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AUBE A CALAGE VARIABLE POUR ETAGE DE REDRESSEUR,
COMPRENANT UNE PLATEFORME INTERNE NON CIRCULAIRE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte de façon
générale au domaine des étages de redresseurs à aubes à
calage variable, ces étages étant prévus pour équiper
des modules de turbomachine, du type compresseur ou
turbine.
L'invention s'applique de préférence aux
turbomachines pour aéronef, par exemple du type
turboréacteur ou turbopropulseur.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
En référence à la figure 1, on peut
apercevoir une partie d'un compresseur haute pression
pour turboréacteur, de conception connue de l'art
antérieur. Le compresseur 1 comprend, de façon
classique, une pluralité d'étages de redresseur 2a, 2b,
2c, et de roues mobiles (non représentées). Ces
éléments, centrés sur l'axe 4 de la turbomachine, sont
prévus en alternance dans la direction axiale, et
destinés à être traversés par un flux d'air principal 6
s'écoulant à travers ce compresseur haute pression.
Chaque étage de redresseur 2a, 2b, 2c
comprend une pluralité d'aubes 8, dites à calage
variable. Les aubes 8, réparties circonférentiellement
autour de l'axe 4, présentent chacune une tête reliée à
un carter extérieur 10 du compresseur, cette tête
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comprenant habituellement une plateforme radialement
externe 11 se prolongeant par un pion de centrage 12.
Le pion 12 est relié à un système 14 permettant le
pilotage en incidence de l'aube 8, système qui est
monté sur le carter extérieur 10. De manière connue, le
système 14 est capable de piloter en incidence toutes
les aubes de son étage de redresseur associé,
simultanément.
En référence à la figure 2, on peut voir
que l'aube 8 présente également un pied, comprenant
aussi habituellement une plateforme radialement interne
13 se prolongeant par un pion de centrage 16. Ce pion
16, d'axe identique à celui du pion 12 et correspondant
à l'axe 20 de l'aube autour duquel cette aube peut être
pivotée afin d'être calée en incidence, est inséré dans
un anneau de redresseur 22.
Ce dernier, généralement réalisé à partir
de plusieurs secteurs angulaires d'anneau, présente en
effet une pluralité d'orifices 24 répartis
circonférentiellement, chacun logeant une douille 26 de
réception d'un pion de centrage 16. De plus, ces
orifices 24 débouchent respectivement dans d'autres
orifices 27 de logement des plateformes 13. De façon
connue, outre le logement des douilles 26 et des
plateformes radialement internes 13, l'anneau de
redresseur 22 participe à la construction de la surface
intérieure de délimitation de la veine principale
traversée par le flux d'air 6.
Chaque douille 26 comprend une collerette
28 insérée dans l'un des orifices 24 de l'anneau, cette
collerette définissant un logement 30 de pion de
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centrage, dans lequel le pion 16 d'une aube est inséré.
Sur la figure 2, on peut voir que le pion 16 est revêtu
d'un organe 32, de préférence solidaire de ce dernier,
ayant pour fonction de favoriser le glissement dans la
collerette 28. Par ailleurs, la douille 26 comporte une
embase 34 solidaire de la collerette, et disposée
radialement vers l'intérieur par rapport à celle-ci.
L'embase 34 de chaque douille repose dans une rainure
circonférentielle 36 de l'anneau de redresseur 22, afin
d'assurer, de manière connue, un blocage en rotation de
cette douille.
Effectivement, chaque embase 34 est
délimitée par deux faces opposées selon la direction
circonférentielle 40, et deux faces opposées selon la
direction axiale 50, référencées 46 et 48. Les deux
faces 46, 48, dites faces circonférentielles, sont
sensiblement planes et en regard respectivement des
deux chants délimitant la rainure 36, comme montré sur
la figure 2.
Il est fait en sorte que les faces 46, 48
soient au plus prêt respectivement des deux chants de
rainure en regard l'un de l'autre, et espacés selon la
direction axiale 50. Généralement, seul un jeu
fonctionnel est conservé entre les éléments en regard
deux à deux, afin de permettre le logement des embases
34 dans la rainure circonférentielle 36 pourvue des
orifices 24.
Avec cette configuration typique rencontrée
dans l'art antérieur, lorsque le système de pilotage en
incidence 14 entraîne les aubes 8 en rotation autour
des axes de rotation 20 afin de les caler en incidence
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selon un angle précis, le pion de centrage 16 de chaque
aube à tendance à entraîner avec lui la douille 26 en
rotation, du fait des forces de frottement s'exerçant
entre l'orifice 30 et l'organe 32 entourant le pied 16.
