BR112014014244B1

BR112014014244B1 - estrutura de fibra tecida como uma única peça por tecelagem tridimensional

Info

Publication number: BR112014014244B1
Application number: BR112014014244-0A
Authority: BR
Inventors: Yann Marchal; Dominique Coupe; Monica Fruscello; Jonathan Goering
Original assignee: Snecma
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2021-01-05
Also published as: CN103998721A; EP2791473B1; CA2858320C; US20140349538A1; JP6254533B2; WO2013088040A2; RU2014128571A; US20170260661A1; BR112014014244A2; RU2612927C2; US10519576B2; EP2791473A2; US10280537B2; WO2013088040A3; CN103998721B; CA2858320A1; JP2015505916A

Abstract

ESTRUTURA DE FIBRA TECIDA COMO UMA ÚNICA PEÇA POR TECELAGEM EM 3D, E UMA APLICAÇÃO DA MESMA PARA FABRICAR UMA PARTE DE MATERIAL COMPÓSITO. Em uma estrutura de fibra tecida como uma única peça por tecelagem tridimensional, primeiros fios de trama interligar camadas de fios de urdume em uma primeira porção (12) da estrutura de fibra (10) adjacente a uma zona não interligada (16) e também fios de urdume de uma segunda porção (14) da estrutura de fibra além da zona não interligada, e segundos fios de trama interligar camadas de fios de urdume da segunda porção (14) da estrutura de fibra adjacente à zona não interligada e também camadas de fios de urdume da primeira porção (12) da estrutura de fibra além da zona não interligada, de forma que os trajetos dos primeiros e segundos fios de trama se cruzam em pelo menos uma zona de transição (18) se estendendo dentro da estrutura de fibra a partir da extremidade da zona não interligada, a zona de transição se estendendo na direção de trama sobre uma distância maior do que o passo (p) entre colunas de urdume adjacentes.

Description

Fundamentos da invenção

[0001] A invenção se refere à produção de uma estrutura de fibra tecida como uma única peça por tecelagem tridimensional (3D), em particular para fabricar uma parte de material compósito. Um campo de aplicação particular, mas não exclusivo, da invenção, está situado na produção de estruturas de fibra para pré-formas de partes de material compósito para aeronave ou aeromotores, em particular para motores de turbina de aeronaves.

[0002] De maneira bem conhecida, uma parte de material compósito pode ser obtida por produção de uma pré-forma de fibra e por densificação da pré-forma com uma matriz. Dependendo da aplicação pretendida, a pré-forma pode ser feita de fibras de vidro, carbono, ou cerâmica, e a matriz pode ser feita de um material orgânico (um polímero), de carbono, ou de cerâmica.

[0003] Para partes que têm formato relativamente complexo, é conhecido produzir uma estrutura ou peça em bruto de fibra como uma única peça por tecelagem de múltiplas camadas ou em 3D, e conformar a peça em bruto a fim de obter uma pré-forma de fibra que apresenta um formato que é próximo ao formato da parte que deve ser fabricada.

[0004] A fim de facilitar tal conformação, e a fim de evitar fazer incisões, que resultam em fios sendo cortados e que conduzem a uma redução em resistência mecânica, é conhecido deixar uma ou mais zonas não interligadas dentro da estrutura de fibra enquanto ela está sendo tecida. Tais zonas não interligadas podem ser obtidas por omitir localmente qualquer interligação das camadas de fios adjacentes, tornando assim possível dobrar porções da estrutura de fibra adjacente às zonas não interligadas.

[0005] A produção de partes de material compósito que são complexas em formato a partir de estruturas tecidas com zonas não interligadas é descrita em particular nos documentos WO 2010/061139 e WO 2010/103213.

[0006] Não obstante, a conformação de uma estrutura de fibra por dobramento de porções que são separadas por uma zona não interligada pode dar origem a fraqueza na extremidade da zona não interligada e a níveis excessivos de tensão sobre os fios que são sujeitos à tensão, enquanto tal conformação é realizada. Objetivo e sumário da invenção

[0007] Um objetivo da invenção é eliminar tais desvantagens.

[0008] Em um primeiro aspecto da invenção, este objetivo é atingido com uma estrutura de fibra tecida como uma única peça por tecelagem tridimensional, a estrutura de fibra tendo superfícies opostas e apresentando: - uma primeira porção tendo uma pluralidade de camadas de fios de urdume e formando uma primeira porção da espessura da estrutura de fibra entre suas superfícies opostas; - uma segunda porção tendo uma pluralidade de camadas de fios de urdume e formando uma segunda porção de espessura da estrutura de fibra, os fios de urdume sendo arranjados em colunas, cada uma das quais inclui fios de urdume da primeira porção e da segunda porção; e - um conjunto de fios de trama interligando as camadas de fios de urdume da primeira porção e da segunda porção enquanto deixa pelo menos uma zona não interligada separando as primeira e segunda porções sobre uma porção da dimensão da estrutura de fibra na direção de trama de uma borda da estrutura de fibra para uma extremidade da zona não interligada; em que a estrutura de fibra, em cada plano: - um ou mais dos mesmos primeiros fios de trama interligam camadas de fios de urdume da primeira porção da estrutura de fibra adjacente à zona não interligada e camadas de fios de urdume da segunda porção da estrutura de fibra além da zona não interligada; e - um ou mais dos mesmos segundos fios de urdume interligam camadas de fios de trama da segunda porção da estrutura de fibra adjacente à zona não interligada e camadas de fios de urdume da primeira porção da estrutura de fibra além da zona não interligada; - de forma que os trajetos do(s) primeiro(s) fio(s) de trama e do(s) segundo(s) fio(s) de trama se sobrecruzam em pelo menos uma zona de transição se estendendo na estrutura de fibra a partir da extremidade da zona não interligada; e - a zona de transição se estende na direção de trama sobre uma distância que é maior do que o passo entre colunas de urdume adjacentes.

