EP2009245A1 - Rotor de soufflante - Google Patents
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- EP2009245A1 EP2009245A1 EP08159121A EP08159121A EP2009245A1 EP 2009245 A1 EP2009245 A1 EP 2009245A1 EP 08159121 A EP08159121 A EP 08159121A EP 08159121 A EP08159121 A EP 08159121A EP 2009245 A1 EP2009245 A1 EP 2009245A1
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- wedge
- cell
- blade root
- rotor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
- F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
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- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3092—Protective layers between blade root and rotor disc surfaces, e.g. anti-friction layers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
- F04D29/322—Blade mountings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes
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- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
Definitions
- the invention generally relates to a turbomachine rotor more particularly a fan rotor comprising a disc provided with cells at its periphery and blades respectively attached to said rotor, each blade having a blade root engaged in a corresponding cell.
- the invention relates to an improvement to an elongate wedge which is interposed between the blade root and the bottom of the cell.
- the invention is particularly applicable to the assembly of blades made of 3D woven composite material, which are increasingly used in blowers. It relates to a wedge well adapted to this type of blade (although not exclusively), the wedge may itself be made of the same material or a similar material.
- One of the aims of the invention is to improve the behavior of the vanes of a rotor, particularly a fan rotor, in the event of a serious incident resulting for example from the ingestion of a bird.
- French Patent No. 2,841,609 illustrates a wedge having metal parts and semi-rigid elastomer parts.
- the shape of this wedge allows to take into account the movements of the foot of the dawn during a critical event mentioned above. In such circumstances, the fan blade pivots under the impact, so the blade root rotates in the disk cavity.
- the dawn in addition to the rotational movement, is plunged forward and backward in response.
- the front, central and rear parts of the dawn undergo torsional movements and axial dive, of different amplitude for each of them.
- the invention proposes a new type of wedge whose shape has been defined to reduce the shock during the contact between the blade and the cell, absorb some of the energy generated by the impact and reduce the risk of damage. of dawn.
- the invention relates first of all to a fan rotor comprising a disk provided with cells at its periphery and blades respectively attached to said rotor, each blade comprising a blade root engaged in a corresponding cell and each cell containing an elongated shim interposed between the blade root and the bottom of the cell, characterized in that said shim is of elastically deformable material, in that at least one longitudinal section of this shim has a transverse profile in the form of arc to define two lateral zones in contact with corresponding lateral zones of the blade root and remote from the bottom of the cell and a central zone facing the corresponding central zone of the cell bottom.
- the central zone of said section is remote from the corresponding central zone of the blade root. In other words, a slight gap remains between the central zone of the section of the hold and the central area facing the blade root.
- the wedge consists of several aforementioned sections joined by narrower junctions.
- the wedge has a wavy profile along its own longitudinal direction.
- said wedge may longitudinally have a central region in contact with the bottom of the cell and two end regions (on either side of the central region, longitudinally) in contact with the blade root.
- the section of the hold in normal operation, is adapted to the shape of the surrounding parts (blower disk and fan blade) and the assembly is done with a slight constraint between the blade root and the bottom. of the cell.
- the dawn foot is plated on its bearing, bearing on the bottom of the cell (in the central part) and below the blade root on the lateral surfaces of it.
- the wavy profile mentioned above optimizes the contacts between the ends and the center of the wedge on the one hand and between the blade and the disk, on the other hand.
- the wedge by its flexibility follows the combined movement of torsion-diving when a critical event occurs. It comes to interpose to limit the shock between the dawn foot and the alveolus of the disc.
- the contact zone between the wedge and the underside of the blade root is curved so as to allow relative sliding of the two parts together, during pivoting of the blade.
- the wedge is divided into three sections which react separately to the combined movements of the blade root and make it possible to better accompany the movements and deformations specific to each part of the blade root.
- a polyurethane film-like coating or the like is disposed on and / or under the shim to help dissipate some of the energy of the impact and therefore limit the risk of breakage of the wedge and cracking of the blade root.
- the wedge is made of a one-piece elastic composite material and preferably of 3D woven composite material.
- the invention also relates to a wedge intended to be inserted in a blower rotor cell, characterized in that it consists of an elastically deformable material and in that it comprises at least one longitudinal profile section. cross-shaped arc.
