BR112016009018B1

BR112016009018B1 - Pré-forma de fibra para uma palheta oca de motor de turbina, palheta oca, motor de turbina, e, método para fabricar uma palheta oca

Info

Publication number: BR112016009018B1
Application number: BR112016009018-7A
Authority: BR
Inventors: Michael PODGORSKI; Bruno Jacques Gerard Dambrine; Son Le Hong; Dominique Marie Christian Coupe; Ludovic Edmond Camille Molliex; Jonathan Goering
Original assignee: Snecma; Safran
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2022-02-01
Also published as: CN105682903A; EP3060384B1; JP6374499B2; WO2015059409A1; RU2016119625A3; RU2016119631A; WO2015061024A1; BR112016009018A2; EP3060384A1; EP3060383B1; RU2661582C2; RU2016119625A; US10240466B2; CN105934333A; RU2016119631A3; CA2926643A1; FR3012064B1; JP2016540147A; JP2017501324A; FR3012064A1

Abstract

pré-forma de fibra para uma palheta oca de motor de turbina, palheta oca, motor de turbina, e, método para fabricar uma palheta oca. uma pré-forma de fibra para uma palheta oca de motor de turbina, a pré-forma compreendendo uma estrutura de fibra principal obtida por tecelagem tridimensional e incluindo, pelo menos uma parte principal (41), em que a parte principal (41) se estende a partir de uma primeira tira de ligação (44p), inclui uma primeira porção longitudinal principal (46) apropriada para formar essencialmente uma parede lateral de pressão de um perfil aerodinâmico, então inclui uma porção de dobra em forma de curva em u (45) apropriada para formar essencialmente uma borda dianteira ou uma borda traseira do perfil aerodinâmico, então inclui uma segunda porção longitudinal principal (47) virada para a primeira porção longitudinal principal (46) e apropriada para formar essencialmente uma parede lateral de sucção do perfil aerodinâmico, e terminando em uma segunda tira de ligação (44q), em que a primeira e segunda tiras de ligação (44p, 44q) são presas uma à outra e formam uma porção de ligação (44) da estrutura de fibra principal, e em que as porções longitudinais principais (46, 47) são espaçadas de maneira a formar um interstício entre ditas porções longitudinais principais (46, 47) apropriada para formar uma cavidade no perfil aerodinâmico.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente descrição se refere a uma pré-forma de fibra para uma palheta oca de motor de turbina, a uma tal palheta oca, e também a um método para fabricar uma tal palheta oca. A invenção também se refere a um motor de turbina e a uma aeronave incluindo uma tal palheta oca.

[002] Uma tal pré-forma pode ser usada para fabricar uma palheta oca, por exemplo, uma palheta traseira de turbina, ou uma palheta para algum outro módulo em um motor de turbina.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[003] Por causa dos altos custos de combustível, uma grande quantidade de trabalho está atualmente sendo feito para reduzir o consumo de combustível de turbojatos de aeronave. Um fator importante que tem uma influência sobre seu consumo de combustível é o peso da aeronave e de seu equipamento, equipamento este que inclui os turbojatos propriamente ditos.

[004] Assim, por vários anos, novos materiais apareceram em turbojatos de aeronave e têm permitido que significantes reduções de peso sejam obtidas. Isto se aplica em particular a materiais compósitos que provêm boa resistência mecânica e baixo peso em comparação com os materiais de metal que foram convencionalmente usados: novas gerações de turbojatos têm assim um grande número de partes feitas de tais materiais compósitos.

[005] Outra proposta para obter reduções de peso procura simplificar os formatos de certas partes ou eliminar certos elementos que são supérfluos. Em particular, é possível tornar ocas certas partes que convencionalmente eram sólidas no passado. Isto se aplica em particular a certas palhetas, em particular palhetas traseiras de turbina, que são ocas nas novas gerações de motores de turbina. Isto torna possível em particular selecionar materiais que são melhores em resistir às altas temperaturas que existem na turbina, mesmo se eles forem um pouco mais pesados do que os materiais convencionais, mas sem conduzir a um aumento em peso. Em adição, uma tal palheta oca pode ser usada como uma passagem para serviços ou ar de resfriamento.

[006] Sob tais circunstâncias, deve ser teoricamente possível combinar as vantagens providas por ambos os métodos para reduzir o peso por produzir tais palhetas ocas de materiais compósitos. Não obstante, os métodos para fabricar partes ocas a partir de materiais compósitos são menores em número, complexos, e não muito satisfatórios.

[007] Em particular, um método conhecido consiste em tecer uma pluralidade de tecidos bidimensionais, em conformá-los por empilhamento dos mesmos, e então em ligá-los conjuntamente por cosinterização. Não obstante, este método requer que um grande número de tecidos seja tecido, leva a dificuldades durante a conformação da junção dos tecidos nas pilhas, e leva a partes que apresentam fraquezas estruturais causadas por sua estrutura laminada.