Cette rotation relative de chaque douille
26, selon son axe 20, par rapport à l'anneau 22, est
stoppée par la consommation des jeux fonctionnels
initialement prévus entre les faces circonférentielles
46, 48 et les chants de la rainure 36. Une fois le
contact établi entre les faces 46, 48 de l'embase 34 et
ces chants de rainure, la rotation relative de l'embase
est stoppée, alors que la rotation relative de l'aube 8
par rapport à sa douille 26 et à l'anneau 22 peut se
poursuivre, afin d'obtenir le calage désiré.
Si cet ensemble 60 pour étage de
redresseur, comprenant l'anneau 22, les douilles 26 et
les aubes 8, est largement répandu dans les
réalisations de l'art antérieur, il présente néanmoins
un inconvénient non négligeable, résidant dans la forte
usure des pièces en présence. En particulier, il se
produit une usure extrêmement rapide des chants de
rainure impactés en permanence par les embases 34,
cette usure ayant pour conséquence d'augmenter dans une
proportion analogue l'amplitude de rotation des
douilles à chaque changement de calage en incidence, et
donc de provoquer également l'usure d'autres parties de
l'anneau, comme celles en regard des collerettes 28,
entraînant l'élargissement par usure de l'orifice 24.
En fonctionnement, chaque aube 8 subit un
déversement provoqué par la résultante des forces
aérodynamiques s'exerçant sur celle-ci. Ce déversement
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aérodynamique, dont l'amplitude est d'autant plus
importante que l'usure précitée des orifices de
logement 24 est grande, a pour conséquence la création
de frottements entre la plateforme radialement interne
5 13 et son orifice de logement correspondant 27,
pratiqué dans l'anneau 22.
Du fait de l'orientation de la résultante
des forces aérodynamiques s'exerçant sur l'aube, ces
frottements sont localisés au niveau de la partie de la
plateforme 13 située du côté de l'intrados 62 de la
pale 43 de l'aube, à savoir la partie de la plateforme
13 en regard de la portion de l'orifice portant la
référence numérique 27 sur la figure 3.
Ces frottements entre la plateforme 13 de
section circulaire, et la paroi de l'orifice de
logement 27, ont pour conséquence néfaste une usure
rapide de l'anneau 22, qui doit de ce fait être
remplacé fréquemment.
Ces frottements ont aussi pour conséquence
d'augmenter les contraintes dans la base de la pale
coté intrados, ce qui réduit la durée de vie des aubes,
qui ne peuvent alors pas tenir la durée de vie du
moteur.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a donc pour but de remédier au
moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-
dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a tout d'abord
pour objet une aube à calage variable pour étage de
redresseur de module de turbomachine, comprenant une
partie pale de part et d'autre de laquelle sont
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disposées une plateforme radialement interne et une
plateforme radialement externe, et comportant également
un premier pion de centrage s'étendant radialement vers
l'extérieur à partir de ladite plateforme radialement
externe, ainsi qu'un second pion de centrage s'étendant
radialement vers l'intérieur à partir de ladite
plateforme radialement interne, lesdits premier et
second pions de centrage définissant un axe commun de
rotation d'aube, et ladite partie pale, qui présente
une première surface formant extrados ainsi qu'une
seconde surface formant intrados, séparant ladite
plateforme radialement interne en une première partie
agencée du côté de la première surface de pale et une
seconde partie agencée du côté de la seconde surface de
pale. Selon l'invention, en vue prise selon la
direction de l'axe de rotation d'aube, ladite première
partie de la plateforme radialement interne présente un
contour extérieur superposé à un cercle, à distance et
à l'intérieur duquel se trouve au moins une partie du
contour extérieur de ladite seconde partie de la
plateforme radialement interne.
L'invention prévoit donc, de manière
originale, de rompre avec la forme habituelle de
section circulaire pour la plateforme radialement
interne de l'aube. En effet, la seconde partie de la
plateforme, à savoir celle qui est la plus sujette au
frottement dans son orifice de logement du fait du
déversement aérodynamique de l'aube, n'est donc plus
circulaire, mais présente un retrait périphérique de
matière. Ce retrait permet de l'écarter localement de
l'orifice de logement de l'anneau dans lequel cette
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plateforme est destinée à être logée, dans le but de
diminuer les frottements avec cet orifice. Ainsi,
l'anneau étant moins sollicité en frottements par les
plateformes radialement internes qu'il supporte, sa
durée de vie est avantageusement accrue. De même, le
niveau de contrainte dans l'aube reste identique à ce
qu'il est prévu pour l'état neuf, et la durée de vie de
l'aube n'est donc plus impactée.
