BR112012015167B1

BR112012015167B1 - Pá de hélice de aeronave, método de fabricar uma pá de hélice de aeronave, turboélice e aeronave

Info

Publication number: BR112012015167B1
Application number: BR112012015167-3A
Authority: BR
Inventors: Dominique Coupe; Bruno Jacques Gérard Dambrine; Jean-Noël MAHIEU
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2021-08-10
Also published as: CN102666277A; CA2784740A1; JP5922032B2; RU2012131274A; FR2954271B1; EP2516263A1; JP2013514941A; US20130017093A1; BR112012015167A2; US9162750B2; WO2011083250A1; CN102666277B; CA2784740C; EP2516263B1; FR2954271A1; RU2533384C2

Abstract

pá de hélice de aeronave uma pá de hélice de aeronave (10) compreendendo uma estrutura de perfil de aerofólio (20), a pá sendo caracterizada pelo fato de que a estrutura de perfil de aerofólio compreende pelo menos um reforço de fibra obtido por tecedura tridimensional de fios e densificada por uma matriz, e uma parte de moldagem (140) feita de material rígido celular de formato determinado, o reforço com-preendendo pelo menos duas metades ligadas juntas por tecedura contínua na borda avançada (20a) da pá de hélice, as duas metades encaixando apertada-mente em torno da parte de moldagem (140).

Description

Antecedentes da invenção

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de pás de hélice para aeronave, como as pás presentes em turboélices.

[0002] Pás de hélice para turboélices são genericamente feitas de um material de metal. Embora pás de hélice feitas de material de metal apresentem boa resistência mecânica, não obstante apresentam a desvantagem de serem relativamente pesadas.

[0003] Para obter pás de hélice que sejam mais leves, é conhecida a fabricação de pás de hélice de material compósito, isto é, por fazer partes estruturais de reforço de fibra com uma matriz de resina.

[0004] A técnica utilizada genericamente consiste em formar uma pilha de folhas ou camadas unidirecionais pré-impregnadas (drapejar) que é colocada em um molde com as camadas sucessivas recebendo orientações diferentes, antes da compactação e polimerização em uma autoclave. Um exemplo de como uma pá de hélice pode ser feita por essa técnica é descrita em particular no documento US 6 666 651.

[0005] Essa técnica é muito difícil e requer que as operações de empilhar camada sejam realizadas manualmente, o que é demorado e caro. Além disso, a estrutura estratificada não é ótima, em particular referente a choques ou impactos que podem originar delaminação.

[0006] O documento EP 1 526 285 descreve um método mais eficaz de fabricar uma pá de motor de turbina a partir de material compósito, a pá sendo fabricada por tecedura tridimensional de uma pré-forma de fibra e densificar a pré-forma com uma matriz orgânica. Esse método torna possível obter pás que apresentem resistência mecânica muito grande, em particular contra choques ou impactos, sem nenhum risco de delaminação. Não obstante, pás de hélice de dimensões grandes feitas utilizando essa técnica ainda apresentam peso relativamente grande. Infelizmente para melhorar o desempenho de turboélices, em particular em termos de consumo de combustível, é desejável reduzir o peso.

Objetivo e sumário da invenção

[0007] Portanto, é desejável ser capaz de ter pás de hélice para aeronave que apresentem peso geral menor, enquanto não obstante tem as propriedades mecânicas exigidas.

[0008] Para essa finalidade, a invenção provê uma pá de hélice de aeronave tendo uma estrutura de perfil de aerofólio que compreende pelo menos um reforço de fibra obtido por tecedura tridimensional de fios e densificada por uma matriz, e uma parte de moldagem feita de material rígido celular de formato determinado, o reforço compreendendo pelo menos duas metades ligadas juntas por tecedura contínua no bordo de ataque da pá de hélice, as duas metades encaixando apertadamente em torno da parte de moldagem.

[0009] A pá de hélice da invenção é tanto mais leve em peso geral como resultado de ter uma parte de moldagem feita de material de baixa densidade, como também de grande resistência mecânica como resultado de ter um revestimento feito de uma estrutura de material compósito (reforço de fibra densificado por uma matriz). A pá de hélice também apresenta boa capacidade de resistir a choques ou impactos uma vez que a porção do reforço de fibra que constitui o bordo de ataque apresenta grande coesão nesse local como resultado de tecedura contínua.

[00010] Em uma modalidade, a pá da invenção compreende ainda uma viga tendo uma primeira porção dispostas dentro da estrutura de perfil de aerofólio e circundada pelo menos em parte pela parte de moldagem, e uma segunda porção estendendo fora da estrutura, a segunda porção incluindo uma raiz de pá em sua extremidade.

[00011] Preferivelmente, a viga é formada por reforço de fibra densificado por uma matriz.

[00012] A primeira porção da viga pode incluir uma porção ampliada que forma um elemento de retenção para reter a viga em uma estrutura de perfil de aerofólio.