[0009] O sobrecruzamento de fios de trama na zona de transição adjacente à extremidade da zona não interligada reforça a referida extremidade e pode dar origem à tensão reduzida sobre os fios durante a dobragem da fração da estrutura de fibra, adjacente à zona não interligada.

[0010] Em uma modalidade, uma pluralidade de primeiros fios de trama, bem como uma pluralidade de segundos fios de trama, seguem trajetos similares entre as extremidades na direção de trama da zona de transição.

[0011] Em outra modalidade, uma pluralidade de primeiros fios de trama, bem como uma pluralidade de segundos fios de trama, seguem trajetos similares que são mutuamente deslocados na direção de trama na(s) zona(s) de transição.

[0012] Vantajosamente, as camadas externas de fios de urdume adjacentes às superfícies opostas da estrutura de fibra são tecidas com os mesmos fios de trama se estendendo continuamente sobre a dimensão inteira da estrutura de fibra na direção de trama, tornando assim possível preservar a continuidade de fios de superfície.

[0013] Também vantajosamente, em pelo menos uma da primeira e da segunda porção da estrutura de fibra, os fios de urdume das camadas externas de fios de urdume adjacentes à superfície da estrutura de fibra são tecidos com os mesmos fios de trama tendo trajetos que se cruzam sobre em um local correspondente substancialmente aquele da zona de transição, tornando assim possível, durante a dobragem da fração da estrutura de fibra, adjacente à zona não interligada, para limitar a curvatura que é imposta sobre os fios de trama adjacente à superfície.

[0014] Em uma modalidade, a estrutura de fibra apresenta pelo menos duas zonas não interligadas separando a primeira e a segunda porções sobre uma porção da dimensão da estrutura de fibra na direção de trama a partir de bordas opostas da estrutura de fibra por tanto quanto as respectivas extremidades das zonas não interligadas, tornando assim possível, depois de conformação, obter uma pré-forma de fibra tendo uma seção que é conformada em π ou conformada em I.

[0015] Em outro aspecto da invenção, o objetivo pretendido é alcançado com uma estrutura de fibra como definida acima, em que os termos "trama" e "urdume" são trocados.

[0016] Em ainda outro aspecto da invenção, a invenção provê um método de fabricação de uma parte de material compósito compreendendo produzir uma pré- forma de fibra por conformação de uma estrutura de fibra como definida acima, a conformação incluindo pelo menos dobrar uma fração da primeira ou da segunda porção da estrutura de fibra adjacente a uma zona não interligada, e densificação da pré-forma com uma matriz.

[0017] De acordo com ainda outro aspecto da invenção, a invenção provê um método de fabricação de uma parte de material compósito tendo uma seção substancialmente conformada em π, o método compreendendo produzir uma pré- forma de fibra por conformação de uma estrutura de fibra como definida acima com duas zonas não interligadas, a conformação incluindo dobrar frações da primeira ou da segunda porção da estrutura de fibra adjacente às duas zonas não interligadas, e densificação da pré-forma com uma matriz.

[0018] A título de exemplo, uma tal parte que tem uma seção que é substancialmente conformada em π pode ser uma plataforma de pá de ventoinha para um motor de turbina.

[0019] De acordo com outro aspecto da invenção, a invenção provê um método de fabricação de uma parte de material compósito de seção conformada substancialmente em I, o método compreendendo produzir uma pré-forma de fibra por conformação de uma estrutura de fibra como definida acima com duas zonas não interligadas, a conformação incluindo dobrar frações da primeira e a segunda porção da estrutura de fibra adjacente às duas zonas não interligadas, e densificação da pré-forma com uma matriz.

[0020] A título de exemplo, uma tal parte de seção que é conformada em I pode ser uma palheta de guia de saída de um motor de turbina.

[0021] De acordo com ainda outros aspectos, a invenção provê uma pá de propulsor oca para um aeromotor, obtida por um método como definido acima.

Breve descrição dos desenhos

[0022] A invenção pode ser mais bem entendida na leitura da seguinte descrição dada a título de indicação não limitativa e com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0023] A Figura 1 é uma vista em seção altamente esquemática uma estrutura de fibra tecida em 3D, em uma modalidade da invenção;

[0024] A Figura 2 é uma vista em seção altamente esquemática de uma pré- forma obtida por conformação da estrutura de fibra da figura 1;

[0025] A Figura 3 é uma vista plana esquemática de uma estrutura de fibra tecida em 3D, em uma modalidade da invenção;

[0026] A Figura 4 é uma vista plana esquemática de uma pré-forma conformada em π, obtida por conformação da estrutura de fibra da Figura 3;

[0027] A Figura 5 é uma vista em seção altamente esquemática uma estrutura de fibra tecida em 3D, em uma modalidade da invenção;