Par ailleurs, le fait de localiser ce
retrait de matière, et donc de ne pas l'appliquer tout
autour de la plateforme radialement interne, permet de
conserver des jeux faibles entre la portion de la
plateforme de section circulaire restante, et l'orifice
de logement de l'anneau dans lequel cette plateforme
est destinée à être logée. Cela permet de n'impacter
que très faiblement le flux aérodynamique traversant
l'aube, du fait des faibles recirculations
aérodynamiques observées.
De préférence, la partie du contour de la
plateforme radialement interne, qui s'écarte dudit
cercle, s'étend sur un secteur angulaire compris entre
100 et 140 , centré sur le centre dudit cercle.
De préférence, la partie du contour de la
plateforme radialement interne, qui s'écarte dudit
cercle, se trouve à une distance radiale maximale dudit
cercle comprise entre une valeur correspondant à 7% du
diamètre du cercle, et une valeur correspondant à 1% du
diamètre de ce cercle.
L'invention a également pour objet un
ensemble pour étage de redresseur comprenant une
pluralité d'aubes à calage variable telles que celle
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décrite ci-dessus, ledit ensemble comportant un anneau
de redresseur présentant, en association avec chacune
desdites aubes, un orifice de logement de la plateforme
radialement interne de l'aube, débouchant au niveau
d'une surface intérieure de délimitation de veine
principale définie par l'anneau, ainsi qu'un orifice de
logement d'une douille de centrage de l'aube dans
laquelle est inséré ledit second pion de centrage de
sorte qu'en vue prise selon la direction de l'axe de
rotation d'aube, ledit orifice de logement de la
plateforme radialement interne présente un contour
intérieur superposé à un cercle concentrique et de
diamètre supérieur audit cercle auquel est superposé le
contour extérieur de ladite première partie de la
plateforme radialement interne.
De préférence, chaque plateforme
radialement interne forme également une partie de
ladite surface intérieure de délimitation de veine
principale.
De préférence, chaque douille de centrage
comprend d'une part une collerette insérée dans ledit
orifice de logement de douille prévu sur l'anneau et
définissant un logement du second pion de centrage, et
d'autre part une embase solidaire de ladite collerette,
lesdites douilles, s'étendant chacune selon un axe de
douille, se succédant les unes les autres selon une
direction circonférentielle dudit anneau.
De préférence, l'embase de chaque douille
de centrage est logée dans une rainure
circonférentielle de l'anneau, délimitée par deux
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chants en regard et espacés l'un de l'autre selon une
direction axiale de l'anneau.
L'invention a également pour objet un étage
de redresseur à aubes à calage variable, pour module de
turbomachine, comprenant un ensemble tel que décrit ci-
dessus.
L'invention a par ailleurs pour objet un
module de turbomachine comprenant au moins un étage de
redresseur tel que décrit ci-dessus. A cet égard, le
module peut être un compresseur, de préférence un
compresseur haute pression, ou une turbine.
L'invention a pour objet une turbomachine
comprenant au moins un module tel que décrit ci-dessus.
Enfin, l'invention a également pour objet
un procédé de fabrication d'une aube à calage variable
pour étage de redresseur de module de turbomachine,
telle que celle décrite ci-dessus, dans lequel ladite
plateforme radialement interne est obtenue à partir
d'une forme de section circulaire, usinée sur sa
périphérie de manière à obtenir ladite seconde partie
de cette plateforme. Naturellement, l'aube selon
l'invention peut être obtenue selon tout autre procédé,
sans sortir du cadre de l'invention. A ce titre, la
plateforme radialement interne peut être fabriquée de
manière à adopter directement sa forme finale, par
exemple par fonderie, sans passer par une forme
intermédiaire de section circulaire.
D'autres avantages et caractéristiques de
l'invention apparaîtront dans la description détaillée
non limitative ci-dessous.