[00013] Em outra modalidade, a pá de hélice da invenção compreende ainda uma raiz de pá formada por reforço de fibra densificado por uma matriz, o reforço de fibra da raiz de pá sendo tecido continuamente com o reforço de fibra da estrutura de perfil de aerofólio.

[00014] De acordo com uma característica da invenção, as duas metades do reforço de fibra são parcialmente separadas por uma região não interligada que é obtida durante a tecedura tridimensional.

[00015] As duas metades do reforço de fibra podem incluir pelo menos uma espessura extra que forma reforçador em suas faces confrontantes.

[00016] A estrutura de perfil de aerofólio pode, em particular, compreender reforço de fibra de carbono densificado por uma matriz de carbono.

[00017] A invenção também provê um método de fabricar uma pá de hélice de aeronave, o método compreendendo pelo menos:Fazer um modelo de fibra de peça única por tecedura tridimensional de fios, o modelo compreendendo pelo menos uma primeira porção compreendendo pelo menos duas metades que são ligadas juntas por tecedura contínua no bordo de ataque da pá de hélice;Formar uma parte de moldagem de formato determinado e feito de material rígido celular; Moldar o modelo de fibra por conter a peça de moldagem entre as duas metades do modelo de fibra para obter uma pré-forma para uma estrutura de perfil de aerofólio; e Densificar a pré-forma com uma matriz para obter uma estrutura de perfil de aerofólio tendo reforço de fibra constituído pela pré-forma e densificado pela matriz.

[00018] Em uma implementação, o método da invenção inclui ainda fazer uma viga por tecedura tridimensional de um modelo de fibra e por densificar o modelo com uma matriz para obter uma viga de material compósito tendo reforço de fibra densificado pela matriz, a viga compreendendo um mastro e uma raiz de pá, e durante moldagem do modelo de fibra, colocar o mastro da viga entre as duas metades do modelo de fibra, o mastro sendo circundado pelo menos em parte pela parte de moldagem.

[00019] O método pode incluir formar pelo menos uma porção ampliada no mastro da viga, a porção ampliada sendo feita por variar o peso e/ou a contagem de thread dos fios do modelo ou por incorporar uma inserção durante tecedura tridimensional.

[00020] Em uma modalidade variante da viga o modelo de fibra da viga é tecido na forma de uma tira de fibra, a tira sendo dobrada em torno de uma inserção para formar a raiz de pá, uma parte de núcleo de material rígido celular sendo inserida entre as duas porções dobradas juntas da tira de fibra.

[00021] Em outra implementação da invenção, o modelo de fibra inclui ainda uma segunda porção tecida continuamente com a primeira porção do modelo e em que, após densificação, a segunda porção forma uma raiz de pá.

[00022] De acordo com uma característica da invenção, as duas metades do modelo de fibra são separadas em parte por formar uma região não interligada durante a tecedura tridimensional.

[00023] De acordo com oura implementação, o modelo de fibra é moldado por dobrar duas metades do modelo de fibra sobre a parte de moldagem.

[00024] O método pode compreender ainda formar pelo menos uma espessura extra de formar reforçador nas faces confrontantes das duas metades do modelo.

[00025] A invenção também provê um turboélice adaptado com uma pá de hélice da invenção.

[00026] A invenção também provê uma aeronave adaptada com pelo menos um turboélice da invenção.

Breve descrição dos desenhos

[00027] Outras características e vantagens da invenção aparecerão a partir da seguinte descrição de modalidades específicas da invenção, dadas como exemplos não limitadores, e com referência aos desenhos em anexo, nos quais:A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma pá de hélice de aeronave de acordo com uma modalidade da invenção;A figura 2 é uma vista em perspectiva de um turboélice adaptada com uma pluralidade de pás de hélice da invenção; A figura 3 é uma vista diagramática que mostra a tecedura tridimensional (3D) de um modelo de fibra para fabricar a pá de hélice da figura 1;As figuras 4A e 4B são vistas em seção fragmentária em uma escala maior de um conjunto de camadas de fios que formam o modelo da figura 3;A figura 5 é uma vista detalhada que mostra como a pá de hélice da figura 1 é feita;A figura 6 é uma vista em seção de trama que mostra um arranjo de exemplo de fios de trama em uma porção de modelo de fibra correspondendo a uma porção de raiz de pá;As figuras 7A a 7C mostram como uma viga é feita de acordo com uma implementação da invenção;A figura 8 é uma vista em seção da pá de hélice da figura 1;A figura 9 é uma vista detalhada que mostra como uma pá de hélice de aeronave é feita de acordo com outra implementação da invenção;A figura 10 é uma vista diagramática que mostra a tecedura 3D de um modelo de fibra para fabricar a pá de hélice da figura 11;A figura 11 é uma vista em perspectiva que mostra uma pá de hélice obtida dos elementos mostrados na figura 9;A figura 12 é uma vista em seção da pá de hélice da figura 11;A figura 13 é uma vista detalhada que mostra como uma pá de hélice de aeronave é feita de acordo com outra implementação da invenção;A figura 14 é uma vista diagramática que mostra a tecedura 3D de um modelo de fibra para fabricar a pá de hélice da figura 15; eA figura 15 é uma vista em perspectiva que mostra uma pá de hélice obtida a partir dos elementos mostrados na figura 13.

