la rangée annulaire amont 14 est de type rotorique et la rangée annulaire aval 16 est ici de type statorique. Dans la configuration de la , la rangée annulaire amont 14 de pales 18 non carénées est entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal X par la (ou les) turbine(s) 6 qui entraîne(nt) elle(s)-même(s) le(ou les) compresseur(s) 2. Au surplus, il peut être prévu un boitier de réduction de vitesse (ou « gearbox » en anglais) entre la (ou les) turbine(s) 6 et la rangée annulaire amont 14.
Les pales 18 de la rangée annulaire amont 14 et/ou de la rangée annulaire aval 16 peuvent être à calage variable. Il est ainsi possible d’adapter le calage des pales 18 de la turbomachine 10 selon le point de fonctionnement de la turbomachine 10 ou la phase de vol. Il peut être prévu un système de changement de calage intégré au moyeu afin d’adapter l’incidence des pales pour chaque phase de vol. Chaque pale 18 peut ainsi être ajustée en rotation autour d’un axe de changement de calage respectif selon les phases et les conditions de vols. L’axe de changement de calage de chacune des pales 18 est un axe s’étendant radialement et positionné longitudinalement au niveau d’une portion médiane de la pale respective. L’axe de changement de calage de chacune des pales 18 de la rangée annulaire aval 16 visibles sur la coïncide avec un axe passant par des positions angulaires à 12H et à 6H autour de l’axe longitudinal de la rangée annulaire aval.