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BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des
dessins annexés parmi lesquels ;
- la figure 1, déjà décrite, représente une
5 vue partielle en demi-coupe longitudinale d'un
compresseur haute pression de turbomachine pour
aéronef, selon une réalisation connue de l'art
antérieur ;
- la figure 2, déjà décrite, représente une
10 vue agrandie en demi-coupe longitudinale d'une partie
d'un étage de redresseur du compresseur de la figure 1,
montrant l'assemblage d'un pied d'aube de redresseur
sur un anneau de redresseur ;
- la figure 3, déjà décrite, représente une
vue en perspective d'une partie de l'ensemble équipant
l'étage de redresseur montré sur la figure 2,
l'ensemble comprenant l'anneau de redresseur et des
aubes montées sur celui-ci (une seule aube étant
représentée) ;
- la figure 4 représente une vue en
perspective d'une partie d'un ensemble pour étage de
redresseur à aubes à calage variable, selon un mode de
réalisation préféré de la présente invention ;
- la figure 5 représente une vue agrandie
en perspective d'une partie de l'ensemble montré sur la
figure 4 ;
- la figure 6 est une vue de dessus prise
selon l'axe de rotation de l'aube montrée sur la figure
5 ; et
- la figure 7 représente une vue en coupe
prise le long de la ligne VII-VII de la figure 6.
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EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 4, on peut
apercevoir une partie d'un ensemble 160 selon un mode
de réalisation préféré de la présente invention, cet
ensemble 160 étant destiné à faire partie intégrante
d'un étage de redresseur à aubes à calage variable,
pour module de turbomachine.
Ce premier mode de réalisation est prévu
pour remplacer l'ensemble 60 de l'art antérieur décrit
précédemment, et donc conçu pour être agencé au sein de
l'un quelconque des étages de redresseur 2a, 2b, 2c du
compresseur haute pression de la figure 1. A cet égard,
il est noté que l'ensemble présente, en coupe selon la
ligne II-II de la figure 4, une forme identique ou
similaire à celle de l'ensemble 60 de la figure 2.
D'ailleurs, sur les figures, les éléments portant des
références numériques identiques correspondent à des
éléments identiques ou similaires.
Ainsi, l'ensemble 160 comprend un anneau de
redresseur 22 identique à celui décrit pour l'ensemble
60 de l'art antérieur. En particulier, il est pourvu
des orifices de logement 24, 27 répartis de manière
régulière selon la direction circonférentielle ou
tangentielle 40, avec les orifices 27 débouchant au
niveau d'une surface intérieure de délimitation de
veine principale 66 formée par l'anneau 22, et les
orifices 24 débouchant au niveau de la rainure
circonférentielle (non visible sur la figure 4)
délimitée par les deux chants de rainure en regard et
espacés l'un de l'autre selon la direction axiale 50.
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Cet anneau est bien évidemment centré sur l'axe de la
turbomachine.
L'ensemble 160 est également équipé d'une
pluralité de douilles de réception de pied d'aube (non
représentées), du type de celle montrée sur la figure
2, et prévues en nombre identique à celui des aubes de
l'étage de redresseur, à savoir plusieurs dizaines. Les
douilles 26, logées dans les orifices 24, se succèdent
donc les unes les autres en étant agencées côte-à-côte
tout le long de la direction circonférentielle 40, sur
360 .
L'ensemble 160 comporte enfin une pluralité
d'aubes 8 à calage variable, chacune coopérant avec un
couple d'orifices 24, 27 et une douille logée dans
l'orifice 24.
Comme mentionné précédemment, chaque aube 8
comprend une partie pale 43 de part et d'autre de
laquelle sont disposées une plateforme radialement
interne 13 et une plateforme radialement externe 11, et
comportant également un premier pion de centrage 12
s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la
plateforme 11, ainsi qu'un second pion de centrage (non
visible sur la figure 4) s'étendant radialement vers
l'intérieur à partir de la plateforme 13, ces premier
et second pions de centrage définissant un axe commun
de rotation d'aube 20.
En outre, la partie pale 43 présente une
première surface formant extrados 64 ainsi qu'une
seconde surface opposée à la première, formant intrados
62. La base de cette partie pale 43 sépare la
plateforme radialement interne 13 en une première
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partie 13a agencée du côté de l'extrados 64, et une
seconde partie 13b agencée du côté de l'intrados 62,
comme cela est le mieux visible sur la figure 5. A
titre indicatif, il peut être considéré qu'au niveau du
bord d'attaque 68 de la pale, les première et seconde
parties 13a, 13b sont délimitées par le prolongement du
squelette 70 de la base de la pale. A l'opposé de cette
zone, la délimitation s'effectue toujours par
l'intrados 62 et l'extrados 64, puisque le bord de
fuite de la pale s'étend bien au-delà de la plateforme
13. D'ailleurs, en raison de cette extension de la pale
43 au-delà de la plateforme, l'orifice 27 présente un
léger chanfrein 72 au niveau de sa partie susceptible
d'être recouverte par cette pale.