Descrição detalhada de modalidades

[00028] A invenção se aplica em geral a vários tipos de pá de hélice utilizadas nos motores de aeronave como aviões ou helicópteros. A invenção encontra uma aplicação que é vantajosa, porém não exclusiva em pás de hélice de dimensões grandes que, devido a seu tamanho, apresentam peso considerável e tem impacto significativo sobre o peso geral do motor da aeronave.

[00029] A figura 1 mostra uma pá de hélice 10 para montagem em um turboélice de avião, cuja pá de hélice compreende, no modo BM conhecido, uma estrutura de perfil de aerofólio 20 que deve formar a porção de aerofólio da pá, uma raiz 30 formada por uma porção mais espessa, por exemplo, tendo uma seção no formato de bulbo estendido por um pino 32. A estrutura de perfil de aerofólio 20 apresenta, em seção transversal, um perfil curvo de espessura que varia indo de seu bordo de ataque 20a até seu bordo de fuga 20b.

[00030] Como mostrado na figura 2, a pá 10 é montada em um rotor 51 de um turboélice 50 por engatar a raiz 30 em um alojamento formado na periferia do rotor 51 (não mostrado na figura 2).

[00031] A figura 3 é um diagrama que mostra um modelo de fibra 100 para formar a pré-forma de fibra da estrutura de perfil de aerofólio de pá.

[00032] Como mostrado diagramaticamente na figura 3, o modelo de fibra 100 é obtido por tecedura de 3D executada em modo conhecido em um tear do tipo Jacquard tendo um feixe de fios de urdidura 101 ou pernas torcidas em uma pluralidade de camadas cada compreendendo várias centenas de fios, os fios de urdidura sendo ligados juntos por fios de trama 102.

[00033] No exemplo mostrado, a tecedura 3D é realizada utilizando uma tecedura do tipo “encadeamento”. O termo tecedura do tipo “encadeamento” é utilizado aqui para designar uma tecedura na qual a camada de fios de trama liga junta uma pluralidade de camadas de fios de urdidura com todos os fios em uma coluna de trama dada apresentando o mesmo movimento no plano de tecedura.

[00034] Outros tipos de tecedura tridimensional conhecida poderiam ser utilizados, por exemplo, como descrito no documento WO 2006/136744, cujo teor é incorporado aqui a título de referência. Esse documento descreve em particular a fabricação de estruturas de fibra de reforço de peça única por tecedura para uso em fabrica partes como pás tendo um núcleo feito com um primeiro tipo de tecedura, desse modo permitindo que uma parte seja dotada de propriedades tanto mecânicas como aerodinâmicas que são esperadas para uma parte desse tipo.

[00035] O modelo de fibra da invenção pode ser tecido a partir de fios feitos de fibra de carbono ou de cerâmica, como carbeto de silício.

[00036] À medida que a tecedura do modelo de fibra de espessura e largura variáveis progride, certos números de fios de urdidura não são incluídos na tecedura, desse modo tornando possível definir na espessura continuamente variável e esboço que são desejados para o modelo 100. O documento EP 1 526 285, cujo teor é incorporado aqui a título de referência, descreve um exemplo de tecedora 3D que varia à medida que a tecedura progride de modo a tornar possível, em particular, fazer com que a espessura do modelo varie entre uma primeira borda que é para formar o bordo de ataque e uma segunda borda de espessura menor que deve formar o bordo de fuga.

[00037] Durante tecedura, uma linha 103 de não interligação (figura 3) é organizada dentro do modelo de fibra entre duas camadas sucessivas de fios de urdidura, com essa estendendo sobre uma região 104 de não interligação (figura 5). A região não interligada 104 serve para fornecer uma cavidade 104a que permite que uma parte de moldagem, possivelmente uma viga, seja inserida no modelo de fibra 100 para formar a pré-forma da estrutura de perfil de aerofólio.

[00038] Um modo de fabricar o modelo 100 com uma tecedura de encadeamento 3D é mostrado diagramaticamente nas figuras 4A e 4B. A figura 4A é uma vista fragmentária ampliada que mostra dois planos de seção de urdidura sucessivos em uma porção do modelo 100 que não apresenta não interligação, isto é, em uma região do modelo que não se situa na região não interligada 104, ao passo que a figura 4B mostra dois planos de seção de urdidura sucessivos em uma porção do modelo 100 que apresenta uma linha 103 de não interligação que forma parte da região interligada 104.