[008] Por conseguinte, existe uma necessidade real de uma pré- forma de fibra para uma palheta oca de motor de turbina, de uma tal palheta oca, e também de um método para fabricar uma tal palheta oca, enquanto são evitadas, pelo menos, em parte, as desvantagens inerentes aos métodos conhecidos, acima mencionados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A presente descrição provê uma pré-forma de fibra para uma palheta oca de motor de turbina, a pré-forma compreendendo uma estrutura de fibra principal obtida por tecelagem tridimensional e incluindo, pelo menos uma parte principal, em que a parte principal se estende a partir de uma primeira tira de ligação, inclui uma primeira porção longitudinal principal apropriada para formar essencialmente uma parede lateral de pressão de um perfil aerodinâmico, então inclui uma porção de dobra em forma de curva em U apropriada para formar essencialmente uma borda dianteira ou uma borda traseira do perfil aerodinâmico, então inclui uma segunda porção longitudinal principal virada para a primeira porção longitudinal principal e apropriada para formar essencialmente uma parede lateral de sucção do perfil aerodinâmico, e terminando em uma segunda tira de ligação, em que a primeira e segunda tiras de ligação são presas uma à outra e formam uma porção de ligação da parte principal, e em que as porções longitudinais principais são espaçadas de maneira a formar um interstício entre ditas porções longitudinais principais, apropriado para formar uma cavidade no perfil aerodinâmico.

[0010] Por meio dessa pré-forma, é possível obter uma palheta oca que é particularmente leve por causa de sua cavidade e porque ela é feita de material compósito.

[0011] Em adição, por causa dessa tecelagem tridimensional, uma tal palheta oca possui uma estrutura de uma única peça que apresenta propriedades mecânicas muito boas. Uma tal parte é também de anisotropia reduzida, proporcionando assim grande resistência mecânica à mesma, independentemente da direção na qual os esforços são exercidos. Em particular, sua rede tridimensional de fibras permite que ela resista a forças de cisalhamento sem qualquer risco de delaminação, diferentemente de pilhas cosinterizadas de tecidos, por exemplo.

[0012] Por meio dessa pré-forma, o método para fabricar tais palhetas ocas é também simplificado. O método pode incluir somente uma etapa de tecelagem que é realizada usando um tear de lançadeira tridimensional, que é atualmente bem conhecido neste campo, reduzindo assim o custo global e o tempo necessário para fabricar uma tal palheta oca. Onde apropriado, ele também torna possível, durante esta única etapa de tecelagem, incorporar outros elementos de um conjunto de palhetas na pré-forma, tais como plataformas ou flanges de fixação, que são então formados à maneira de uma peça com a palheta oca.

[0013] Em adição, a pré-forma apresenta um formato que é muito próximo àquele da palheta final, reduzindo assim a quantia de usinagem necessária para obter a parte final. Em particular, com uma tal pré-forma, é possível obter o formato final ou quase que final para a borda dianteira, como a partir da etapa de tecer, limitando assim o recurso à usinagem somente para a porção de ligação que corresponde aa borda traseira. Além disso, isto proporciona boas propriedades mecânicas nesta zona, em particular por evitar quaisquer singularidades. Especificamente, deve ser observado que a zona da borda dianteira está usualmente sob maior esforço do que a zona da borda traseira.

[0014] É naturalmente também possível imaginar uma pré-forma em que a porção de dobra forma o formato final ou quase que final da borda traseira, com usinagem sendo usada somente para a borda dianteira.

[0015] As tiras de ligação preferentemente se estendem todas ao longo das bordas a montante de suas respectivas porções longitudinais principais.

[0016] Na presente descrição, os termos "longitudinal", "transversal", "inferior", "superior", e derivados dos mesmos, são definidos em relação à direção principal das palhetas; em adição, quando se faz referência à pré- forma, eles são definidos em relação à pré-forma conformada; os termos "axial", "radial", "tangencial", "interno", "externo", e seus derivados são definidos em relação ao eixo principal do motor de turbina; e finalmente, os termos "a montante" e "a jusante", quando eles se referirem à pré-forma, são definidos em relação à direção na qual a pré-forma é tecida.

[0017] Em certas modalidades, a primeira e segunda tiras de ligação são tecidas conjuntamente de maneira interligada. Desta maneira, a pré-forma, e assim a palheta oca resultante, beneficia-se de uma rede tridimensional de fibras que aderem umas às outras, incluindo na porção de ligação: isto torna possível melhorar a resistência mecânica da porção de ligação e assim da borda dianteira ou borda traseira da palheta resultante. Em adição, uma pré- forma é assim obtida como uma peça única a partir da etapa de tecer.

[0018] Em certas modalidades, a porção de dobra em forma de curva em U é apropriada essencialmente para formar uma borda dianteira. O perfil de uma borda dianteira apresenta um raio de curvatura que é relativamente grande e que é fácil de obter com um tear de lançadeira.

[0019] Em certas modalidades, as camadas são cruzadas na primeira e segunda tiras de ligação. Isto melhora ainda a coesão da porção de ligação.

[0020] Em outras modalidades, a primeira e segunda tiras de ligação são tecidas de maneira não interligada e elas são costuradas conjuntamente.

[0021] Em outras modalidades, a primeira e segunda tiras de ligação são tecidas de maneira não interligada e elas são ligadas conjuntamente por cosinterização.

[0022] Em certas modalidades, a pré-forma inclui uma segunda estrutura de fibra obtida por tecelagem e configurada para ser ajustada ou provida em uma borda da estrutura de fibra principal. Isto é útil em particular quando a porção da pré-forma está situada a jusante a partir da zona onde a lançadeira do tear realiza um movimento de dobra em U e a porção pode, por conseguinte, não ser tecida conjuntamente com o restante da pré-forma durante a mesma etapa de tecer. Isto se aplica em particular a qualquer porção situada a jusante a partir da porção de dobra da parte principal da estrutura de fibra principal e destinada, por exemplo, para formar partes de plataformas ou de flanges de fixação.