La surface supérieure des parties 13a et
13b de la plateforme interne 13 constitue également une
partie de la surface intérieure de délimitation de
veine principale 66, qui est de préférence inclinée par
rapport à la direction axiale, et qui, de manière
générale, s'écarte de l'axe moteur en allant vers
l'aval.
L'une des particularités de l'invention a
été schématisée sur la figure 6, montrant l'une des
aubes 8 montée sur l'anneau 22, dans une vue prise
selon la direction de l'axe de rotation 20 de cette
aube. Dans cette vue, la première partie 13a de la
plateforme 13, située du côté extrados 64, présente un
contour extérieur référencé Ca, superposé à un cercle
référencé Cl de centre correspondant à l'axe 20. Du
fait de la superposition du contour Ca et du cercle Cl,
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ces deux éléments sont représentés par la même ligne en
arc de cercle.
En outre, au moins une partie Cbl du
contour extérieur Cb de la seconde partie 13b de la
plateforme 13 se trouve agencée à distance et à
l'intérieur du cercle précité Cl. Dans le mode de
réalisation préféré représenté, la partie Cbl du
contour qui se trouve agencée à l'intérieur du cercle
Cl ne correspond qu'à une portion de ce contour
référencé Cb, l'autre partie Cb2 étant quant à elle
superposée au cercle Cl. Comme visible sur la figure 6,
la partie Cb2 peut être celle se trouvant dans la
continuité des deux extrémités du contour de la partie
Ca, tandis que la partie Cbl peut s'étendre sur un
secteur angulaire 74 par exemple de l'ordre de 120 ,
centré sur le centre 20 du cercle Cl. A titre
d'exemple, la partie Cbl du contour Cb peut prendre la
forme d'un arc de cercle centré sur un centre 76 décalé
du centre 20 du cercle Cl.
La plateforme 13 qui résulte de la
définition géométrique ci-dessus, présente donc une
forme générale assimilable à une forme cylindrique de
section circulaire présentant un retrait périphérique
de matière au niveau d'une portion de sa seconde partie
13b, afin que cette portion soit plus éloignée de
l'orifice 27 que ne le sont les autres portions de
cette plateforme 13.
En effet, toujours en référence à la figure
6, l'orifice de logement 27 de la plateforme
radialement interne 13 présente un contour intérieur C'
superposé à un cercle C2 concentrique et de diamètre
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supérieur au cercle Cl précité. Par conséquent, à
l'état de repos, le premier jeu séparant le contour C'
et les parties de contour Ca, Cb2 est sensiblement
constant, par exemple de l'ordre de 0,5 mm, et
5 inférieur au second jeu évolutif j séparant le
contour C' de la partie de contour Cbl. Ce second jeu
j , également référencé sur la figure 7, est
d'ailleurs sensiblement identique au premier jeu à
proximité des deux jonctions avec le contour Cb2, puis
10 augmente progressivement en se rapprochant de la
portion centrale de la partie de contour Cbl, où il
atteint son maximum, par exemple de l'ordre de 1,75 mm.
A cet égard, on peut prévoir que la partie
Cbl du contour Cb, qui s'écarte du cercle Cl, se trouve
15 à une distance radiale maximale de ce cercle comprise
entre une valeur correspondant à 7% du diamètre du
cercle Cl, et une valeur correspondant à 1% du diamètre
de ce cercle Cl. Il est noté que la distance radiale
doit naturellement être comprise comme la distance
entre le cercle Cl et le contour Cbl selon une ligne
droite passant par le centre 20 du cercle Cl.
Ainsi, en fonctionnement, l'aube 8 subit un
déversement provoqué par la résultante des forces
aérodynamiques s'exerçant sur celle-ci, qui a pour
conséquence de rapprocher le contour Cbl de l'orifice
27, sans provoquer de frottements néfastes sur l'anneau
22.
De préférence, il est noté que la surface
latérale de la plateforme 13, définissant les contours
Ca, Cb, est cylindrique d'axe 20, de même
qu'abstraction faite du chanfrein 72, la surface
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latérale de l'orifice de logement 27, définissant le
contour C', est également cylindrique d'axe 20.
Bien entendu, diverses modifications
peuvent être apportées par l'homme du métier à
l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à
titre d'exemples non limitatifs.