[00039] Nesse exemplo, o modelo 100 tem seis camadas de fio de urdidura 101 estendendo na direção X. Na figura 4A, as seis camadas de fio urdidura são ligadas juntas por fios trama T1 a T5. Na figura 4B, três camadas de fio de urdidura 101 formando o conjunto de camadas de fio 105 são ligadas juntas por dois fios de trama T1, T2, como são as três camadas de fio de urdidura formando o conjunto de camadas de fio 106 que são ligados juntos por dois fios de trama T4 e T5. Em outras palavras, o fato de que os fios de trama T1, T2 não estendem nas camadas de fio 106 e fios de trama T4, T5 não estendem NASA camadas de fio 105 assegura que haja uma linha 103 de não interligação que separa os conjuntos de camadas de fio de urdidura 105 e 106 entre si.

[00040] Ao término de tecedura (figura 3), os fios de urdidura e trama no limite da massa tecida são cortados, por exemplo, utilizando um jato de água sob pressão, para extrair o modelo 100, que é mostrado na figura 5 como aparece após tecedura 3D e antes de qualquer moldagem. A região não interligada 104 que foi fornecida durante tecedura serve para formar duas metades 110 e 111 que são tecidas independentemente entre si e que definem a cavidade 104a dentro do modelo 100. A cavidade 104a é aberta para a borda inferior 100c e para a borda traseira 100b do modelo 100. A borda traseira 100b do modelo 100 corresponde à porção que deve formar o bordo de fuga 20b da estrutura de perfil de aerofólio 20 (figura 1).

[00041] De acordo com a invenção, a borda frontal 100a do modelo de fibra 100, conectando juntas as duas metades 110a e 111 e que deve formar o bordo de ataque 20a da estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice, não inclui nenhuma não interligação. Por conectar juntas as duas metades 110 e 111 por tecedura contínua na borda avançada 100a, a estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice tem reforço de fibra que é uniforme em sua borda avançada, desse modo reforçando sua capacidade em resistir a impactos, caso haja.

[00042] Na figura 5, o modelo de fibra 100 é moldado para constituir uma pré- forma para a estrutura de perfil de aerofólio por inserir uma parte de moldagem de material rígido 140 na cavidade 104a, cuja parte é constituída nesse exemplo por três elementos complementares 141, 142 e 143. Para moldar o modelo 100 sem aumentar significativamente o peso geral da estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice, a parte 140 é feita de um material rígido celular, isto é, um material de baixa densidade. A parte de moldagem, ou mais precisamente no exemplo descrito os elementos 141 a 143, podem ser feitos por moldagem ou por usinagem de um bloco de material.

[00043] A parte de moldagem 140 é de um formato correspondendo ao formato da estrutura de perfil de aerofólio que deve ser feito. Em particular, em sua porção anterior 140a (figura 1) inclui uma extremidade arredondada apropriada para constituir o bordo de ataque 20a com um raio de curvatura que é suficientemente grande para obter boa resistência a impacto e evitar a aparência de rachaduras.

[00044] Uma viga 150 também é inserida na cavidade 104a entre os três elementos 141, 142 e 143. A viga 150 compreende um mastro 151 com primeira e segunda porções ampliadas 152 e 153. A primeira porção ampliada 152 é para atuar em um modo descrito abaixo para formar um elemento para reter a viga no reforço de fibra da estrutura de perfil de aerofólio, enquanto a segunda porção ampliada 153 é para formar a raiz 30 da pá de hélice 10 (figura 1), a porção 154 que é situada entre as porções ampliadas 152 e 153 servindo para formar o pino 32 da pá (figura 1).

[00045] Após os elementos 141 a 143 e a viga 150 terem sido inseridos na cavidade 104a, a pré-forma de fibra da estrutura de perfil de aerofólio é densificada. A borda traseira 100b e a borda inferior 100c do modelo são preferivelmente fechadas por costura antes de executar densificação.

[00046] A densificação da pré-forma de fibra consiste em encher os poros da pré- forma, em todo ou parte de seu volume, com o material que deve constituir a matriz.

[00047] A matriz do material compósito constituindo a estrutura de perfil de aerofólio pode ser obtida em modo conhecido utilizando a técnica líquida.

[00048] A técnica líquida consiste em impregnar a pré-forma com uma composição líquida contendo um precursor orgânico para o material da matriz. Como regra geral, o precursor orgânico tem a forma de um polímero, como uma resina, possivelmente diluída em um solvente. A pré-forma é colocada em um molde apropriado para ser fechado em modo hermético e tendo um recesso que tem o formato da parte acabada moldada e que pode em particular apresentar um formato que é torcido, correspondendo ao formato final para a estrutura de perfil de aerofólio.

[00049] Posteriormente, o molde é fechado e o precursor líquido para a matriz (por exemplo, uma resina) é injetado em todo seu recesso para impregnar toda a porção de fibra da pré-forma.

[00050] O precursor é transformado em uma matriz orgânica, isto é, é polimerizado, por executar tratamento térmico, genericamente por aquecer o molde, após eliminar qualquer solvente e curar o polímero, com a pré-forma continuando a ser retida no molde que tem um formato correspondendo ao formato a ser dado à estrutura de perfil de aerofólio. Matriz orgânica pode, em particular, ser obtida de resinas de epóxi, como a resina de epóxi de alto desempenho vendida sob a referência PR 520 pelo fornecedor CYTEC, ou precursores líquidos para matrizes de carbono ou cerâmica.