[0023] Em certas modalidades, a segunda estrutura de fibra é obtida por tecelagem tridimensional.

[0024] Em outras modalidades, a segunda estrutura de fibra tem uma ou mais dobras bidimensionais.

[0025] Em certas modalidades, uma segunda estrutura de fibra é ajustada ou provida em uma borda da estrutura de fibra principal por costura.

[0026] Em certas modalidades, uma segunda estrutura de fibra é ajustada ou provida em uma borda da estrutura de fibra principal por cosinterização.

[0027] Em certas modalidades, uma segunda estrutura de fibra é ajustada ou provida em uma borda da estrutura de fibra principal por coinjeção de uma matriz.

[0028] Em certas modalidades, pelo menos uma das estruturas de fibra compreende, pelo menos, uma porção radial que se estende a partir da borda inferior ou superior de uma das porções longitudinais principais da parte principal e apropriada para formar uma plataforma ou um flange de fixação. Como mencionado acima, isto torna possível produzir uma plataforma ou um flange de fixação à maneira de uma peça, e realizar isto durante a mesma etapa que é usada para produzir a palheta oca. A resistência mecânica do conjunto, e em particular da interface entre a palheta e a plataforma ou o flange, é assim melhorada. Em adição, isto torna possível reduzir o número de partes que são necessárias, em particular fixadores, reduzindo assim o peso e o custo do conjunto.

[0029] Em certas modalidades, dita porção radial se estende totalmente ao longo de dita borda inferior ou superior de dita porção longitudinal principal.

[0030] Em certas modalidades, pelo menos uma das estruturas de fibra inclui ainda, pelo menos, uma porção longitudinal secundária que se estende a partir de uma borda de dita porção radial e apropriada para formar um flange de fixação.

[0031] Em certas modalidades, pelo menos uma das estruturas de fibra inclui uma porção sobreposta que, quando a estrutura de fibra é plana, é situada a montante de, pelo menos, parte da porção de ligação da parte principal, um interstício sendo deixado entre dita porção sobreposta e a porção de ligação. Este interstício pode ser cortado nas estruturas de fibra quando elas são obtidas no final da tecelagem. Isto torna possível produzir uma porção de plataforma ou uma porção de flange que se projeta além do plano de corda da palheta oca. É assim também possível produzir zonas sobrepostas em que várias folhas de estruturas de fibra, uma vez conformadas, se sobrepõem umas às outras, provendo assim melhor coesão e melhor resistência para a plataforma completa ou o flange de fixação completo, como finalmente obtido.

[0032] Em certas modalidades, a porção de ligação da parte principal possui menor largura em sua base e/ou em sua parte superior do que em seu centro. A menor largura na base ou a parte superior serve para limitar a quantia de usinagem que é necessária nesta zona da parte; esta sendo sensível por causa da junção entre a borda dianteira ou a borda traseira da palheta com a plataforma. Uma largura maior é, em contraste, possível no centro entre as zonas de ligação a fim de obter alta resistência, uma vez que esta zona apresenta menos restrições.

[0033] Em certas modalidades, os fios usados para tecelagem da pré- forma são fibras de óxido de cerâmica, carbono, ou do tipo de carboneto, e preferentemente de alumina, mulita, sílica, zircônia, carboneto de silício, ou uma mistura dos mesmos. Não obstante, qualquer outro tipo de fibra poderia ser usado, por exemplo, fibras de vidro ou fibras de Kevlar.

[0034] Em certas modalidades, a tecelagem usada para a tecelagem tridimensional da pré-forma pode ser do tipo de intertravamento em 3D, em particular na porção de ligação. Não obstante, a tecelagem das superfícies externas da pré-forma pode ser essencialmente bidimensional, por exemplo, do tipo de cetim.

[0035] A presente descrição também se refere a uma palheta oca feita como uma peça única de material compósito a partir de uma pré-forma de fibra de acordo com qualquer das modalidades acima descritas, dita pré-forma sendo conformada em um molde e embutida em uma matriz.

[0036] Em certas modalidades, a palheta oca é uma palheta traseira de turbina (TRV).

[0037] Em outras modalidades, a palheta oca é uma palheta de bocal. Ela pode ser em particular uma palheta de guia de saída (OGV).

[0038] Em certas modalidades, a matriz é de óxido de cerâmica ou do tipo de carboneto. Ela é preferentemente uma matriz feita de alumina, mulita, sílica, zircônia, carboneto de silício, ou uma mistura dos mesmos. A matriz é preferentemente microporosa. Não obstante, ela pode também ser uma matriz cerâmica à base de boreto ou de nitreto. Ela poderia igualmente ser uma matriz orgânica, por exemplo, do tipo de epóxi.

[0039] A presente descrição também se refere a um motor de turbina, incluindo uma palheta oca de acordo com qualquer das modalidades acima.

[0040] A presente descrição também se refere a uma aeronave, incluindo um motor de turbina, como descrito acima.

[0041] Finalmente, a presente descrição provê um método para fabricar uma palheta oca, o método incluindo, pelo menos, uma etapa de tecer e cortar uma pré-forma de fibra de acordo com qualquer uma das modalidades precedentes.

[0042] O método torna possível obter uma peça em bruto que tem essencialmente o formato desejado para a parte final, possivelmente incluindo porções de plataforma ou de flange, com a exceção de uma protuberância a montante formada pela extremidade da porção de ligação da pré-forma: esta protuberância é então usinada a fim de obter a borda dianteira ou a borda traseira desejada para a parte final.

