TITRE : Rotor de turbine et plateforme pour un tel rotor.

DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention se situe dans le domaine des turbomachines d’aéronefs, telles qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur.

La présente invention concerne un rotor de turbine de turbomachine notamment d’aéronef, et en particulier un rotor de turbine basse pression comprenant des aubes et des plateformes distinctes.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Un rotor de turbine comprend au moins un disque de rotor et une pluralité d’aubes, réparties à la périphérie de ce disque. Chaque aube comprend une pale (c’est-à-dire la partie aérodynamique de l’aube), qui se prolonge par un pied d’aube et le disque de rotor est pourvu à sa périphérie, d’une pluralité d’alvéoles permettant chacune la réception d’un pied d’aube.

Les aubes mobiles conçues traditionnellement par le procédé de fonderie à cire perdue comprennent des plateformes qui sont liées directement à la base de la pale et qui s’étendent circonférentiellement autour de celle-ci.

Dans une turbomachine, l’air et les gaz chauds issus de la chambre de combustion traversent l’aubage du rotor de la turbine. Les plateformes ont pour rôle de délimiter radialement vers l’intérieur, la veine de circulation des gaz qui traversent cette turbine.

La mise en place d’aubes réalisées en matériaux composites à matrice céramique (connus sous l’acronyme « CMC »), dans les turbines et notamment les turbines basse pression dites « rapides », (c’est-à-dire qui tournent à grande vitesse), nécessite des aménagements de forme et une simplification de l’âme tissée de la pale.

En effet, la réalisation d’une plateforme monobloc avec la pale impose d’utiliser un tissu dont les fibres sont perpendiculaires à celle du profil de la pale, ce qui pose des problèmes de réalisation.

On connaît déjà dans l’état de la technique des aubes dans lesquelles la plateforme est dissociée de la pale. Ceci permet de résoudre le problème précité. Toutefois, on constate alors qu’il existe des problèmes d’étanchéité entre les plateformes et le disque de rotor sur lequel les aubes périphériques sont montées. EXPOSE DE L'INVENTION

Un but de l’invention est donc de garantir l’étanchéité entre ces plateformes et les alvéoles du disque de rotor recevant les pieds des aubes.

Un autre but de l’invention est de garantir un assemblage facile des aubes, des plateformes et du disque de rotor.

À cet effet, l’invention concerne un rotor de turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant un disque de rotor et une pluralité d’aubes réparties à la périphérie de ce disque, chaque aube comprenant une pale et un pied d’aube, ce disque étant muni à sa périphérie d’une pluralité d’alvéoles de réception du pied d’une aube.

Conformément à l’invention, ce rotor comprend une pluralité de plateformes, chacune d’entre elles étant insérée entre deux aubes consécutives du rotor, chaque aube comprend une nervure d’accouplement qui s’étend selon une direction circonférentielle depuis la base de la pale, l’extrémité aval du pied d’aube comprend une rainure de blocage qui débouche radialement vers l’extérieur, chaque plateforme comprend une paroi principale, qui se prolonge à ses deux extrémités axiales par une paroi radiale amont et par une paroi radiale aval, la paroi principale de chaque plateforme comprend deux bords longitudinaux, chacun de ces bords longitudinaux comprenant une gorge de réception d’une partie de la nervure d’accouplement de l’une des deux aubes entre lesquelles cette plateforme est assemblée, la hauteur de chaque paroi radiale amont est telle qu’il s’étend radialement vers l’intérieur au-delà du fond de l’alvéole, jusque devant la face amont du disque de rotor, la paroi radiale aval comprend un épaulement qui débouche radialement vers l’intérieur, et ledit rotor comprend un jonc d’étanchéité et d’arrêt axial qui coopère avec la rainure de blocage des aubes et l’épaulement de la paroi radiale radial aval pour retenir axialement le pied d’aube dans l’alvéole dans laquelle il est reçu.

Grâce à ces caractéristiques de l'invention, et notamment grâce au fait que l’ensemble des parois radiales s’étendent devant les alvéoles et jusque devant la face amont du disque de rotor, l’étanchéité est assurée entre ces plateformes et les alvéoles du disque de rotor.