- a shim 11 intended to be inserted into a cavity 13 of a fan rotor disc 15. Such a disk is partially represented on the Figures 2 to 4 .
- the shim 11 consists of a single block of elastically deformable material and more particularly here a composite woven 3D known per se. It is recalled that the 3-dimensional weave defining the core of the piece is coated with resin.
- the shim comprises at least one longitudinal section arcuate cross section.
- Such shim is intended to be inserted into a tangential cavity 13 made at the periphery of the rotor disc 15.
- it is a fan rotor disk to which blades 20 are attached.
- Each blade comprises a blade root 21 engaged in a corresponding cell 13.
- a hold such as that shown in Figures 1 and 2 is housed in each cell 13 being interposed between the blade root 21 and the bottom 13a of the cell 13.
- the shim 11 is preferably made of 3D woven composite material.
- the wedge is of elastically deformable material.
- the or each longitudinal section 17a-17c of this wedge has a transverse profile in the form of an arc to define two lateral zones 25a, 25b in contact with corresponding lateral zones 26a, 26b of the foot of dawn 20 while being away from the bottom of the cell. Furthermore, a central zone 29 of the wedge section is located opposite the corresponding central zone 30 of the cell bottom. This central zone of the wedge section may be in contact with the bottom of the cell, as is visible on the figure 3 .
- the central zone of said section may be remote from the corresponding central area of the blade root, leaving a slight gap 32 between them.
- the wedge 11 has a wavy profile in its longitudinal direction.
- the wedge longitudinally has a central region 11a in contact with the bottom of the cell and two end regions 11b in contact with the blade root but remote from the bottom of the cell.
- the wedge is shown mounted under stress between the blade root and the bottom of the cell, so that its longitudinal curvature between the center and the ends is less than it is in the unconstrained state, before mounting.
- a polyurethane film-like coating or the like is disposed on and / or under the shim. This makes it possible to dissipate part of the energy of the shock, in the event of an incident, and consequently to limit the risks of breakage of the wedge or cracking of the blade root.
- this type of shim is well adapted to maintain a blade of 3D woven composite material in its cell, at rest or in normal operation.
- Oblong holes 35 are furthermore made in the central zones of at least some sections, to further improve the flexibility and the deformability of the different parts of the hold.
- the shape of the wedge combined with the classic shape of the blade root optimizes the contacts between the ends and the center of the wedge on the one hand and the contact between the blade root and the walls of the blade. cell on the other hand.
- the wedge section has two further thinning 36 between the side portions in contact with the blade root and the middle portion facing the bottom of the cell.
- each junction 18 connecting two adjacent sections 17a-17c is substantially in the extension and continuity of the central zones of these two sections, it joins.
- said junction has a transverse profile substantially identical to that of the central zone of a aforementioned section.
- the proposed solution which consists in giving a form adapted to the wedge and preferably in making it in a flexible material identical to the material of the composite blade makes it possible to eliminate the risk of cracking the blade root.
- the preload assembly allows to properly press the blade root on its bearing, bearing on the bottom of the cavity of the disc.
- the wavy shape of the wedge in the axial direction, optimizes the contacts between the ends and the center of the wedge on the one hand and between the blade and the disk on the other hand.
- the wedge by its flexibility, follows the combined movement of torsion / diving of the foot of dawn, during a critical event.
- the wedge is interposed to limit the impact between the blade root and the disk cavity.
- the area in contact between the wedge and the underside of the blade root is of curved shape, which allows a relative sliding of the two parts during a large pivot.
- the three sections of the hold react separately to the movement of the dawn, which allows to better accompany the movement of each part of the foot of the dawn.
Landscapes
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Abstract
Description
- L'invention se rapporte généralement à un rotor de turbomachine plus particulièrement un rotor de soufflante comprenant un disque muni d'alvéoles à sa périphérie et des aubes respectivement rattachées audit rotor, chaque aube comportant un pied d'aube engagé dans une alvéole correspondante. L'invention concerne un perfectionnement à une cale allongée qui est intercalée entre le pied d'aube et le fond de l'alvéole. L'invention s'applique particulièrement au montage des aubes en matériau composite tissé 3D, qui sont de plus en plus utilisées dans les soufflantes. Elle concerne une cale bien adaptée à ce type d'aube (bien que non exclusivement), la cale pouvant elle-même être constituée du même matériau ou d'un matériau semblable. L'un des buts de l'invention est d'améliorer le comportement des aubes d'un rotor, particulièrement un rotor de soufflante, dans le cas d'un incident grave résultant par exemple de l'ingestion d'oiseau.