[0043] Em certas implementações, a etapa de tecer é realizada usando um tear tridimensional que tem um feixe de fios de urdidura e, pelo menos uma lançadeira apropriada para inserir um fio de trama entre os fios de urdidura; a lançadeira realiza uma sucessão de movimentos de ida e retorno partindo de uma zona de ligação, deslocando-se dentro de uma primeira zona longitudinal principal, realizando uma dobra em U em uma zona de dobra, deslocando-se dentro de uma segunda zona longitudinal principal virada para a primeira zona longitudinal principal, e retornando para a zona de ligação, sendo possível realizar cada movimento de ida e retorno em uma direção ou na direção oposta; e o(s) fio(s) de trama cooperam com os fios de urdidura para formar uma tecelagem tridimensional dentro da zona de ligação, a primeira e segunda zonas longitudinais principais, e a zona de dobra. Por uso de um tal tear de lançadeira que torna possível realizar um tal método de tecelagem que inclui dobras em U, é possível obter uma pré-forma oca que apresenta somente uma porção de ligação em uma de suas extremidades, sua outra extremidade sendo tecida diretamente com o formato desejado.

[0044] Em certas implementações, o método compreende ainda as seguintes etapas: cortar a pré-forma de fibra; dobrar e conformar a pré-forma de fibra em um molde possuindo o formato da desejada peça em bruto; colocar um inserto no interstício entre as duas porções longitudinais principais; injetar e deixar solidificar, preferentemente por secagem, a matriz em torno da pré-forma de fibra a fim de obter a peça em bruto; remover o inserto, sinterização, e usinar a parte de ligação da peça em bruto que corresponde à porção de ligação da pré-forma de fibra a fim de obter uma borda dianteira ou traseira da parte final.

[0045] Em certas implementações, a palheta oca é obtida a partir da pré-forma usando um método do tipo de moldagem de compósito líquido (LCM), como é conhecido na técnica. O líquido que é injetado é assim ou polímeros pré-cerâmicos, possivelmente cheios com pó, ou sol-géis, também possivelmente cheios com pó, ou então suspensões, preferentemente uma mistura de um pó, um ligante orgânico, e um solvente.

[0046] Em outras implementações, a palheta oca é obtida a partir de uma pré-forma usando um método do tipo de Polyflex. Em um tal método, uma pré-forma de fibra é colocada em posição na ferramenta que tem uma superfície com o perfil desejado para o produto acabado. A pré-forma é então coberta por uma membrana impermeável flexível e a matriz é injetada entre a membrana e a pré-forma. No outro lado da membrana, pressão isostática é exercida contra a membrana por um fluido. O fluido força a resina entre as fibras e mantém a pressão durante o estágio enquanto a matriz está secando.

[0047] Em outras implementações, quando a pré-forma inclui uma segunda estrutura de fibra que não é presa com a estrutura de fibra principal antes da injeção e solidificação, a segunda estrutura de fibra é posicionada com a estrutura de fibra principal no mesmo molde, e a palheta oca é obtida a partir da pré-forma com um método do tipo de coinjeção.

[0048] Em certas implementações, a etapa de usinar a parte de ligação da peça em bruto, que corresponde à porção de ligação da pré-forma de fibra, compreende essencialmente adelgaçar dita parte de ligação para obter a borda traseira.

[0049] Em certas implementações, o método não tem uma etapa de usinar a porção de dobra da peça em bruto correspondente à porção de dobra da pré-forma.

[0050] As características e vantagens acima mencionadas, e outras, aparecem na leitura da seguinte descrição detalhada de modalidades da pré- forma proposta e de implementações do método proposto. A descrição detalhada se refere aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0051] Os desenhos anexos são esquemáticos e procuram acima de tudo ilustrar os princípios da invenção.

[0052] A figura 1 é uma vista em seção de um motor de turbina da invenção.

[0053] A figura 2 é uma vista em perspetiva de um conjunto de palhetas de guia traseiras de turbina.

[0054] A figura 3 é uma vista em seção de uma palheta oca.

[0055] A figura 4 é uma vista em perspectiva da parte principal de um primeiro exemplo de pré-forma.

[0056] A figura 5 é um diagrama mostrando o trajeto de tecelagem para essa parte principal da pré-forma.

[0057] A figura 6 mostra um trajeto de tecelagem de exemplo para esta parte principal.

[0058] A figura 7 é uma vista de uma parte da primeira pré-forma de exemplo, quando plana.

[0059] A figura 8 mostra a mesma pré-forma depois de ela ter sido conformada.

[0060] A figura 9 é uma vista de detalhe da borda traseira da pré- forma depois da conformação.

[0061] A figura 10 é uma vista em perspectiva da peça em bruto obtida a partir da pré-forma

[0062] A figura 11 é uma vista em perspetiva da palheta oca final obtida depois da usinagem da peça em bruto.

[0063] A figura 12 é uma vista de uma parte de uma segunda pré- forma de exemplo, quando plana.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES

[0064] Para tornar a invenção mais concreta, uma pré-forma de exemplo e um método de fabricação de exemplo são descritos em detalhe abaixo com referência aos desenhos anexos. Não deve ser esquecido que a invenção não é limitada a esses exemplos.

[0065] A figura 1 é uma vista de um turbojato de derivação 1 da invenção em seção em um plano vertical contendo seu eixo principal A. Desde a montante para a jusante na direção de fluxo da corrente de ar, ele compreende: uma ventoinha 2; um compressor de baixa pressão 3; um compressor de alta pressão 4; uma câmara de combustão 5; uma turbina de alta pressão 6; e uma turbina de baixa pressão 7. Em sua extremidade a jusante, ela também inclui um conjunto 10 de palhetas de guia traseiras de turbina, que é inserido na passagem de ar primária na saída da turbina de baixa pressão 7.