[0028] A Figura 6 é uma vista em seção altamente esquemática de uma pré- forma obtida por conformação da estrutura de fibra da Figura 5;

[0029] A Figura 7 é uma vista plana esquemática de uma pré-forma conformada em seção em π, em uma modalidade da invenção;

[0030] A Figura 8 é uma vista em seção altamente esquemática uma estrutura de fibra tecida em 3D em uma modalidade da invenção;

[0031] A Figura 9 é uma vista em seção altamente esquemática de uma pré- forma obtida por conformação da estrutura de fibra da Figura 8;

[0032] A Figura 10 é uma vista plana esquemática de uma pré-forma de seção em π em uma modalidade da invenção;

[0033] A Figura 11 é uma vista em seção altamente esquemática uma estrutura de fibra tecida em 3D em uma modalidade da invenção;

[0034] A Figura 12 é uma vista em seção altamente esquemática de uma pré- forma obtida por conformação da estrutura de fibra da Figura 11;

[0035] A Figura 13 é uma vista esquemática em perspectiva de uma plataforma de pá de ventoinha, obtida por densificação de uma pré-forma de seção substancialmente conformada em π;

[0036] A Figura 14 é uma vista em seção altamente esquemática uma estrutura tecida em 3D, em uma modalidade da invenção;

[0037] A Figura 15 é uma vista em seção altamente esquemática de uma pré- forma de perfil conformado em I, obtida por conformação da estrutura de fibra da Figura 14;

[0038] A Figura 16 é uma vista esquemática em perspectiva de uma palheta de guia de saída obtida por densificação de uma pré-forma de perfil conformado em I;

[0039] A Figura 17 é uma vista em seção esquemática de uma estrutura tecida em 3D, em uma modalidade da invenção;

[0040] A Figura 18 é uma vista em seção altamente esquemática de uma pré- forma de perfil conformado em V, obtida por conformação da estrutura de fibra da Figura 17; e

[0041] A Figura 19 é uma vista esquemática de um propulsor obtido por densificação de uma pré-forma de perfil conformado em V.

Descrição detalhada das modalidades

[0042] A fim de evitar o congestionamento dos desenhos, nas Figuras 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10 e 11, os trajetos dos fios de trama são desenhados como linhas retas, enquanto os fios de urdume, mostrados em seção, são representados por pontos. Uma vez que a tecelagem em 3D é envolvida, será entendido que os fios de trama seguem trajetos sinuosos de forma a interligar os fios de urdume que pertencem diferentes camadas de fios de urdume, com as exceções de zonas não interligadas, sendo observada que a tecelagem em 3D, e em particular usando uma tecelagem de entrelace, pode incluir a tecelagem em 2D na superfície. A título de exemplo, várias tecelagens em 3D podem ser usadas, tal como tecelagens de entrelace, de cetim múltipla, ou plana múltipla, como descritas em particular no documento WO 2006/136755.

[0043] A Figura 1 mostra de forma altamente esquemática um plano de trama em uma estrutura de fibra tecida em 3D 10 constituindo uma única peça tendo faces opostas 10a e 10b. O termo "plano de trama"é usado aqui para significar um plano de seção perpendicular à direção de urdume e mostrando uma coluna de fios de trama. A estrutura de fibra 10 compreende duas porções 12 e 14, respectivamente, formando primeira e segunda porções da espessura da estrutura de fibra 10. Cada porção 12, 14 compreende uma pluralidade de camadas superpostas de fios de urdume, quatro delas, no exemplo mostrado; o número das camadas de fios de urdume potencialmente sendo qualquer número desejado não inferior a dois, dependendo de a espessura desejada. Além disso, o número de camadas de fios de urdume nas porções 12 e 14 poderia ser diferente entre si. É também é também possível se ter um número de camadas de fios de urdume que não é constante ao longo da direção de trama inteira. Os fios de urdume são arranjados em colunas, cada uma compreendendo tanto fios de urdume da porção 12 quanto fios de urdume da porção 14 da estrutura de fibra 10.

[0044] Sobre a porção da dimensão da estrutura de fibra 10 na direção de trama (t), as duas porções 12 e 14 da estrutura de fibra são totalmente separadas entre si por uma zona não interligada 16 que se estende a partir de uma borda 10c da estrutura de fibra 10 para uma extremidade 16a da zona não interligada. O termo zona não interligada é usado aqui para significar uma zona que não é cruzada por fios de trama interligando os fios de urdume nas camadas que pertencem, respectivamente, às porções 12 e 14 da estrutura de fibra 10.

[0045] Exceto na zona não interligada, as camadas de fios de urdume são interligadas por fios de trama pertencendo a uma pluralidade de camadas de fios de trama.

[0046] No exemplo mostrado, em cada plano da estrutura de fibra 10, primeiros fios de trama t11 a t14 interligam os fios de urdume das camadas de fios de urdume na fração 12a da porção 12 adjacente à zona não interligada 16, e também fios de urdume das camadas de fio de urdume da porção 16 além da zona não interligada 16. De forma inversa, segundos fios de trama t15 a t18 interligam os fios de urdume das camadas de fio de urdume na fração 14a da porção 14 adjacente à zona não interligada 16 e também fios de urdume das camadas de fios de urdume na porção 12 além da zona não interligada 16. Naturalmente, as porções 12 e 14 da estrutura de fibra 10 além da zona não interligada 16 são propriamente interligadas.