- Il est connu d'insérer une cale déformable dans chaque alvéole du disque de rotor, entre le fond de cette alvéole et la face intérieure du pied d'aube retenu dans ladite alvéole. Par exemple, le brevet français n°
2 841 609 - Dans le cas d'une aube en matériau composite comportant une armature tissée en trois dimensions (ci-après désigné "tissé 3D") de tels chocs entraînent des risques de fissuration du pied d'aube pouvant entraîner la rupture de celui-ci et par voie de conséquence la perte complète de l'aube de soufflante.
- L'invention propose un nouveau type de cale dont la forme a été définie pour réduire le choc lors du contact entre l'aube et l'alvéole, absorber une partie de l'énergie générée par l'impact et réduire les risques d'endommagement de l'aube.
- A cet effet, l'invention concerne en premier lieu un rotor de soufflante comprenant un disque muni d'alvéoles à sa périphérie et des aubes respectivement rattachées audit rotor, chaque aube comportant un pied d'aube engagé dans une alvéole correspondante et chaque alvéole renfermant une cale allongée intercalée entre le pied d'aube et le fond de l'alvéole, caractérisé en ce que ladite cale est en matériau élastiquement déformable, en ce qu'au moins un tronçon longitudinal de cette cale a un profil transversal en forme d'arc pour définir deux zones latérales en contact avec des zones latérales correspondantes du pied d"aube et éloignées du fond de l'alvéole et une zone centrale en regard de la zone centrale correspondante du fond d'alvéole.
- Selon une autre caractéristique avantageuse, la zone centrale dudit tronçon est éloignée de la zone centrale correspondante du pied d'aube. Autrement dit, un léger espace subsiste entre la zone centrale du tronçon de la cale et la zone centrale en regard du pied d'aube.
- Selon une autre caractéristique avantageuse, la cale est constituée de plusieurs tronçons précités réunis par des jonctions plus étroites.
- Selon une autre caractéristique avantageuse, la cale a un profil ondé suivant sa propre direction longitudinale.
- Plus précisément, ladite cale peut présenter longitudinalement une région centrale en contact avec le fond de l'alvéole et deux régions extrêmes (de part et d'autre de la région centrale, longitudinalement) en contact avec le pied d'aube.
- De plus, la section de la cale, en fonctionnement normal, est adaptée à la forme des pièces environnantes (alvéole du disque de soufflante et aube de soufflante) et le montage se fait avec une légère contrainte entre le pied d'aube et le fond de l'alvéole. Ainsi, le pied d'aube est plaqué sur ses portées, en prenant appui sur le fond de l'alvéole (dans la partie centrale) et en dessous du pied d'aube sur les portées latérales de celui-ci. Le profil ondé mentionné ci-dessus permet d'optimiser les contacts entre les extrémités et le centre de la cale d'une part et entre l'aube et le disque, d'autre part.
- La cale, par sa souplesse suit le mouvement combiné de torsion-plongée lorsque survient un évènement critique. Elle vient s'intercaler pour limiter le choc entre le pied d'aube et l'alvéole du disque. De plus, la zone de contact entre la cale et le dessous du pied d'aube est de forme courbe de façon à permettre un glissement relatif des deux pièces entre elles, lors d'un pivotement de l'aube.
- De préférence, la cale est divisée en trois sections qui réagissent séparément aux mouvements combinés du pied d'aube et permettent d'accompagner au mieux les mouvements et déformations spécifiques à chacune des parties du pied d'aube.
- Un revêtement de type film polyuréthane ou analogue est disposé sur et/ou sous la cale pour permettre de dissiper une partie de l'énergie du choc et par conséquent de limiter les risques de rupture de la cale et de fissuration du pied d'aube.
- Avantageusement, la cale est en un matériau composite élastique monobloc et de préférence en matériau composite tissé 3D.
- Le résultat est particulièrement avantageux lorsque les aubes sont elles-mêmes en matériau composite de même nature.