[0066] A figura 2 é uma vista em perspetiva de um tal conjunto 10 de palhetas de guia traseiras de turbina. Este conjunto compreende um cubo interno 11 e uma cobertura protetora externa 12, que são radialmente conectados conjuntamente por palhetas de guia 20, comumente referidas como TRVs.

[0067] A figura 11 é uma vista em perspetiva de uma palheta de exemplo 20 da presente invenção, especificamente uma TRV. Uma tal palheta compreende um perfil aerodinâmico 21, uma plataforma inferior 22, uma plataforma superior 23, e flanges de fixação inferior e superior 24 e 25. A porção de perfil aerodinâmico 21 serve principalmente para prover a função aerodinâmica da palheta 20; as plataformas 22 e 23 servem para constituir paredes interna e externa para a passagem de ar, que são lisas e aerodinâmicas; os flanges de fixação 24 e 25 servem para permitir que a palheta 20 seja fixada ao cubo interno 11 e à cobertura protetora externa 12, respectivamente.

[0068] O perfil aerodinâmico 21 de uma tal TRV 20 é mostrado em seção na figura 3. Ele compreende uma parede lateral de pressão 26 e uma parede lateral de sucção 27, que são unidas conjuntamente, em uma extremidade, por intermédio de uma borda dianteira 28 e, na extremidade oposta, por intermédio de uma borda traseira 29: essas paredes do lado de pressão e do lado de sucção 26 e 27 definem um espaço vazio interno 30 que forma uma cavidade de palheta. Neste exemplo, a cavidade de palheta 30 deve permanecer vazio a fim de reduzir o peso do conjunto de palhetas de guia. Não obstante, em outros exemplos, em particular para outros tipos de parte, uma tal cavidade de palheta poderia ser usada para a passagem de serviços ou um fluxo de ar. Deve também ser observado que a borda dianteira 28 e a borda traseira 29 servem para definir um plano de corda P.

[0069] A figura 4 é um diagrama mostrando a parte principal 41 de uma pré-forma de fibra 40, uma vez quando ela foi tecida, pré-forma esta que serve para obter uma tal palheta 20. Nessas figuras, a direção de tecelagem de trama é representada pela seta T, isto é, da direita para a esquerda nas figuras, enquanto a direção de urdidura é representada pela seta C. Não obstante, é possível imaginar configurações nas quais a tecelagem é realizada a partir da outra extremidade e na direção oposta.

[0070] Nesta modalidade, a pré-forma 40 é feita por tecelagem tridimensional de fibras de alumina em uma tecelagem de intertravamento em 3D.

[0071] Esta parte principal 41 da pré-forma 40 essencialmente compreende uma estrutura de fibra na forma de um enlace compreendendo, uma depois da outra em torno do enlace: uma porção de ligação 44, uma primeira porção longitudinal principal 46, uma porção de dobra em forma de curva em U 45, e uma segunda porção longitudinal principal 47. Pode ser assim entendido que as porções longitudinais principais 46 e 47 servem para formar as paredes lateral de pressão e lateral de sucção 26 e 27 do perfil aerodinâmico 21, que a porção de dobra em forma de curva em U 45 serve para formar a borda dianteira 28, e a porção de ligação 44 é usada para formar a borda traseira 29.

[0072] As figuras 5 e 6 servem para explicar como essa parte principal 41 da pré-forma 40 é tecida. Uma tal pré-forma pode ser tecida em um tear tridimensional tendo, pelo menos uma lançadeira puxando um fio de trama e capaz de navegar livremente entre os fios de urdidura. Em um tal enlace, a lançadeira é direcionada de modo a formar um trajeto de ida e retorno U entre uma dita zona de ligação 44a em que a porção de ligação 44 é formada, e uma dita zona de dobra 45a em que a porção de dobra 45 é formada.

[0073] Assim, em cada movimento de ida e retorno, a lançadeira parte da zona de ligação 44a, passa através de uma primeira zona longitudinal principal 46a, em que a primeira porção longitudinal principal 46 é formada, então através da zona de dobra 45a onde ela realiza uma dobra em U e retorna para a zona de ligação 44a por passar através da segunda zona longitudinal principal 47a, em que a segunda porção longitudinal principal 47 é formada.

[0074] Cada movimento de ida e retorno U pode ser realizado na mesma direção ou em direções opostas, isto é, alternando entre deslocando-se no sentido dos ponteiros do relógio e deslocando-se no sentido contrário dos ponteiros do relógio.

[0075] A sucessão desses movimentos de ida e retorno U serve para formar a parte principal 41 da pré-forma 40, que tem uma dada espessura de camadas, espessura esta que é naturalmente maior na porção de ligação 44, dado que a lançadeira passa mais frequentemente através da zona de ligação 44a. Para esta finalidade, pode ser considerado que a porção de ligação 44 é feita de uma primeira tira de ligação 44p e uma segunda tira de ligação 44q que são situadas uma contra a outra e tecidas conjuntamente de maneira ligada. Não obstante, este é meramente um conceito mental, uma vez que não existe limite físico que atualmente se encontra entre essas duas tiras, a porção de ligação 44 como um todo formando uma unidade que é uniformemente interligada por uma tecelagem tridimensional.

