EP4301917A1 - Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin - Google Patents

Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin

Info

Publication number
EP4301917A1
EP4301917A1 EP22711271.1A EP22711271A EP4301917A1 EP 4301917 A1 EP4301917 A1 EP 4301917A1 EP 22711271 A EP22711271 A EP 22711271A EP 4301917 A1 EP4301917 A1 EP 4301917A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
threads
layers
yarns
blade
fibrous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22711271.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Marie Christian Coupe
Marc-Antoine COLOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran SA
Original Assignee
Safran SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4301917A1 publication Critical patent/EP4301917A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • 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
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
    • B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6034—Orientation of fibres, weaving, ply angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to the general field of the manufacture of blades in composite material comprising a fibrous reinforcement densified by a matrix, the fibrous reinforcement being obtained by three-dimensional (3D) or multilayer weaving.
  • a targeted field is that of gas turbine blades for aeronautical engines or industrial turbines and, more particularly but not exclusively, fan blades for aeronautical engines.
  • Three-dimensional (3D) or multi-layer weaving gives the resulting blade in composite material very good mechanical strength.
  • Optimizing the performance of aeronautical engines requires designing blades in composite material with increasingly thin edges to meet new aerodynamic requirements.
  • 3D or multilayer weaving weaves used up to now to form blades in composite material do not make it possible to form very thin leading and/or trailing blade edges.
  • 3D or multi-layer weaving weaves use a minimum number of three weft layers linked together by a minimum number of three warp layers.
  • the invention proposes a fibrous texture intended to form the fibrous reinforcement of a turbomachine blade made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by a matrix, the texture being in a single piece and having a three-dimensional or multilayer weaving between a first plurality of layers of wires or strands extending in a longitudinal direction and a second plurality of layers of wires or strands extending in a transverse direction, the texture comprising a blade blade portion extending in the direction transverse between a first edge corresponding to a leading edge of the blade and a second edge corresponding to a trailing edge of the blade, said texture comprising a first part with at least three layers of threads of the first plurality of threads and at least three layers of yarns of the second plurality of yarns, characterized in that it further comprises at least a second part present at the level of the first o at the second edge of the blade blade portion of the fibrous texture, the second portion comprising only two layers of yarns from the first plurality of yarn
  • the fibrous texture of the invention makes it possible to achieve a minimum thickness in all or part of the edge(s) while retaining sufficient mechanical properties to ensure good mechanical strength of the leading and trailing edges of the final blade.
  • the fibrous texture of the invention comprises a second part present at the level of the first edge of the blade blade part of the fibrous texture, the second part comprising only two layers of threads of the first plurality of yarns and two layers of yarns of the second plurality of yarns, yarns of the two layers of yarns of the first plurality of yarns binding yarns of the second plurality of yarns on the two layers of threads of the second plurality of threads according to a first determined bonding frequency and a third part present at the level of the second edge of the blade blade part of the fibrous texture, the third part comprising only two layers of threads of the first plurality of yarns and two layers of yarns of the second plurality of yarns, yarns of the two layers of yarns of the first plurality of yarns binding yarns of the second plurality of yarns to the next two layers of yarns of the second plurality of yarns a second bonding frequency, the second part having a first yarn density of the second plurality of yarns and the
  • the fibrous texture has very thin parts which have a good ability to deform, that is to say that these parts are able to withstand significant deformations during the shaping of the texture while maintaining their integrity and, hence their reinforcing function.
  • each thread of the first plurality of threads binds threads of the second plurality of threads following a multi-canvas type weave in the second part and following a multi-satin type weave in the third part.
  • the second part comprises a first zone having a first density of yarns of the second plurality of yarns and a second zone having a second density of yarns of the second plurality greater than the first density, the bonding frequency in the first zone being greater than the bonding frequency in the second zone.
  • each thread of the first plurality of threads binds threads of the second plurality of threads according to a weave of the multi-canvas type in the first zone and according to a weave of the multi-satin type in the second area.
  • the invention also relates to a blade made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by a matrix, the blade extending in a longitudinal direction between a root portion or lower portion and a blade tip or an upper portion and , in a transverse direction, between a leading edge and a trailing edge, characterized in that the fibrous reinforcement of the blade body consists of a fibrous texture according to the invention.
  • Another subject of the invention is a process for weaving a fibrous structure intended to form the fibrous reinforcement of a blade made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by a matrix, the fibrous structure being woven in a single piece by three-dimensional weaving.
  • the texture comprising a blade blade part extending along the transverse direction between a first edge corresponding to a leading edge of the blade and a second edge corresponding to a trailing edge of the blade, the method comprising the weaving of a first part with at least three layers of threads of the first plurality of threads and at least three layers of threads of the second plurality of threads, characterized in that it further comprises the weaving of at least a second part e has at the level of the first or second edge of the blade blade part of the fibrous texture, the second part comprising only two layers of threads from the first plurality of threads and two layers of threads from the second plurality of threads, yarns of the two layers of yarns of the first plurality of yarns binding yarns of the second plurality of yarns to the two layers of yarns of the second plurality of the second plurality of