- Bien entendu, l'invention concerne également une cale destinée à être insérée dans une alvéole de rotor de soufflante, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un matériau élastiquement déformable et en ce qu'elle comporte au moins un tronçon longitudinal à profil transversal en forme d'arc.
- L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la
figure 1 est une vue générale en perspective d'une cale destinée à être insérée entre un pied d'aube et le fond d'une alvéole définie à la périphérie d'un disque de rotor ; - la
figure 2 illustre la même cale, vue en coupe longitudinale et en position entre un pied d'aube et le fond d'une alvéole ; - la
figure 3 est une vue schématique en coupe transversale illustrant les positions relatives de la cale et du pied d'aube à l'intérieur d'une alvéole d'un disque de rotor, la coupe correspondant à la ligne III-III de lafigure 1 ; et - la
figure 4 est une vue analogue à lafigure 3 illustrant le comportement de ces éléments lors d'un évènement critique. - Sur les dessins, on a représenté une cale 11 destinée à être insérée dans une alvéole 13 d'un disque 15 de rotor de soufflante. Un tel disque est représenté partiellement sur les
figures 2 à 4 . La cale 11 est constituée d'un seul bloc de matériau élastiquement déformable et plus particulièrement ici d'un matériau composite tissé 3D connu en soi. On rappelle que le tissage en 3 dimensions définissant l'âme de la pièce est enrobé de résine. - Comme représenté, la cale comporte au moins un tronçon longitudinal à profil transversal en forme d'arc. Dans l'exemple, on a prévu trois tronçons 17a, 17b, 17c de ce genre (leurs nombre pourrait être différent) réunis par des jonctions 18 plus étroites, du même matériau, l'ensemble formant une seule pièce.
- Une telle cale est destinée à être insérée dans une alvéole tangentielle 13 pratiquée à la périphérie du disque 15 de rotor. Dans l'exemple, il s'agit d'un disque de rotor de soufflante auquel sont rattachées des aubes 20. Chaque aube comporte un pied d'aube 21 engagé dans une alvéole 13 correspondante. Une cale telle que celle qui est représentée aux
figures 1 et 2 est logée dans chaque alvéole 13 en étant intercalée entre le pied d'aube 21 et le fond 13a de l'alvéole 13. - Comme indiqué précédemment, la cale 11 est de préférence en matériau composite tissé 3D. D'une façon plus générale, la cale est en matériau élastiquement déformable.
- Selon une caractéristique importante de l'invention, le ou chaque tronçon longitudinal 17a-17c de cette cale a un profil transversal en forme d'arc pour définir deux zones latérales 25a, 25b en contact avec des zones latérales 26a, 26b correspondantes du pied d'aube 20 tout en étant éloignées du fond de l'alvéole. Par ailleurs, une zone centrale 29 du tronçon de cale se situe en regard de la zone centrale 30 correspondante du fond d'alvéole. Cette zone centrale du tronçon de cale peut être en contact avec le fond de l'alvéole, comme cela est visible sur la
figure 3 . - Par ailleurs, la zone centrale dudit tronçon peut être éloignée de la zone centrale correspondante du pied d'aube, en laissant subsister un léger espace 32 entre elles.
- Comme le montre la
figure 2 , la cale 11 a un profil ondé suivant sa direction longitudinale. Dans l'exemple représenté, la cale présente longitudinalement une région centrale 11a en contact avec le fond de l'alvéole et deux régions extrêmes 11b en contact avec le pied d'aube mais éloignées du fond de l'alvéole. Dans la présentation de lafigure 2 , la cale est représentée montée sous contrainte entre le pied d'aube et le fond de l'alvéole, en sorte que sa courbure longitudinale entre le centre et les extrémités est inférieure à ce qu'elle est à l'état non contraint, avant montage. - Un revêtement de type film polyuréthane ou analogue est disposé sur et/ou sous la cale. Ceci permet de dissiper une partie de l'énergie du choc, en cas d'incident, et par conséquent de limiter les risques de rupture de la cale ou de fissuration du pied d'aube.
- Comme mentionné précédemment, ce type de cale est bien adapté pour maintenir une aube en matériau composite tissé 3D dans son alvéole, au repos ou en fonctionnement normal.