[0076] A figura 6 mostra um exemplo de um trajeto V, que a lançadeira pode seguir a fim de produzir uma tal parte principal 41 da pré- forma 40. Neste exemplo, a lançadeira se desloca por três movimentos de ida e retorno, alternando sua direção de deslocamento em cada ocasião. Deve ser também observado que a lançadeira causa com que camadas na junção entre a porção de ligação 44 e as porções longitudinais principais 46 e 47 se cruzem. Neste exemplo, a parte principal 41 da pré-forma 40 é assim obtida tendo uma espessura de três fios de trama e uma espessura de seis camadas em sua porção de ligação 44.

[0077] Pode naturalmente ser entendido que as figuras 5 e 6 mostram o trajeto seguido pela lançadeira em um dado plano da pré-forma, todavia a pré-forma é tecida de maneira análoga no outro plano da pré-forma, de modo a formar tecelagens tridimensionais, e em particular tecelagens do tipo de intertravamento em 3D, com o posicionamento local dos fios, não obstante alteração entre cada um dos planos de tecelagem. Cada plano de tecelagem pode ter assim sua própria lançadeira, com os vários planos da pré-forma então sendo tecidos em paralelo; caso contrário, em outra configuração, uma única lançadeira tece cada plano totalmente um depois do outro.

[0078] Assim, depois de uma única etapa de tecelagem, uma parte de pré-forma principal 41 é obtida em uma peça única que tem uma tecelagem tridimensional em cada uma de suas porções, incluindo em sua porção de ligação, e que possui uma porção de dobra 45 de formato que, imediatamente depois da etapa de tecer, é apropriada para corresponder substancialmente ao formato desejado para a borda dianteira.

[0079] A figura 7 mostra parte da pré-forma 40 assentada plana depois de ser cortada. A figura 8 mostra a mesma pré-forma 40 depois de ela ter sido conformada. Nessas figuras, por razões de legibilidade, somente as folhas dianteiras da pré-forma 40, quando cortadas, são mostradas: não obstante, deve ser relembrado que a pré-forma 40 tem outras folhas que se encontram atrás das folhas que são mostradas e que possuem formatos que são substancialmente análogos.

[0080] Na pré-forma 40, pode ser vista a parte principal 41 com sua primeira porção longitudinal principal 46 entre a porção de ligação 44 e a porção de dobra 45, que se estendem respectivamente, todas, ao longo das extremidades a montante e a jusante da primeira porção longitudinal principal 46.

[0081] A pré-forma 40 também tem uma folha dianteira superior 48s e uma folha dianteira inferior 48i que são tecidas independentemente e que são providas respectivamente na borda superior e na borda inferior da parte principal 41, essencialmente por intermédio da primeira porção longitudinal principal 46. Neste exemplo, essas estruturas de fibra secundárias 48s e 48i são presas à parte principal 41 por costura. Seria também possível colocar essas folhas em um molde e prendê-las à parte principal por coinjecção, seguida por sinterização.

[0082] A folha dianteira inferior 48i tem uma porção 52 referida como a porção radial inferior que se estende a partir de a borda inferior da porção longitudinal principal 46 para a borda inferior da pré-forma 40. Esta porção radial inferior 52 também tem uma porção sobreposta à montante 52m que vai em torno e se estende em parte a montante da porção de ligação 44. A porção radial inferior 52 também tem uma porção sobreposta a jusante 52v que passa em torno e se estende em parte a jusante a partir da porção de dobra 45.

[0083] Enquanto a pré-forma 40 está sendo conformada, essa porção radial 52 é dobrada para uma posição radial de modo a formar a porção do lado de pressão da plataforma inferior 22.

[0084] Essa porção radial 52 é também estendida, a montante, por uma porção longitudinal secundária a montante 54m e, a jusante, por uma porção longitudinal secundária a jusante 54v. Essas porções são apropriadas para serem dobradas longitudinalmente de modo a formar os flanges de fixação inferiores 24.

[0085] De maneira análoga, a folha dianteira superior 48s tem uma porção 53, referida como a porção radial superior que se estende a partir da borda superior da porção longitudinal principal 46 para a borda superior da pré-forma 40. Essa porção radial superior 53 tem porções sobrepostas a montante e a jusante 53m e 53v. Essa porção radial superior 53 é apropriada para ser dobrada para uma posição radial de modo a formar a parte do lado de pressão da plataforma superior 23.

[0086] Essa porção radial superior 53 é também estendida, a jusante, por uma sucessão de porções intermediárias 59 conduzindo a uma porção longitudinal secundária a jusante 55v, e, a montante, por uma porção longitudinal secundária a montante 55m. Essas porções são apropriadas para serem dobradas longitudinalmente de modo a formar os flanges de fixação superiores 25.

[0087] A pré-forma 40 pode ser umedecida a fim de amaciar a mesma e tornar mais fácil mover as fibras para fora de alinhamento. Ela é então inserida para dentro de um molde de conformação tendo seu espaço interno coincidindo com o formato desejado para a pré-forma 40.

[0088] A conformação da borda traseira da pré-forma 40 é descrita em maior detalhe com referência à figura 9. Esta figura mostra, em superposição, o formato da pré-forma 40 em linhas tracejadas e o formato da parte final 20 em linhas cheias. Durante a conformação, as porções longitudinais principais 46 e 47 são espaçadas uma da outra de forma a deixar um interstício 50. Um inserto é então inserido no interstício 50, de modo que a matriz não encha o mesmo durante a injeção e a solidificação, tornando assim possível obter a cavidade ou espaço oco 30 no perfil aerodinâmico.