De plus, comme la nervure d’accouplement de l’aube est reçue dans des gorges ménagées dans la plate-forme indépendante, il existe un certain frottement au niveau de cette liaison et ceci permet d’apporter de l’amortissement vibratoire entre les deux pièces. De préférence, la paroi radiale amont comprend un becquet amont qui s’étend axialement ou sensiblement axialement. De préférence également, ledit becquet amont est positionné sur la paroi radiale amont de façon à être au niveau de l’alvéole du disque de rotor.

Ces caractéristiques sont également avantageuses par rapport à l’état de la technique dans lequel la plate-forme, et donc le becquet amont, sont monoblocs avec l’aube. Dans ce cas, le pied d’aube doit être positionné sous le becquet, en d’autres termes, le pied d’aube doit être disposé radialement davantage vers l’intérieur, c’est-à-dire plus proche de l’axe de rotation du rotor, que le becquet. Ceci conduit à positionner le pied d’aube très loin de la veine de circulation d’air du rotor et donc très loin de la pale. Il s’en suit une augmentation importante de la masse globale de l’aube et des difficultés de conception de l’attache et du disque.

Grâce à ces caractéristiques de l'invention, et notamment au fait que le becquet amont est positionné sur la plateforme qui est indépendante de l’aube, le becquet peut être positionné à la hauteur souhaitée, tandis que le pied d’aube peut être rapproché de la pale. Ceci contribue à réduire la masse globale de l’aube.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :

- ladite paroi radiale aval comprend un becquet aval qui s’étend axialement ou sensiblement axialement ;

- la pale comprend un intrados et un extrados, en ce que la nervure d’accouplement comprend une partie concave sur l’intrados de la pale et une partie convexe sur l’extrados de la pale, le bord longitudinal de la paroi est convexe et comprend une gorge convexe qui reçoit la partie concave de la nervure d’accouplement et le bord longitudinal de la paroi est concave et comprend une gorge concave qui reçoit la partie convexe de la nervure d’accouplement. ;

- la paroi radiale amont présente sur sa face aval, une rainure de réception d’une portion d’un joint d’étanchéité annulaire, disposé entre cette face aval et la face amont du disque de rotor ;

- la paroi principale comprend une face radialement interne et au moins un raidisseur qui fait saillie radialement ou sensiblement radialement vers l’intérieur depuis ladite face radialement interne, deux alvéoles consécutives du disque de rotor sont séparées par une dent et en ce que l’extrémité radialement interne du raidisseur est au contact de la face radialement externe de la dent ; - les aubes et/ou les plateformes sont réalisées en matériau composite à base de céramique.

L’invention concerne également une plateforme pour un rotor de turbine de turbomachine d’aéronef, qui comprend un disque de rotor et une pluralité d’aubes réparties à la périphérie de ce disque, ce disque de rotor comprenant une face amont, chaque aube comprenant une pale et un pied d’aube, ce disque étant muni à sa périphérie d’une pluralité d’alvéoles de réception du pied d’une aube et chaque aube comprenant une nervure d’accouplement qui s’étend selon une direction circonférentielle depuis la base de la pale.

Conformément à l’invention, cette plateforme est destinée à être insérée entre deux aubes consécutives dudit rotor, en ce qu’elle comprend une paroi principale, qui se prolonge à ses deux extrémités axiales par une paroi radiale amont et par une paroi radiale aval, en ce que la paroi principale de la plateforme comprend deux bords longitudinaux, chacun de ces bords longitudinaux comprenant une gorge permettant la réception d’une partie de la nervure d’accouplement de l’une des deux aubes consécutives entre lesquelles cette plateforme est destinée à être insérée, en ce que la hauteur de la paroi radiale amont est telle que lorsque ladite plateforme est insérée entre deux aubes consécutives dudit rotor, ladite paroi radiale amont s’étend radialement vers l’intérieur au-delà du fond de l’alvéole, jusque devant la face amont du disque de rotor, et en ce que la paroi radiale aval comprend un épaulement qui débouche radialement vers l’intérieur.

L'invention concerne également une turbine pour turbomachine d’aéronef, qui comprend au moins un rotor tel que précité, la turbine étant préférentiellement une turbine basse pression.