[0047] A título de exemplo, é possível adotar um ponto de cetim sobre a superfície para os fios de trama t14 e t15 nas frações 12a e 12b que são separadas pela zona não interligada 16, com a tecelagem continuando com uma tecelagem de interligação além da zona não interligada 16.

[0048] Assim, os trajetos dos fios t11 a t14 e os trajetos dos fios t15 a t18 se cruzam na zona de transição 18 que se estende a partir da extremidade 16a da zona não interligada 16. Na direção de trama, esta zona de transição 18 se estende sobre uma distância maior do que um passo p entre colunas adjacentes de fios de urdume, e preferivelmente não inferior a 2p. No exemplo mostrado, esta distância é igual a 4p. Na zona de transição 18, os fios t11 a t14, como os fios t15 a t18, seguem trajetos paralelos similares entre as extremidades da zona de transição 18 na direção de trama.

[0049] Uma pré-forma de fibra 19 de perfil substancialmente conformado em T (Figura 2) é obtida por dobramento das frações 12a e 14a em qualquer lado da zona não interligada 16. Porque os fios de trama passam através das camadas de fios de urdume na zona de transição 18 de uma maneira progressiva, os fios de trama são menos expostos a qualquer disco de dano em comparação com o cruzamento mais subitamente através de um interstício entre duas colunas de fios de urdume. Além disso, o fato de a zona de transição ter que se estender na direção de trama sobre um comprimento que é relativamente longo proporciona melhor capacidade para deformação.

[0050] A Figura 3 é uma vista plana de uma estrutura de fibra 20 que tem uma porção de base com uma face externa 20a e uma face interna 20b. Em sua espessura, a estrutura de fibra inclui duas frações 22 e 24 que são mutuamente separadas sobre uma porção da dimensão da estrutura de fibra na direção de trama por zonas não interligadas 26 e 26'. As zonas não interligadas 26 e 26' se estendem a partir de bordas opostas 20c e 20d da estrutura de fibra 20 para respectivas extremidades 26a e 26'a das zonas não interligadas, com a fração central da estrutura de fibra 20 não incluindo qualquer zona não interligada.

[0051] Cada porção 22 e 24 da estrutura de fibra tem uma pluralidade de camadas de fios de urdume, os números de camadas de fios de urdume nas porções 22 e 24 sendo diferentes neste exemplo.

[0052] Em cada plano da estrutura de fibra 20, os mesmos primeiros fios de trama t21, t22, t23, t24 interligam os fios de urdume na porção 24 além da zona não interligada 26' e também interligam os fios de urdume na fração 22a da porção 22 ao lado da zona não interligada. De forma inversa, os mesmos segundos fios de trama t25, t26, t27, t28 interligam os fios de urdume na fração 22'a da porção 22 ao lado da zona não interligada 26' e também interligam os fios de urdume na porção 24 antes da zona não interligada.

[0053] Assim, os trajetos dos fios t21, t22, t23, t24 cruzam os trajetos dos fios t25, t26, t27, t28 na zona de transição 28 situada na porção central da estrutura de fibra 20 entre as extremidades 26a e 26'a das zonas não interligadas 26 e 26'. Como na modalidade da Figura 1, os trajetos dos fios de trama t21, t22, t23, t24 e também os trajetos dos fios de trama t25, t26, t27, t28 entre as extremidades da zona de transição 28 são similar, com a zona de transição 28 se estendendo sobre uma distância na direção de trama que é maior do que p, aqui igual a 4p.

[0054] Deve ser observado que, a partir de um plano de trama para o outro, que, a partir de um plano de trama para o outro, a zona de transição pode ser deslocada na direção de trama a fim de evitar ter qualquer porção com um maior número de cruzamentos superiores de fios do que alguma outra porção entre as zonas não interligadas 26 e 26'.

[0055] A conformação da estrutura de fibra 20 a fim de obter uma pré-forma de fibra 29 de estrutura substancialmente conformada em π compreende o dobramento das frações da porção 24 da estrutura de fibra ao lado das zonas não interligadas 26 e 26', como mostrado na Figura 4, de modo a formar na seção as pernas 24a e 24'a do formato em π, pernas estas que se estendem a partir da face interna 20b. Na porção da estrutura de fibra 20 e da pré-forma de fibra 29 adjacente à face externa 20a, deve ser observado que a tecelagem é realizada com um ponto de cetim (fio t29) na superfície, de forma a prover continuidade de superfície sem passar através das camadas de fios de urdume e sem cruzamento de qualquer outro fio de trama.

[0056] No exemplo mostrado, deve ser também observado que as frações da porção 24 da estrutura de fibra 20 que devem formar as pernas 24a e 24'a se estendem além das bordas da porção 22 por adição de colunas de fios de urdume, de forma a propiciar um comprimento desejado para as pernas 24a e 24'a.

[0057] A Figura 5 mostra, de forma altamente esquemática, uma estrutura de fibra tecida em 3D 40, de peça única, em uma segunda modalidade da invenção. Para os elementos que são comuns entre a estrutura de fibra 40 da Figura 4 e a estrutura de fibra 10 da Figura 1 são dadas as mesmas referências e eles não serão descritos novamente.