[0089] Na borda traseira 29, as porções longitudinais principais 46 e 47 convergem de maneira regular na direção para a porção de ligação 44. A conformação é realizada de uma tal maneira que a borda traseira 29 da parte final 20 encontra-se no plano central 44' da porção de ligação 44.

[0090] Uma vez quando a conformação foi realizada com a ajuda do molde de conformação, a pré-forma 40 é secada, de forma que ela enrijece, mantendo-a assim no formato imposto durante a conformação. A pré-forma 40 é então colocada em um molde de injeção tendo as dimensões da desejada peça em bruto de palheta 60 e uma matriz é injetada dentro do molde, especificamente uma matriz de alumina porosa. A título de exemplo, uma tal injeção pode ser realizada pelo método LCM. No final desta etapa, depois da secagem e remoção do inserto, uma peça em bruto de palheta 60 é obtida, que é feita de material compósito compreendendo uma pré-forma 40 tecida usando fibras de alumina e embutida em uma matriz de alumina.

[0091] Na figura 10, pode ser visto que a peça em bruto de palheta 60 já tem a borda dianteira 28, as plataformas 22 e 23, e os flanges de fixação 24 e 25, como desejado. Em contraste, o perfil aerodinâmico 61 da peça em bruto 60 possui uma protuberância 64 que resulta da extremidade distal da parte de ligação derivada da porção de ligação 44. A protuberância, que é também visível na figura 9, precisa ser retirada por usinagem a fim de obter a palheta final 21. A usinagem inclui a remoção por corte da protuberância 64 e o adelgaçamento a borda traseira em qualquer lado do plano central 44' da porção de ligação 44.

[0092] A fim de facilitar a usinagem das junções entre o perfil aerodinâmico 21 e as plataformas 22 e 23 e a fim de evitar o enfraquecimento da estrutura da palheta ao realizar isto, a porção de ligação 44 possui pequena largura, igual a aproximadamente 5 milímetros (mm) em sua parte superior e extremidades inferiores; no centro do perfil aerodinâmico 21, sua largura é maior, sendo igual a aproximadamente 10 mm.

[0093] Outras etapas de acabamento, em particular as etapas de usinagem, podem possivelmente ser usadas, em adição, a fim de realizar o acabamento da palheta 20.

[0094] A figura 12 mostra outra pré-forma de exemplo 140, na qual grandes porções das folhas dianteiras superior e inferior 48s e 48i do exemplo acima descrito são tecidas simultaneamente com a parte principal 141 da pré- forma durante uma etapa de tecelagem em comum.

[0095] A necessidade de causar com que a lançadeira realize uma dobra em U na zona de dobra a fim de constituir um formato apropriado para a borda dianteira durante a etapa de tecer significa que não é possível, durante a mesma etapa, tecer porções da pré-forma que estão localizadas estritamente a jusante da zona de dobra. Não obstante, acima e embaixo desta zona de dobra, a lançadeira é livre para realizar sua dobra em U ainda mais a jusante a fim de tecer uma maior porção das folhas superior e inferior durante a mesma etapa.

[0096] Assim, nesse segundo exemplo, a etapa de tecer principal termina formando uma estrutura de fibra principal como uma peça única compreendendo uma parte principal 141 com sua primeira e segunda porções longitudinais principais 146 entre a porção de ligação 144 e a porção de dobra 145, a porção radial inferior 152, a porção radial superior 153, e porções longitudinais secundárias a montante 154m e 155m, que são análogas às porções dos mesmos tipos no primeiro exemplo.

[0097] A estrutura de fibra principal da pré-forma 140 também tem porções a jusante inferior e superior 157i e 157s, que se estendem a jusante da porção de dobra 145, respectivamente a jusante e acima da mesma. Deve ser lembrado que somente as folhas dianteiras são mostradas na figura 12, mas deve ser observado que as folhas traseiras poderiam incluir igualmente tais porções, em cujo caso a lançadeira pode, por exemplo, tecer as porções dianteiras em seu trajeto de ida e as porções traseiras em seu trajeto de retorno.

[0098] As folhas a jusante inferior e superior 158i e 158s são também tecidas separadamente e presas, por costura, às bordas superiores das porções a jusante inferiores 157i e às bordas inferiores das porções a jusante superiores157s, respectivamente. Por causa dessas estruturas de fibra acrescentadas, a pré-forma 140 tem porções longitudinais secundárias a jusante 154v e 155v que são análogas àquelas no primeiro exemplo.

[0099] Deve também ser observado que a estrutura de fibra principal da pré-forma 140 também inclui porções sobrepostas a montante 152m e 153m, que vão em torno da porção de ligação 144, respectivamente, a partir de baixo e a partir de cima, e que se estendem, em parte, a montante da mesma, com um interstício 149 que é cortado na estrutura de fibra, separando essas porções sobrepostas 152m e 153m a partir da porção de ligação 144. O corte que forma o interstício 149 pode ser realizado em particular por um jato de água sob pressão ou por um feixe de laser.

[00100] As modalidades ou implementações descritas na presente descrição são dadas a título de ilustração não limitativa, sendo fácil para uma pessoa especializada na arte modificar essas modalidades e implementações ou contemplar outras à luz desta descrição, e enquanto permanecem dentro do âmbito da invenção.