[00051] Ao formar uma Matriz de cerâmica ou carbono, o tratamento de calor consiste em pirolisar o precursor orgânico para transformar a matriz orgânica em uma matriz de carbono ou cerâmica dependendo do precursor utilizado e nas condições de pirólise. Como exemplo, precursores líquidos para carbono podem ser resinas tendo um teor de coque relativamente elevado, como resinas fenólicas, ao passo que precursores líquidos para cerâmica, em particular SiC, podem ser resinas do tipo de policarbossilano (PCS) ou do tipo de polititanocarbossilano (PTCS), ou do tipo de polissilazano (PSZ). Vários ciclos consecutivos de impregnação para tratamento de calor podem ser realizados para obter um grau desejado de densificação.

[00052] Em um aspecto da invenção, a pré-forma de fibra pode ser densificada pelo método conhecido como moldagem de transferência de resina (RTM). No método RTM, a pré-forma de fibra incluindo a viga 150 e os elementos 141 a 143 compondo a parte de moldagem 140 é colocada em um molde tendo o formato exterior da estrutura de perfil de aerofólio. Uma vez que a peça de moldagem 140 é feita de material rígido e tem um formato que corresponde ao formato da estrutura de perfil de aerofólio que deve ser feita, atua vantajosamente com um contramolde. Uma resina termorrígida é injetada no espaço interior definido entre a parte de material rígido e o molde e que inclui a pré-forma de fibra. Um gradiente de pressão é genericamente estabelecido nesse espaço interior entre o local onde a resina é injetada e orifícios para evacuar a resina, para a finalidade de controlar e otimizar o modo no qual a pré-forma é impregnada pela resina.

[00053] Como exemplo, a resina utilizada pode ser uma resina de epóxi. Resinas apropriadas para métodos RTM são bem conhecidas. Apresentam preferivelmente baixa viscosidade de modo a facilitar ser injetado entre as fibras. A classe de temperatura e/ou a natureza química da resina é/são selecionadas como uma função das tensões termomecânicas às quais a parte deve ser submetida. Após a resina ter sido injetada em todo o reforço, é polimerizada por tratamento de calor de acordo com o método RTM.

[00054] Após injeção e polimerização, a parte é retirada do molde. A parte é aparada para remover resina em excesso, e os chanfros são usinados. Nenhuma outra usinagem é exigida uma vez que, dado que a parte é moldada, está em conformidade com as dimensões exigidas.

[00055] O material rígido celular utilizado para fazer os elementos 141 a 143 constituindo a parte de moldagem 140 é preferivelmente um material tendo células que são fechadas de modo a evitar que a resina penetre nas mesmas, desse modo conservando sua baixa densidade após a pré-forma de fibra ter sido densificada.

[00056] A viga 150 é feita de material compósito. Como a estrutura de perfil de aerofólio, um modelo de fibra é feito inicialmente por tecedura 3D, por exemplo, utilizando uma tecedura encadeamento 3D. Durante a tecedura do modelo de fibra da viga, as primeira e segunda porções ampliadas 152 e 153 podem ser obtidas por utilizar fios de trama de peso maior e por utilizar camadas adicionais de fios de trama, como mostrado, por exemplo, na figura 6.

[00057] Na figura 6, o número de fios de trama vai nesse exemplo de quatro até sete entre as porções 154 da tira do modelo de fibra que corresponde ao pino da pá de hélice, e a segunda porção ampliada 153 da tira que corresponde à raiz de pá. Além disso, faz-se uso de fios de trama, t1, t’1, t”1 que são de pesos diferentes (crescente). A primeira porção ampliada 152 correspondendo ao elemento de retenção pode ser feita do mesmo modo. Em uma variante ou, além disso, também é possível variar a contagem de fios dos fios de urdidura (isto é, o número de fios por comprimento de unidade na direção de trama).

[00058] Em uma modalidade variante, as primeira e segunda porções ampliadas 152 e 153 podem ser obtidas por inserir inserções enquanto tece a tira do modelo de fibra para a viga 150. Tal inserção pode ser feita em particular de titânio ou do mesmo material que constitui a matriz do material compósito da viga.

[00059] Após o modelo de fibra da viga ter sido feito, é densificado por uma matriz orgânica que pode ser depositada utilizando uma técnica líquida como descrito acima, em particular por impregnação e polimerização em uma ferramenta de moldagem ou por RTM.