Enfin, l’invention concerne une turbomachine d’aéronef qui comprend au moins une turbine telle que précitée.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

[Fig. 1] est une vue schématique, en coupe axiale, d’une turbomachine selon l’invention.

[Fig. 2] est une vue en perspective d’une partie d’une aube conforme à l’invention, vue du côté amont.

[Fig. 3] est une vue en perspective d’une partie d’une aube conforme à l’invention, vue du côté aval. [Fig. 4] est une vue en perspective d’une plateforme conforme à l’invention.

[Fig. 5] est une vue en perspective de la plateforme de la figure 4, prise selon un autre angle de vue.

[Fig. 6] est une vue de côté de la plateforme de la figure 4.

[Fig. 7] est une vue en perspective d’une partie du rotor conforme à l’invention, vue du côté amont.

[Fig. 8] est une vue en perspective d’une partie du rotor conforme à l’invention, vue du côté aval.

[Fig. 9] est une vue similaire à celle de la figure 8, dans laquelle une plateforme supplémentaire a été ajoutée.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Sur la figure 1 , on peut voir un mode de réalisation d’une turbomachine conforme à l’invention. Il s’agit ici d’une turbomachine à double flux et à double corps. Toutefois, il pourrait s’agir d’une turbomachine d’un autre type, à simple flux ou à simple corps, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

La turbomachine 1 présente un axe central longitudinal X autour duquel s’étendent ses différents composants. Elle comprend successivement, de l’amont vers l’aval, (l’amont et l’aval étant définis par rapport à la direction F d’écoulement des gaz à travers cette turbomachine) : une soufflante 10, un compresseur basse pression 11 , un compresseur haute pression 12, une chambre de combustion 13, une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 15.

Après avoir traversé la soufflante 10, l’air se divise en un flux primaire central 16 et un flux secondaire périphérique 17. Ce flux primaire 16 s’écoule dans une veine principale de circulation des gaz 18, en traversant successivement les compresseurs 11 et 12, la chambre de combustion 13 et les turbines 14 et 15.

Chaque turbine comprend plusieurs étages successifs dont chacun comprend un distributeur et un rotor 2.

En se reportant aux figures 7 à 9, on peut voir que ce rotor 2 conforme à l’invention comprend un disque de rotor 3 et une pluralité d’aubes A, réparties circonférentiellement autour de ce disque. Le disque de rotor 3 présente un axe longitudinal central X1 , qui constitue également son axe de rotation. Lorsque le rotor 2 est en place dans la turbomachine, cet axe X1 est colinéaire avec l’axe longitudinal X de la turbomachine.

Le disque de rotor 3 présente sur la totalité de sa circonférence, une pluralité d’alvéoles 30 et deux alvéoles 30 successives sont séparées par une dent 31 .

Le disque de rotor 3 présente en outre une face amont 32 et une face aval 33.

Chaque alvéole 30 s’étend de préférence axialement, c’est-à-dire selon un axe longitudinal X2, parallèle à l’axe X1 .

Chaque alvéole 30 est destinée à recevoir le pied d’une aube 4 et à cet effet, présente une complémentarité de forme avec celui-ci. Dans l’exemple représenté sur les figures, chaque alvéole 30 présente une section transversale en forme de queue d’aronde.

L’aube 4 va maintenant être décrite plus en détail en faisant référence aux figures 2 et 3.

Chaque aube 4 comprend une pale 40, qui se prolonge par une échasse 41 puis par un pied d’aube 42. Chaque pied d’aube 42 présente une section transversale, ici en forme de queue d’aronde, qui lui permet d’être inséré axialement dans une alvéole 30.

En outre, chaque pied d’aube 42 présente une face amont 421 et une face aval 422.

La pale 40 présente un intrados 401 , un extrados 402, un bord d’attaque 403 orienté du côté amont du rotor et un bord de fuite 404.

L’aube 4 comprend en outre une nervure d’accouplement 43, qui s’étend circonférentiellement autour de la base de la pale 40. Par « base de la pale », on entend la partie de la pale située juste à côté de l’échasse 41 .