[00101] Além disso, as várias características dessas modalidades ou implementações podem ser usadas por si próprias ou em combinação uma com a outra. Quando elas são combinadas, essas características podem ser combinadas, como descrito acima, ou de outras maneiras, a invenção não sendo limitada às combinações específicas descritas na presente descrição. Em particular, a menos que especificado ao contrário, uma característica descrita com referência a uma modalidade ou implementação particular pode ser aplicada de maneira análoga a alguma outra modalidade ou implementação.

Claims

1. Pré-forma de fibra (40) para uma palheta oca de motor de turbina, a pré-forma caracterizada pelo fato de que compreende uma estrutura de fibra principal obtida por tecelagem tridimensional e incluindo, pelo menos uma parte principal (41); em que a parte principal (41) se estende a partir de uma primeira tira de ligação (44p), inclui uma primeira porção longitudinal principal (46) apropriada para formar essencialmente uma parede lateral de pressão (26) de um perfil aerodinâmico (21), então inclui uma porção de dobra em forma de curva em U (45), apropriada para formar essencialmente uma borda dianteira (28) ou uma borda traseira (29) do perfil aerodinâmico, então inclui uma segunda porção longitudinal principal (47) virada para a primeira porção longitudinal principal (46) e apropriada para formar essencialmente uma parede lateral de sucção (27) do perfil aerodinâmico (21), e terminando em uma segunda tira de ligação (44q); em que a primeira e segunda tiras de ligação (44p, 44q) são presas uma à outra e formam uma porção de ligação (44) da estrutura de fibra principal; em que a espessura da pré-forma de fibra (40) é maior na porção de ligação (44); em que as porções longitudinais principais (46, 47) são espaçadas de maneira a formar um interstício (50) entre ditas porções longitudinais principais (46, 47) apropriada para formar uma cavidade (30) no perfil aerodinâmico; e em que, pelo menos uma das estruturas de fibra (48i) compreende, pelo menos, uma porção radial (52) que se estende a partir da borda inferior ou superior de uma das porções longitudinais principais (46) da parte principal (41) e apropriada para formar uma plataforma (22) ou um flange de fixação.

2. Pré-forma de fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira e segunda tiras de ligação (44p, 44q) são tecidas conjuntamente de maneira interligada.

3. Pré-forma de fibra de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que inclui ainda uma segunda estrutura de fibra (48i) obtida por tecelagem e configurada para ser ajustada ou provida em uma borda da estrutura de fibra principal (41).

4. Pré-forma de fibra de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que, pelo menos uma das estruturas de fibra inclui uma porção sobreposta (152m) que, quando a estrutura de fibra é plana, é situada a montante de, pelo menos, parte da porção de ligação (144) da parte principal (141), um interstício (149) sendo deixado entre ta porção sobreposta (152m) e a porção de ligação (144).

5. Pré-forma de fibra de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a porção de ligação (44) da parte principal (41) possui menor largura em sua base e/ou em sua parte superior do que em seu centro.

6. Palheta oca, em particular do tipo de palheta traseira de turbina, caracterizada pelo fato de que é feita como uma peça única de material compósito a partir de uma pré-forma de fibra (40) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, a pré-forma (40) sendo conformada em um molde e embutida em uma matriz.

7. Palheta oca de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a pré-forma de fibra (40) é feita com fibras de óxido de cerâmica, carbono, ou do tipo de carboneto.

8. Palheta oca de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a matriz é de óxido de cerâmica, carboneto, ou do tipo de nitreto, ou é orgânica do tipo de epóxi.

9. Motor de turbina, caracterizado pelo fato de que inclui uma palheta oca (20) como definida em qualquer uma das reivindicações 6 a 8.

10. Método para fabricar uma palheta oca, caracterizado pelo fato de que o método inclui pelo menos uma etapa de tecer uma pré-forma de fibra (40) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5; em que a etapa de tecer é realizada usando um tear tridimensional que tem um feixe de fios de urdidura e, pelo menos uma lançadeira apropriada para inserir um fio de trama entre os fios de urdidura; em que a lançadeira realiza uma sucessão de movimentos de ida e retorno (U) partindo de uma zona de ligação (44a), deslocando-se dentro de uma primeira zona longitudinal principal (46a), realizando uma dobra em U em uma zona de dobra (45a), deslocando-se dentro de uma segunda zona longitudinal principal (47a) virada para a primeira zona longitudinal principal (46a), e retornando para a zona de ligação (44a), sendo possível realizar cada movimento de ida e retorno (U) nesta direção ou na direção oposta; e em que o(s) fio(s) de trama cooperam com os fios de urdidura para formar uma tecelagem tridimensional dentro da zona de ligação (44a), da primeira e segunda zonas longitudinais principais (46a, 47a), e da zona de dobra (45a).

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as seguintes etapas: cortar a pré-forma de fibra (40); dobrar e conformar a pré-forma de fibra (40) em um molde possuindo o formato da desejada peça em bruto (60); colocar um inserto no interstício (50) entre as duas porções longitudinais principais (46, 47); injetar e solidificar a matriz em torno da pré-forma de fibra (40) a fim de obter a peça em bruto (60); remover o inserto; e usinar a parte de ligação (64) da peça em bruto (60) que corresponde à porção de ligação (44) da pré-forma de fibra (40) a fim de obter uma borda dianteira ou traseira (28, 29) da parte final (20).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de usinar a parte de ligação da peça em bruto (60), que corresponde à porção de ligação (44) da pré-forma de fibra (40), compreende essencialmente adelgaçar a parte de ligação (64) para obter a borda traseira (29).