[00060] As figuras 7A a 7C mostram uma modalidade variante da viga da invenção. Nessa variante, faz-se uso de um modelo de fibra 160 que é obtido por tecedura tridimensional do tipo encadeamento, por exemplo. Uma inserção 161 é colocada no centro da tira do modelo 200 (figura 7A). A tira é então dobrada no meio em torno da inserção 161 com uma parte de núcleo 162 sendo inserida entre as duas porções de tira dobrada (figura 7B). A inserção 161 permite que uma porção ampliada seja formada que deve constituir a raiz de pá. Como a parte de moldagem 140, a parte de núcleo 162 é fita de material rígido celular de modo a reduzir o peso geral da viga. Como mostrado na figura 7B, a parte de núcleo pode incluir uma porção ampliada 162a que deve formar o elemento de retenção da viga. Após a tira do modelo 160 ter sido dobrada sobre a inserção 161 e parte de núcleo 162, é densificada utilizando a técnica líquida como descrito acima para a pré-forma da estrutura de perfil de aerofólio.

[00061] Como mostrado na figura 7C, uma viga 170 é então obtida que tem um núcleo de baixa densidade e que compreende um mastro 171, uma primeira porção ampliada 172 correspondendo ao elemento de retenção da viga, uma porção 173 correspondendo ao pino da pá de hélice, e uma segunda porção ampliada 174 correspondendo à raiz da pá.

[00062] Após densificar a pré-forma de fibra para a estrutura de perfil de aerofólio, uma pá de hélice 10 é obtida como mostrado na figura 1 que compreende uma estrutura de perfil de aerofólio 20 que é feito de material compósito (reforço de fibra densificado com uma matriz), uma parte de moldagem 140 de material rígido celular, e uma viga 150 de material compósito. Como mostrado na figura 8, a primeira porção ampliada 151 da viga 150 é engatada entre os dois elementos 142 e 143 da parte de moldagem 140 (figura 1) que são elas próprias encerradas na estrutura de perfil de aerofólio densificada 20. A porção ampliada 151 desse modo constitui um elemento de retenção (auto-travamento) 33 para reter a estrutura de perfil de aerofólio na viga 150, desse modo reforçando a conexão entre a estrutura e a raiz da pá de hélice. Deve ser observado que a viga 150 também pode ser feita sem um elemento de retenção.

[00063] A figura 9 mostra outra modalidade de uma pá de hélice de aeronave da invenção. Nessa modalidade, um modelo de fibra 200 é feito que corresponda ao desenvolvimento da estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice. Como mostrado diagramaticamente na figura 10, o modelo de fibra 200 é obtido por tecedura 3D, por exemplo, do tipo encadeamento, entre fios de urdidura 201 ou pernas torcidas dispostas em uma pluralidade de camadas, cada compreendendo várias centenas de fios, e fios de trama 202. Durante tecedura do modelo que é de espessura e largura variáveis, certo número de fios de urdidura não é envolvido na tecedura, desse modo tornando possível definir o esboço continuamente variável e espessura que se desejam para o modelo 200. Nesse exemplo, além da espessura geral do modelo, a tecedura é controlada de modo a formar espessura extra 203 em uma face do modelo. A espessura extra 203 deve constituir um reforçador na estrutura de perfil de aerofólio.

[00064] Após o modelo ter sido tecido, os fios de urdidura e trama que não são tecidos são cortados de modo a obter o modelo de fibra como mostrado na figura 10. Dois elementos 241 e 242 feitos de um material rígido celular do mesmo tipo que aquele dos elementos acima descritos 141 a 143 são montados juntos para formar uma parte de moldagem 240 de um formato determinado que corresponda ao formato da estrutura de perfil de aerofólio que deve ser feita. Os dois elementos 241 e 242 são dispostos em cada lado de uma viga 250 similar à viga acima descrita 150 e compreendendo um mastro 251, uma primeira porção ampliada 252 que deve formar um elemento para reter a viga no reforço de fibra da estrutura de perfil de aerofólio, como descrito abaixo, e uma segunda porção ampliada 253 que deve formar a raiz da pá de hélice.

[00065] O modelo de fibra apresenta duas metades simétricas 210 e 211 que são conectadas juntas por tecedura contínua em uma linha de dobra 200a que deve formar o bordo de ataque da estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice.

[00066] Os dois elementos 241 e 242 da viga 250 são colocados em uma das duas metades 210 e 22, por exemplo, a metade 211, com a outra metade que é deixada livre, aqui a metade 210, então sendo dobrada sobre a metade 211. A pré- forma de firma da estrutura de perfil de aerofólio é então densificada utilizando a técnica líquida como descrito acima.

[00067] Como mostrado nas figuras 11 e 12, uma pá de hélice 40 é então obtida que tem uma estrutura de perfil de aerofólio 50 que é feita de material compósito (reforço de fibra densificado com uma matriz), tendo um bordo de ataque 50a e um bordo de fuga 50b, uma parte de moldagem 240 de material celular rígido, e uma viga 250 feita de material compósito. A primeira porção ampliada 251 da viga 250 é engatada entre os dois elementos 241 e 242 da parte de moldagem 240, que são eles próprios encaixados apertadamente na estrutura de perfil de aerofólio densificada 50. A porção ampliada 251 desse modo constitui um elemento de retenção (auto-travamento) 63 para reter a estrutura de perfil de aerofólio na viga 250, desse modo reforçando a conexão entre a estrutura e a raiz da pá de hélice. Deve ser observado que a viga 150 pode ser também feita sem um elemento de retenção. A porção da viga 250 que estende além da estrutura de perfil de aerofólio 50 compreende um pino 62 estendido por uma raiz 60 que é formado pela segunda porção ampliada 253 da viga 250.