[0058] A estrutura de fibra 40 difere da estrutura de fibra 10 nos trajetos seguidos através das camadas de fios de urdume pelos fios de trama que se cruzam na zona de transição 18.

[0059] Assim, cada fio de trama t11, t12, t13, t14 passa através da mesma sobre uma distância na direção de trama que é igual ao passo p entre as colunas de fios de urdume, todavia os trajetos dos fios de trama t11 a t14 são mutuamente deslocados na direção de trama, com o deslocamento no exemplo mostrado sendo igual ao passo p. O mesmo se aplica a os fios de trama t15, t16, t17, e t18. Existe assim a zona de transição 18 que, como na modalidade acima descrita, se estende na direção de trama sobre uma distância que é maior do que o passo p, especificamente sobre uma distância de 4p. Em comparação com a modalidade da Figura 1, maior tensão é exercida sobre os fios de trama quando eles passam através da zona de transição, mas sua dimensão proporciona boa capacidade para deformação.

[0060] A Figura 6 mostra uma pré-forma de fibra 49 de seção substancialmente conformada em T, obtida depois do dobramento das frações 12a e 14a em qualquer lado da zona não interligada 16 das porções 12 e 14 da estrutura de fibra 40.

[0061] A Figura 7 é uma vista plana de uma estrutura de fibra 50, apropriada para obter uma pré-forma de seção substancialmente conformada em π. Para os elementos comuns entre a estrutura de fibra 50 da Figura 7 e a estrutura de fibra 20 da Figura 3 são dadas as mesmas referências e eles não são descritos novamente.

[0062] A estrutura de fibra 50 difere da estrutura de fibra 20 pelos trajetos seguidos através das camadas de fios de urdume pelos fios de trama.

[0063] Assim, cada um dos fios de trama t21, t22, t23, t24 passa através das camadas sobre uma distância na direção de trama que é igual ao passo p entre as colunas de fios de urdume, com a mesma aplicação para os trajetos seguidos por cada um dos fios de trama t25, t26, t27, t28. Não obstante, os locais onde os fios t21 a t24 e igualmente os locais onde os fios t25 a t28 se cruzam entre si na passagem através são deslocados uns em relação aos outros na direção de trama. No exemplo da Figura 7, a zona de transição 28 se estende sobre uma distância relativamente longa entre as extremidades 26a e 26'a das zonas não interligadas 26 e 26', sendo formada sobre uma pluralidade de zonas de transição individuais 281, 282, 283, e 284, com os cruzamentos superiores sendo assim distribuídos na direção de trama sobre a fração da estrutura de fibra que se estende entre as zonas não interligadas 26 e 26'.

[0064] Uma pré-forma de fibra de secção que é substancialmente conformada em π é obtida por dobramento das frações da porção 24 da estrutura de fibra, que são adjacentes às zonas não interligadas 26 e 26', como na Figura 4.

[0065] A Figura 8 é uma vista altamente esquemática de uma estrutura de fibra tecida em 3D 60, de peça única, em uma terceira modalidade da invenção. Para os elementos que são comuns à estrutura de fibra 60 da Figura 8 e às estruturas 10 e 40 das Figuras 1 e 5 são dadas as mesmas referências e eles não são descritos novamente.

[0066] A estrutura de fibra 60 difere da estrutura de fibra 10 pelo fato de que, em cada plano, somente alguns dos fios de trama são responsáveis pelo processo de passagem transpassante e sobrecruzamento, esses fios de trama sendo aqueles que interligam os fios de urdume das camadas de fios de urdume nas frações da estrutura de fibra 60 adjacentes à zona não interligada 16, enquanto os fios de urdume situados nas frações da estrutura de fibra adjacente às suas faces 10a e 10b se estendem continuamente ao longo dessas superfícies sem passar através de camadas de urdume ou cruzar outros fios de trama. Desta maneira, é possível reforçar a estrutura de fibra na extremidade da zona não interligada, enquanto preserva a continuidade de superfície que encoraja um bom estado de superfície para uma parte de material compósito como finalmente obtida.

[0067] No exemplo mostrado, os fios de trama t11, t12, t17, e t18 se estendem continuamente entre as bordas 10c e 10d da estrutura de fibra 60 sem cruzamento de outros fios de trama. Em contraste, os fios de trama t13 e t14 na fração 12a da porção 12 da estrutura de fibra 60 adjacente à zona não interligada 16 passam através de camadas de fios de urdume imediatamente além da extremidade 16a da zona não interligada 16 de forma a entrar na porção 14 da estrutura de fibra 60. De forma inversa, os fios de trama t15 e t16 na fração 14a da porção 14 da estrutura de fibra 60 adjacente à zona não interligada 16 passam através de camadas de fios de urdume imediatamente além da extremidade 16a da zona não interligada 16, cruzando os fios de trama t13 e t14 a fim de entrar na porção 12 da estrutura de fibra 10. Os trajetos através dos fios de urdume e os cruzamentos superiores com os fios de trama têm lugar na zona de transição 18, que apresenta uma dimensão na direção de trama que é maior do que o passo p entre colunas de fios de urdume, esta dimensão sendo igual a 2p, no presente exemplo. A configuração com fios de trama se estendendo continuamente perto às faces 10a e 10b, e fios de trama envolvidos no processo de passar através e sobrecruzar dentro da estrutura de fibra 60 deve ser encontrado em cada plano da estrutura de fibra.