De préférence, la nervure d’accouplement 43 épouse sensiblement le contour de la pale 40, et de préférence également la nervure 43 est perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire au profil de la pale, de sorte qu’elle comprend une partie concave 431 et une partie convexe 432, respectivement du côté intrados 401 de la pale et du côté extrados 402.

Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures, les parties 431 et 432 de la nervure 43 se rejoignent vers l’amont, à proximité du bord d’attaque 403 de la pale 40 et se rejoignent également vers l’aval, à proximité du bord de fuite 404 de la pale, de sorte que la nervure d’accouplement 43 s’étend sur la totalité de la circonférence de la pale 40. Selon une autre variante de réalisation non représentée sur les figures, les parties 431 et 432 pourraient également ne pas se rejoindre à proximité du bord d’attaque 403 et/ou à proximité du bord de fuite 404 de la pale

L’aube 4 comprend un autre un dispositif de blocage axial 44 du pied d’aube 42 à l’intérieur de l’alvéole 30 du disque de rotor 3.

Ce dispositif de blocage axial 44 comprend une patte axiale 441 , qui s’étend axialement depuis la partie inférieure de la face aval 422 du pied d’aube 42. La patte axiale 441 comprend une rainure de blocage 442 qui débouche radialement vers l’extérieur (par référence à la position que l’aube 4 occupe lorsqu’elle est disposée sur le disque de rotor 3). La rainure 442 s’étend perpendiculairement à l’axe du pied d’aube 42.

Conformément à l’invention, le rotor 2 comprend en outre une pluralité de plateformes 5, distinctes des aubes 4 et qui sont disposées autour du disque de rotor 3, de sorte que chaque plateforme 5 soit insérée entre deux aubes 4 consécutives du disque de rotor.

Sur les figures 4 à 6, on peut voir un exemple de réalisation d’une telle plateforme 5.

La plateforme 5 comprend une paroi principale 50 qui se prolonge à ses deux extrémités axiales respectivement par une paroi radiale amont 51 et par une paroi radiale aval 52. Par paroi « radiale », on entend une paroi qui est radiale ou sensiblement radiale lorsque la plateforme 5 est dans sa position normale d’utilisation, c’est-à-dire insérée entre deux aubes consécutives du rotor.

De façon avantageuse, et comme on peut le voir sur les figures, la paroi principale 50 est inclinée de l’amont et du bas vers le haut et l’aval. Ceci permet d’avoir une pente de veine forte, typique du premier étage d’une turbine basse pression rapide. Toutefois, selon d’autres variantes de réalisation, la paroi 50 pourraient être inclinée dans l’autre sens ou s’étendre axialement (sans inclinaison).

La paroi principale 50 comprend deux bords longitudinaux 501 et 502.

De préférence, le bord longitudinal 501 est convexe et le bord longitudinal 502 est concave. En outre, les degrés d’incurvation respectifs des bords 501 et 502 sont configurés pour que lorsque qu’une plateforme 5 est disposée entre deux aubes consécutives, son bord 501 épouse la forme de l’intrados 401 de l’une de ces deux aubes et que son bord 502 épouse la forme de l’extrados 402 de l’autre de ces deux aubes, de façon à assurer la continuité de la veine principale 18.

De plus, le bord longitudinal convexe 501 comprend une gorge convexe 503 de réception de la partie concave 431 de la nervure d’accouplement 43 de l’une des deux aubes 4 entre lesquelles la plateforme 5 est disposée et le bord longitudinal concave 502 comprend une gorge concave 504 de réception de la partie convexe 432 de la nervure d’accouplement 43 de l’autre des deux aubes 4 entre lesquelles la plateforme 5 est disposée.

En outre, la paroi radiale amont 51 est d’une hauteur H (voir figure 5) suffisante pour que lorsque la plateforme 5 est en place sur le disque de rotor 3, comme représenté sur la figure 7, cette paroi 51 s’étende devant une moitié gauche ou droite de l’ouverture amont de l’alvéole 30 et également radialement vers l’intérieur, au-delà du fond de l’alvéole 30, jusqu’à devant une partie de la face amont 32 du disque de rotor 3. Cette paroi radiale amont 51 participe ainsi à réaliser l’étanchéité au niveau des alvéoles 30.