[00068] A espessura extra 203 formada durante a tecedura do modelo de fibra 200 forma dois reforçadores 21a e 21b dispostos em cada lado da viga 250. O número e posições dos reforçadores não são limitados aos reforçadores 21a e 21b mostrados nas figuras 11 e 12. Dependendo das exigências em termos de rigidez e/ou comportamento de impacto, outros reforçadores podem ser formados na estrutura de perfil de aerofólio. As posições, formados e número de reforçadores são definidos durante tecedura do modelo de fibra para a estrutura de perfil de aerofólio, no modo descrito acima.

[00069] De acordo com a invenção, deve ser observado que o bordo de ataque 50a corresponde à linha de dobra que conecta juntas as duas metades 210 e 211 do modelo de fibra. Desse modo, a estrutura de perfil de aerofólio 50 da pá de hélice 40 apresenta uma conexão tecida contínua no bordo de ataque de modo a reforçar sua resistência a impacto.

[00070] A figura 13 mostra ainda outra modalidade de uma pá de hélice de aeronave da invenção. Nessa modalidade, um modelo de fibra 300 é feito que compreenda, em uma parte tecida única, tanto uma primeira porção 310 que deve formar a estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice como também uma segunda porção 312 que deve formar a raiz de pá.

[00071] Como mostrado diagramaticamente na figura 14, o modelo de fibra 300 é obtido por tecedura 3D, por exemplo, do tipo encadeamento, entre fios de urdidura 301 ou pernas torcidas dispostas em uma pluralidade de camadas cada tendo várias centenas de fios, e fios de trama 302. Durante tecedura do modelo que é de espessura e largura variáveis, certo número de fios de urdidura não é envolvido na tecedura, desse modo definindo o esboço continuamente variável e espessura que se desejam para o modelo 300. O documento EP 1 526 285, cujo teor é incorporado aqui a título de referência, descreve a fabricação de um modelo de fibra para uma pá de motor de turbina por tecedura 3D, o modelo tendo uma primeira porção feita com uma primeira tecedura para formar um aerofólio de pá, aqui correspondendo à primeira porção 310 que deve formar a estrutura de perfil de aerofólio, e uma segunda porção feita com uma segunda tecedura para formar a raiz de pá, aqui correspondendo à segunda porção 312 que deve formar a raiz de pá.

[00072] Durante tecedura, e como explicado acima com referência às figuras 3, 4A e 4B para o modelo de fibra 100, duas camadas sucessivas de fios de urdidura não são interligados dentro do modelo de fibra sobre uma região não interligada 304 (figura 13) servindo para fornecer uma cavidade 304a que permite que uma parte de moldagem 340 do material rígido celular seja inserida no modelo de fibra 300 para formar a pré-forma para a estrutura de perfil de aerofólio.

[00073] A segunda porção 312 do modelo de fibra apresenta um formato ampliado para formar a raiz de pá. Como descrito acima para a viga 150, a porção 312 pode ser obtida utilizando fios de trama de peso maior e por utilizar amadas adicionais de fios de trama. Em uma variante, ou, além disso, é possível variar a contagem de fio dos fios de urdidura (isto é, o número de fios por comprimento unitário na direção de trama). Também é possível incorporar uma inserção durante tecedura do modelo de fibra.

[00074] Após a tecedura ter sido concluída, os fios de urdidura e trama no limite da massa tecida são cortados, por exemplo, por um jato de água sob pressão para extrair o modelo 300 que é mostrado na figura 13 como aparece após tecedura 3D e antes de qualquer moldagem. A região não interligada 304 formada durante a tecedura serve para formar duas metades 310 e 311 que são tecidas independentemente entre si e que definem a cavidade 304a dentro do modelo 300. A cavidade 304a é aberta para a borda traseira 300b do modelo 300 que corresponde à porção que deve formar o bordo de fuga 80b da estrutura de perfil de aerofólio 80 (figura 15).

[00075] De acordo com a invenção, a borda frontal 300a do modelo de fibra 300, conectando juntas as duas metades 310 e 311 e que deve formar o bordo de ataque 80a (figura 15) da estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice não inclui nenhuma região não interligada. Por conectar juntas as duas metades 310 e 311 por tecedura contínua na borda frontal 100a, a estrutura de perfil de aerofólio da pá de hélice inclui reforço de fibra que é uniforme no bordo de ataque para aumentar sua resistência contra possíveis impactos.

[00076] Na figura 13, o modelo de fibra 300 é moldado para formar uma pré-forma da estrutura de perfil de aerofólio por inserir uma parte de moldagem 340 de material rígido celular na cavidade 304a.