[0068] Naturalmente, o número de fios de trama situados nas frações 12a e 14a adjacentes à zona não interligada e responsáveis pelo processo de passagem atravessante e sobrecruzamento pode ser diferente de dois, e não deve ser inferior a um. Similarmente, o número de fios de trama adjacentes às faces 10a e 10b e se estendendo continuamente sem cruzamentos superiores entre as borda s10c e 10b pode ser diferente de dois, sendo pelo menos igual a um.

[0069] A Figura 9 mostra uma pré-forma de fibra 69 de seção substancialmente conformada em T, obtida depois do dobramento das frações 12a e 14a em qualquer lado da zona não interligada 16 das porções 12 e 14 da estrutura de fibra 60. Os fios de trama t11, t12, t17, t18 que não são responsáveis pelo processo de passagem atravessante e sobrecruzamento seguem um trajeto suave através das zonas encurvadas.

[0070] A Figura 10 mostra um plano de uma estrutura de fibra 70, apropriada para obter uma pré-forma de fibra de seção substancialmente em π. Para os elementos comuns entre a estrutura de fibra 70 da Figura 11 e as estruturas de fibra 20 e 50 das Figuras 3 e 7 são dadas as mesmas referências e eles não serão descritos novamente.

[0071] A estrutura de fibra 70 difere das estruturas de fibra 20 e 50 em particular pela presença de um fio de trama t'29 que se estende continuamente ao longo da face interna 20b e ao longo das faces das frações da porção 24 ao lado das zonas não interligadas 26 e 26', provendo assim continuidade para a superfície da pré- forma no lado interno.

[0072] Em adição, os cruzamentos superiores entre os fios de trama têm lugar em duas zonas de transição 28' e 28", que são situadas na proximidade imediata das extremidades 26a e 26'a das zonas não interligadas 26 e 26'. Cada zona de transição se estende na direção de trama sobre uma distância que é maior do que o passo p entre colunas dos fios de urdume, especificamente sobre uma distância igual a 2p.

[0073] A Figura 11 é um diagrama de uma estrutura de fibra tecida em 3D 80, de peça única, em uma quarta modalidade da invenção. Para os elementos que são comuns entre a estrutura de fibra 80 da Figura 11 e as estruturas 10, 40, e 60 das Figuras 1, 5, e 8 são dadas as mesmas referências e eles não serão descritos novamente.

[0074] A estrutura de fibra 80 difere da estrutura de fibra 60 pelo fato de que, em cada plano, os fios de trama que tecem os fios de urdume das camadas de fios de urdume mais próximos às faces 10a e 10b, especificamente os fios de trama t11 e t12 e também os fios de trama t17 e t18, se sobrecruzam em seus trajetos entre as bordas opostas 10c e 10d sem cruzamento de quaisquer outros fios de trama. Esses cruzamentos superiores são situados substancialmente na extremidade da zona não interligada 16, isto é, nas conexões 12'a e 14'a entre as frações 12a e 14a e o restante da estrutura de fibra 80, quando é conformado, como mostrado na Figura 12.

[0075] O efeito desta configuração de sobrecruzamento nas zonas de conexão 12'a e 14'a é para os fios t11, t12, t17, e t18 apresentarem menores quantidades de curvatura, isto é, seguirem maiores raios de curvatura, em comparação com a modalidade das Figuras 8 e 9. Os fios t11, t12, t17, e t18 são assim menos tensionados durante a conformação, em particular quando o ângulo em que a fração 12a ou 14a é dobrada é relativamente grande.

[0076] Nas várias modalidades descritas, a estrutura de fibra é formada pela tecelagem em 3D com fios de uma natureza que é selecionada como uma função da aplicação pretendida, por exemplo, fios feitos de vidro, de carbono, ou de cerâmica.

[0077] Depois da estrutura de fibra ter sido conformada, a pré-forma de fibra é densificada por formação de uma matriz que é igualmente de uma natureza que é selecionada como uma função da aplicação pretendida, por exemplo, uma matriz orgânica obtida em particular de uma resina que é um precursor de uma matriz de polímero, tal como um epóxi, bismaleimida, ou resina de poliimida, ou uma matriz de carbono, ou uma matriz de cerâmica. Para uma matriz de carbono ou uma matriz de cerâmica, a densificação pode ser realizada por infiltração de vapor químico (CVI) ou por impregnação com uma composição líquida que contém uma resina de precursor de carbono ou de cerâmica e por aplicação de tratamento térmico para pirolisar ou ceramizar o precursor, métodos estes que são propriamente bem conhecidos.

[0078] A Figura 13 é uma vista altamente esquemática de uma plataforma de ventoinha 30 para um motor de turbina de aviação, a plataforma sendo feita de material compósito do tipo que pode ser obtido por densificação de uma pré-forma de fibra tendo uma seção substancialmente conformada em π, como mostrada na Figura 4 ou como obtida a partir das estruturas de fibra das Figuras 7 e 10. As fibras são preferivelmente fibras de carbono e a matriz é preferivelmente uma matriz de polímero.

[0079] A plataforma 30 compreende uma base 32 tendo uma face superior 32a e uma face inferior 32b, e duas pernas 34 e 36 que serve em particular para formar seções contínuas de reforço e que se estendem a partir da face inferior 32b da plataforma 30, que assim tem uma seção conformada em π, como mostrado em linhas tracejadas.