- Des trous oblongs 35 sont en outre pratiqués dans les zones centrales d'au moins certains tronçons, pour améliorer encore la souplesse et la déformabilité des différentes parties de la cale. Comme on le voit sur la
figure 3 , la forme de la cale conjuguée à la forme classique du pied d'aube permet d'optimiser les contacts entre les extrémités et le centre de la cale d'une part ainsi que le contact entre le pied d'aube et les parois de l'alvéole d'autre part. On remarque que le tronçon de cale présente en outre deux amincissements 36 entre les parties latérales en contact avec le pied d'aube et la partie médiane en regard du fond de l'alvéole. - De plus, chaque jonction 18 reliant deux tronçons 17a-17c adjacents se situe sensiblement dans le prolongement et la continuité des zones centrales de ces deux tronçons, qu'elle réunit. En outre, ladite jonction a un profil transversal sensiblement identique à celui de la zone centrale d'un tronçon précité.
- Ainsi, la solution proposée qui consiste à donner une forme adaptée à la cale et de préférence à la réaliser dans un matériau souple identique au matériau de l'aube composite permet de supprimer les risques de fissuration du pied d'aube.
- La précontrainte au montage permet de bien plaquer le pied d'aube sur ses portées, en prenant appui sur le fond de l'alvéole du disque.
- La forme ondée de la cale, dans le sens axial, permet d'optimiser les contacts entre les extrémités et le centre de la cale d'une part et entre l'aube et le disque d'autre part.
- Comme représenté dans la
figure 4 , la cale, par sa souplesse, suit le mouvement combiné de torsion/plongée du pied d'aube, lors d'un évènement critique. La cale vient s'intercaler pour limiter le choc entre le pied d'aube et l'alvéole du disque. De plus, la zone en contact entre la cale et le dessous du pied d'aube est de forme courbe, ce qui permet un glissement relatif des deux pièces lors d'un pivotement important. - Les trois tronçons de la cale réagissent séparément au mouvement de l'aube, ce qui permet d'accompagner au mieux le déplacement de chacune des parties du pied de l'aube.
Claims (15)
- Rotor de soufflante comprenant un disque muni d'alvéoles à sa périphérie et des aubes respectivement rattachées audit rotor, chaque aube (20) comportant un pied d'aube (21) engagé dans une alvéole (13) correspondante et chaque alvéole renfermant une cale (11) allongée intercalée entre le pied d'aube et le fond de l'alvéole, caractérisé en ce que ladite cale est en matériau élastiquement déformable, en ce qu'au moins un tronçon longitudinal (17a-17c) de cette cale a un profil transversal en forme d'arc pour définir deux zones latérales en contact avec des zones latérales correspondantes du pied d"aube et éloignées du fond de l'alvéole et une zone centrale en regard de la zone centrale correspondante du fond d'alvéole.
- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone centrale (29) dudit tronçon est éloignée de la zone centrale correspondante du pied d'aube.
- Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite cale est constituée de plusieurs tronçons (17a-17c) précités réunis par des jonctions (18) plus étroites.
- Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque jonction (18) se situe sensiblement dans le prolongement et la continuité des zones centrales des deux tronçons qu'elle réuni.
- Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite jonction (18) a un profil transversal sensiblement identique à celui de la zone centrale d'un tronçon précité.
- Rotor selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que, suivant sa direction longitudinale, ladite cale (11) a un profil ondé (figure 2).
- Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite cale présente longitudinalement une région centrale (11a) en contact avec le fond de l'alvéole et deux régions extrêmes (11b) en contact avec le pied d'aube.
- Rotor selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite cale (11) est montée sous contrainte entre le pied d'aube (21) et le fond (13a) de l'alvéole.
- Rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite cale est en un matériau composite tissé 3D.
- Rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes (20) sont en matériau composite tissé 3D.
- Cale destinée à être insérée dans une alvéole de rotor de soufflante, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un matériau élastiquement déformable et en ce qu'elle comporte au moins un tronçon longitudinal (17a-17c) à profil transversal en forme d'arc.
- Cale selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle est constituée de plusieurs tronçons (17a-17c) précités réunis par des jonctions (18) plus étroites.
- Cale selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce qu'elle a un profil ondé suivant sa direction longitudinale (figure 2).
- Cale selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce qu'elle est en matériau composite tissé 3D.
- Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor selon l'une des revendications 1 à 10.
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