[00077] Após a parte de moldagem ter sido inserida na cavidade 304a, a pré- forma de fibra para a estrutura de perfil de aerofólio é densificada como descrito acima.

[00078] Como mostrado na figura 15, isso produz uma pá de hélice 70 compreendendo uma peça única de material compósito (reforço de fibra densificado por uma matriz), com uma estrutura de perfil de aerofólio 80 tendo um bordo de ataque 80a e um bordo de fuga 80b, um pino 92, e uma raiz 90. A parte de moldagem 240 de material rígido celular também está presente na estrutura de perfil de aerofólio.

Claims

1. Pá de hélice de aeronave (10) compreendendo uma estrutura de perfil de aerofólio (20), a pá sendo caracterizada pelo fato de que a estrutura de perfil de aerofólio compreende pelo menos um reforço de fibra (100) obtido por tecedura tridimensional de fios e densificado por uma matriz, e uma parte de moldagem (140) feita de material rígido celular de formato determinado, o reforço compreendendo pelo menos duas metades (110, 111) ligadas juntas por tecedura contínua em um bordo de ataque (20a) da pá de hélice (10), as duas metades (110, 111) encaixando apertadamente em torno da parte de moldagem (140), e em que as duas metades (110, 111) do reforço de fibra (100) são parcialmente separadas por uma região não interligada (104) que é obtida durante a tecedura tridimensional.

2. Pá, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma viga (150) tendo uma primeira porção (151, 152) disposta dentro da estrutura de perfil de aerofólio e circundada pelo menos em parte pela parte de moldagem (140), e uma segunda porção (153, 154) estendendo para fora da estrutura, a segunda porção incluindo uma raiz de pá (30) em sua extremidade.

3. Pá, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a viga (150) é formada por reforço de fibra densificada por uma matriz.

4. Pá, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a primeira porção da viga inclui uma porção ampliada (152) que forma um elemento de retenção (33) para reter a viga na estrutura de perfil de aerofólio (20).

5. Pá, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma raiz de pá (90) formada por reforço de fibra (312) densificado por uma matriz, o reforço de fibra (312) da raiz de pá (90) sendo tecido continuamente com o reforço de fibra (310) da estrutura de perfil de aerofólio (80).

6. Pá, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que as duas metades (210, 211) do reforço de fibra (200) incluem pelo menos uma espessura extra que forma reforçador (203) em suas faces confrontantes.

7. Pá, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a estrutura de perfil de aerofólio (20) compreende reforço de fibra de carbono densificado por uma matriz de carbono.

8. Método de fabricar uma pá de hélice de aeronave (10), o método caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos:fazer um modelo de fibra de peça única (100) por tecedura tridimensional de fios, o modelo compreendendo pelo menos uma primeira porção compreendendo pelo menos duas metades (110, 111) que são ligadas juntas por tecedura contínua em um bordo de ataque (20a) da pá de hélice (10), em que as duas metades (110, 111) do modelo de fibra (100) são separadas em parte por formar uma região não interligada (104) durante a tecedura tridimensional;formar uma parte de moldagem (140) de formato determinado e feito de material rígido celular;moldar o modelo de fibra (100) por conter a peça de moldagem (140) entre as duas metades (110, 111) do modelo de fibra (100) para obter uma pré- forma para uma estrutura de perfil de aerofólio; edensificar a pré-forma com uma matriz para obter uma estrutura de perfil de aerofólio (20) tendo reforço de fibra constituído pela pré-forma e densificado pela matriz.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que inclui ainda fazer uma viga (150) por tecedura tridimensional de um modelo de fibra e por densificar o modelo com uma matriz para obter uma viga de material compósito tendo reforço de fibra densificado pela matriz, a viga compreendendo um mastro (151) e uma raiz de pá (153), e durante moldagem do modelo de fibra, colocar o mastro da viga entre as duas metades (110, 111) do modelo de fibra (100), o mastro sendo circundado pelo menos em parte pela parte de moldagem (140).

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que inclui formar pelo menos uma porção ampliada (152) no mastro (151) da viga (150), a porção ampliada sendo feita por variar o peso e/ou a contagem de thread dos fios do modelo ou por incorporar uma inserção durante tecedura tridimensional.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o modelo de fibra (170) da viga é tecido na forma de uma tira de fibra (160), a tira sendo dobrada em torno de uma inserção (161) para formar a raiz de pá, uma parte de núcleo (162) de material rígido celular sendo inserida entre as duas porções dobradas juntas da tira de fibra.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o modelo de fibra (300) inclui ainda uma segunda porção (312) tecida continuamente com a primeira porção do modelo e em que, após densificação, a segunda porção forma uma raiz de pá (90).

13. Turboélice adaptado com uma pá de hélice (10) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ser fabricado pelo método como definido em qualquer uma das reivindicações 8 a 12.

14. Aeronave caracterizada pelo fato de ser adaptada com pelo menos um turboélice como definido na reivindicação 13.