[0080] A plataforma 30 é projetada para ser montada no interstício entre duas pás de ventoinha, na vizinhança de suas raízes, de forma a definir o interior de uma passagem de entrada de ar anular através da ventoinha, passagem esta que é definida no exterior por uma carcaça de ventoinha. A plataforma 30 é usinada para suas dimensões finais depois de a pré-forma de fibra ter sido densificada.

[0081] Pré-formas de fibra obtidas a partir de estruturas de fibra apresentando uma ou mais zonas não interligadas e de acordo com a invenção podem ser usadas para fabricar outras partes de material compósito de aeromotores.

[0082] Assim, a Figura 14 é uma vista altamente esquemática de um plano de trama de uma estrutura de fibra tecida em 3D 90, que difere da estrutura de fibra 10 da Figura 1 em particular pelo fato de que as porções 14 e 16 são separadas entre si ao longo de duas zonas não interligadas 16 e 16', que se estendem a partir de bordas opostas 10c e 10d da estrutura de fibra 90 para as respectivas extremidades de zona não interligada 16 e 16'a.

[0083] Os trajetos dos fios de trama sobrecruzam as zonas de transição 18 e 18' que se estendem a partir das extremidades 16a e 16'a das zonas não interligadas 16 e 16'. As zonas de transição 18 e 18' podem ser similares à zona de transição 18 da estrutura de fibra 10 da Figura 1. Em uma variante, é possível adotar zonas de transição que são análogas às zonas de transição das estruturas de fibra 40 e 60 das Figuras 5 e 8.

[0084] Uma pré-forma de fibra 99 de seção substancialmente conformada em I (ou seção conformada em H) é obtida (Figura 15) por dobramento das frações 12a e 14a das porções 12 e 14 ao lado da zona não interligada 16 e as frações 12'a e 14'a das porções 12 e 14 ao lado da zona não interligada 16'.

[0085] A Figura 16 é uma vista altamente esquemática de uma palheta de guia de saída (OGV) 100, de material compósito, de um motor de turbina de aviação, como pode ser obtida por densificação de uma pré-forma de fibra de seção que é substancialmente conformada em I ou que é substancialmente conformada em H. As fibras são preferivelmente fibras de carbono e a matriz é preferivelmente uma matriz de polímero.

[0086] A palheta de guia de saída 100 compreende um perfil aerodinâmico 102 preso em suas extremidades a uma pré-forma externa 104 e a uma plataforma interna 106, a palheta 100 sendo para a montagem em uma passagem de fluxo secundária de um motor de turbina de aviação de derivação, a jusante da ventoinha. A palheta de guia de saída 100 apresenta uma seção que é substancialmente conformada em I (ou em H), como mostrado em linhas tracejadas na Figura 16.

[0087] A fim de fabricar uma tal palheta de guia de saída 100, é possível usar uma pré-forma de fibra similar àquela mostrada na Figura 15 com cortes formados de modo a reproduzir as dimensões do perfil aerodinâmico e das plataformas quando desenvolvidas planas.

[0088] A Figura 17 é uma vista altamente esquemática de um plano de trama de uma estrutura de fibra alisada em 3D 110, que difere da estrutura de fibra 10 da Figura 1 pelo fato de que as porções 12 e 14 são separadas entre si por uma zona não interligada 16, que se estende sobre a maior parte da dimensão da estrutura de fibra 110 na direção de trama, a partir de uma borda 10c e se estendendo para uma extremidade de zona não interligada 16a.

[0089] Os trajetos dos fios de trama sobrecruzam a zona de transição 18 que se estende a partir da extremidade 16a da zona não interligada 16. A zona de transição 18 da estrutura de fibra 110 pode ser similar à zona de transição da estrutura de fibra 10 da Figura 1. Em uma variante, é possível adotar uma zona de transição similar àquela da estrutura de fibra 40 da Figura 5 ou da estrutura de fibra 60 da Figura 8.

[0090] Uma pré-forma de fibra 119 de seção conformada substancialmente em V é obtida (Figura 18) por alargamento das frações 12a e 14a das porções 12 e 14 que são adjacentes à zona não interligada 16.

[0091] A Figura 19 é uma vista altamente esquemática de uma pá de propulsor oca 120 de um aeromotor, do tipo que pode ser obtida por densificação de uma pré- forma de fibra de seção que é substancialmente conformada em V. As fibras são preferivelmente fibras de carbono e a matriz é preferivelmente uma matriz de polímero.

[0092] A pá de propulsor 120 apresenta uma porção sólida ao longo de sua borda dianteira 122 e em sua ponta 124, esta porção sólida sendo estendida por uma porção oca proporcionando um perfil de seção conformada substancialmente em V, como mostrado pela Figura 19.

[0093] A pá de propulsor 120 pode ser obtida por densificação de uma pré-forma derivada de uma estrutura de fibra com não interligação similar àquela da Figura 17. Durante a tecelagem da estrutura de fibra, os locais das zonas de transição em planos sucessivos são selecionados de forma a concordar com o perfil da pá de propulsor.