De façon avantageuse et afin de renforcer encore cette étanchéité, la paroi radiale amont 51 peut présenter sur sa face aval 510, (c’est-à-dire celle tournée vers le disque de rotor 3 lorsque la plateforme 5 est en place), une rainure 511 légèrement en arc de cercle, apte à recevoir une portion d’un joint d’étanchéité annulaire 6, qui est plaqué contre la face amont 32 du disque 3.

En outre, de préférence, la paroi radiale amont 51 est munie d’un becquet amont 512 qui s’étend axialement ou sensiblement axialement vers l’amont depuis la face amont 513 de la paroi radiale 51 .

De préférence également, la paroi radiale aval 52 est muni d’un becquet aval 521 , qui s’étend axialement ou sensiblement axialement vers l’aval depuis la face aval 522 de la paroi radiale 52.

Le fait que la plateforme 5 soit indépendante de l’aube 4 permet de positionner le becquet amont 512 plus bas (c’est-à-dire plus proche de l’axe X1 ) que le becquet aval 521 et ce d’autant plus que la paroi 50 est inclinée, tout en n’ayant pas d’impact sur la position du pied d’aube 42. Il est ainsi possible de conserver une échasse 41 de faible hauteur.

La paroi radiale aval 52 est également munie d’un épaulement 523, ménagé sur la face amont 524 de la paroi 52. Cet épaulement 523 débouche radialement vers l’intérieur.

Enfin, de façon avantageuse, la paroi principale 50 de la plateforme 5 comprend au moins un raidisseur 53 qui fait saillie vers l’intérieur, depuis sa face radialement interne 500. Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures, la plateforme 5 comprend deux raidisseurs 53. Elle pourrait en comprendre davantage.

De même, dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures, les raidisseurs sont perpendiculaires à l’axe longitudinal médian de la paroi 50. Ce ou ces raidisseurs pourrai(en)t également être disposé(s) selon l’axe longitudinal médian de la paroi 50 et être rectiligne(s) ou incurvé(s) pour épouser le rayon de courbure des bords 501 et 502. Le montage des différentes pièces est avantageusement réalisé de la façon suivante :

Toutes les aubes 4 et les plateformes 5 sont assemblées entre elles et sont ensuite insérées dans le disque de rotor 3, depuis la face amont 32 de celui-ci, de façon que les pieds d’aube 42 coulissent dans les alvéoles 30. On notera à cet effet que la paroi radiale aval 52 est d’une hauteur suffisamment faible pour permettre ce coulissement.

Comme on peut le voir sur les figures 8 et 9, on insère ensuite un jonc d’étanchéité et d’arrêt axial 7, qui est plan et annulaire, de sorte que son bord radialement interne soit inséré dans les rainures 442 des pattes axiales 441 des aubes 4 et que son bord radialement externe soit inséré dans les épaulements 523 des plateformes 5.

Ce jonc d’étanchéité 7 peut être muni d’encoches, non visibles sur les figures, pour réaliser un montage par crabotage ou être constitué de plusieurs portions annulaires, assemblées bout-à-bout.

Chaque aube 4 est ainsi arrêtée axialement à l’amont par la paroi radiale amont 51 , qui est elle-même arrêtée axialement sur le disque de rotor 3, (voir figure 7) et est arrêtée axialement à l’aval par le jonc 7.

Le montage de ces différents éléments est donc simple.

Comme cela apparaît mieux sur les figures 7 et 9, lorsque les plateformes 5 sont en place, leurs raidisseurs respectifs 53 reposent contre le sommet des dents 30 du disque de rotor et la hauteur de chacun de ces raidisseurs 53 est donc adaptée en conséquence. Cela permet également, dans les phases d’arrêt du moteur, d’assurer le positionnement radial des plateformes.

De façon avantageuse, les aubes 4 et les plateformes 5 sont réalisés en matériau composite à base de céramique (CMC) et du fait qu’elles sont distinctes, ceci permet d’orienter aisément les fibres les constituant et de ne pas avoir de fibres à angle droit entre les aubes et les plateformes. Toutefois, les aubes 4 et les plateformes 5 pourraient également être réalisées en métal sans pour autant sortir du cadre de l’invention.