[0094] Nas várias modalidades acima descritas, fios de trama situados em um lado de uma zona não interligada e fios de trama situados no outro lado da zona não interligada sobrecruzam a porção da estrutura de fibra além da extremidade da zona não interligada por passagem atravessante camadas de fios de urdume, com os cruzamentos superiores sendo espalhados na direção de trama sobre a zona de transição que se estende sobre uma distância que é maior do que o passo entre as colunas de fios de urdume, tipicamente sobre uma distância de vários passos, a zona de transição cobrindo todos desses cruzamentos superiores possivelmente ela própria sendo feita de uma pluralidade de zonas de transição individuais. Os fios de trama que sobrecruzam a zona de transição preferivelmente pertencem às frações da estrutura de fibra que são adjacentes a uma zona não interligada, os fios de trama situados na fração da estrutura de fibra adjacente a uma superfície externa possivelmente não sendo envolvido pelo processo de passagem através das camadas de fios de urdume e cruzando outros fios de trama.

[0095] Finalmente, deve ser observado que, nas modalidades descritas, os termos "trama" e "urdume" poderiam ser trocados.

Claims

1. Estrutura de fibra tecida como uma única peça por tecelagem tridimensional, a estrutura de fibra caracterizadapelo fato de que tem primeira e segunda superfícies opostas e compreende: uma primeira porção incluindo uma pluralidade de camadas de fios de urdume e formando uma primeira porção da espessura da estrutura de fibra entre a primeira e segunda superfícies opostas; uma segunda porção incluindo uma pluralidade de camadas de fios de urdume e formando uma segunda porção da espessura da estrutura de fibra, os fios de urdume sendo arranjados em colunas, cada uma das quais incluindo fios de urdume da primeira porção e da segunda porção; e em cada plano da estrutura de fibra, um conjunto de fios de trama interligando as camadas de fios de urdume da primeira porção e as camadas de fios de urdume da segunda porção enquanto deixando pelo menos uma zona não interligada separando as primeira e segunda porções sobre uma porção da dimensão da estrutura de fibra na direção de trama de uma primeira borda da estrutura de fibra para uma extremidade da zona não interligada, em que: pelo menos dois primeiros fios de trama interligam camadas de fios de urdume da primeira porção da estrutura de fibra adjacente à zona não interligada e camadas de fios de urdume da segunda porção da estrutura de fibra além da zona não interligada; e pelo menos dois segundos fios de urdume interligam camadas de fios de trama da segunda porção da estrutura de fibra adjacente à zona não interligada e camadas de fios de urdume da primeira porção da estrutura de fibra além da zona não interligada; trajetos do(s) primeiro(s) fio(s) de trama e trajetos do(s) segundo(s) fio(s) de trama se cruzam em uma zona de transição em uma passagem única se estendendo na estrutura de fibra na direção de trama a partir da extremidade da zona não interligada; e a zona de transição se estende na direção de trama sobre uma distância que é maior do que um passo entre colunas de urdume adjacentes, pelo menos um fio de urdume na zona de transição é livre de interligar com os primeiros fios de trama e é livre de interligar com os segundos fios de trama; os primeiros fios de trama interligam as camadas de fios de urdume da segunda porção imediatamente após atravessar a zona de transição na direção de trama, cada fio de trama dos primeiros fios de trama interligando-se com uma camada única respectiva dos fios de urdume da segunda porção entre uma seção da segunda porção adjacente a uma extremidade da zona de transição através da qual os primeiros fios de trama se cruzam e uma segunda borda da estrutura de fibra na direção da trama, de modo que os primeiros fios de trama se estendam apenas na direção de trama entre a primeira e segunda superfícies opostas, e os segundos fios de trama interligam as camadas de fios de urdume da primeira porção imediatamente após atravessar a zona de transição na direção de trama, cada fio de trama dos segundos fios de trama interligando-se com uma camada única respectiva dos fios de urdume da primeira porção entre uma seção da primeira porção adjacente a uma extremidade da zona de transição através da qual os segundos fios de trama e a segunda borda da estrutura de fibra na direção de trama se cruzam, de modo que os segundos fios da trama se estendam apenas na direção de trama entre a primeira e a segunda superfícies opostas.

2. Estrutura de fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma pluralidade de primeiros fios de trama e uma pluralidade de segundos fios de trama seguem trajetos similares entre as extremidades na direção de trama da zona de transição (18; 28).

3. Estrutura de fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma pluralidade de primeiros fios de trama e uma pluralidade de segundos fios de trama seguem trajetos similares que são mutuamente deslocados na direção de trama na zona de transição (18; 28).

4. Estrutura de fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que camadas externas de fios de urdume adjacentes às primeira e segunda superfícies opostas da estrutura de fibra são tecidas com os mesmos fios de trama se estendendo continuamente sobre uma dimensão inteira da estrutura de fibra na direção de trama.

5. Estrutura de fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, em pelo menos uma das primeira e segunda porções da estrutura de fibra, os fios de urdume das camadas externas de fios de urdume adjacentes à superfície da estrutura de fibra são tecidos com os mesmos fios de trama tendo trajetos que se cruzam em um local correspondente substancialmente àquele da zona de transição.

6. Estrutura de fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos duas zonas não interligadas (16, 16'; 26, 26') separando as primeira e segunda porções sobre uma porção da dimensão da estrutura de fibra (20; 50; 70; 90) na direção de trama a partir de bordas opostas da estrutura de fibra tanto quanto às respectivas extremidades das zonas não interligadas.