  • the latter comprises the weaving of a second part present at the level of the first edge of the blade blade part of the fibrous texture, the second part comprising only two layers of threads of the first plurality of yarns and two layers of threads of the second plurality of threads, threads of the two layers of threads of the first plurality of threads binding threads of the second plurality of threads on the two layers of threads of the second plurality of threads according to a first determined binding frequency and the weaving of a third part present at the level of the second edge of the blade blade part of the fibrous texture, the third part comprising only two layers of threads of the first plurality of threads and two layers of threads of the second plurality of threads, threads of the two layers of threads of the first plurality of threads binding threads of the second plurality of threads on the two layers of threads of the second plurality of threads according to a second bonding frequency, the second part having a first yarn density of the second plurality of
  • each thread of the first plurality of threads binds threads of the second plurality of threads according to a weave of the multi-canvas type in the second part and according to a weave of the multi-satin type in the third part.
  • the second part comprises a first zone having a first density of yarns of the second plurality of yarns and a second zone having a second density of yarns of the second plurality greater than the first density , the bonding frequency in the first zone being higher than the bonding frequency in the second zone.
  • each thread of the first plurality of threads binds threads of the second plurality of threads according to a weave of the multi-canvas type in the first zone and according to a weave of the multi-satin type in the second area.
  • the present invention also relates to a process for manufacturing a composite material blade comprising the following steps:
  • Figure 1 is a schematic view illustrating the three-dimensional weaving of a fibrous structure for the manufacture of an aeronautical engine blade in accordance with one embodiment of the invention
  • FIGS. 2A to 2D show, along section II-II in FIG. 1, the various successive weaving weave planes of a portion of the fibrous structure of FIG. 1 intended to form part of the edge dawn attack,
  • FIGS. 3A to 3D show, along section III-III in FIG. 1, the various successive weaving weave planes of a portion of the fibrous structure of FIG. of dawn flight,
  • Figure 4 is a schematic perspective view of a fibrous blade preform from the fibrous structure of Figure 1,
  • Figure 5 is a schematic perspective view of a blade made of composite material obtained by densification by a matrix of the preform of Figure 4.
  • the invention generally applies to the production of blade bodies or blades in composite material made from a fibrous texture obtained by three-dimensional (3D) or multilayer weaving.
  • Non-limiting examples of such blades are in particular fan blades, outlet guide vanes (called OGV for “Outlet Guide Vane”), inlet guide vanes (called IGV for “Inlet Guide Vane”), variable pitch angle (called V SV for “Variable Stator Vane”), etc.
  • a method of manufacturing a fibrous structure in accordance with the invention is described in relation to the manufacture of a turbine engine fan blade.
  • the fibrous structure of the invention is obtained by three-dimensional weaving or by multi-layer weaving.
  • three-dimensional weaving or “3D weaving” is meant here a mode of weaving by which at least some of the warp yarns bind weft yarns over several weft layers.
  • multi-layer weave is meant here a 3D weave with several layers of weft whose basic weave of each layer is equivalent to a classic 2D fabric weave, such as a weave of the plain, satin or twill type, but with certain points of the weave that bind the weft layers together.
  • the production of the fibrous structure by 3D or multilayer weaving makes it possible to obtain a connection between the layers, therefore to have good mechanical strength of the fibrous structure and of the part made of composite material obtained, in a single textile operation.
  • interlock weave weave is meant herein a 3D weave weave in which each warp layer binds several weft layers together with all the yarns of the same warp column having the same movement in the plane of the weave.
  • yarns of different chemical natures between different parts of the fibrous structure in particular between core and skin, to confer particular properties on the part made of composite material obtained, in particular in terms of resistance to oxidation or wear.
  • thermostructural composite material reinforced with refractory fibers it is possible to use a preform with carbon fibers in the core and ceramic fibers, for example silicon carbide (SiC), on the surface. in order to increase the wear and oxidation resistance of the composite part at this surface portion.
  • SiC silicon carbide
  • FIG. 1 very schematically shows a fibrous structure 200 intended to form the fibrous reinforcement of an aircraft engine blade.
  • the fibrous structure 200 is obtained by three-dimensional weaving, or 3D weaving, or by multi-layer weaving carried out in a known way by means of a loom of the jacquard type on which a bundle of yarns or strands of warps 201 has been placed in a plurality of layers, the warp yarns linking weft yarns or strands 202 also arranged in a plurality of layers.
  • a detailed embodiment of a fibrous preform intended to form the fibrous reinforcement of a blade for an aeroengine is in particular described in detail in documents US 7 101 154, US 7241 112 and WO 2010/061140.
  • the fibrous structure 200 is woven in the form of a strip extending generally in a direction D c corresponding to the direction of the warp threads 201 and the longitudinal direction of the blade to be produced.
  • the fibrous structure has a thickness along a direction D e which is variable both in the direction D c and in a direction D T perpendicular to the direction D c and corresponding to the direction of the weft yarns 202.
  • the thickness variations are determined according to the longitudinal thickness and the profile of the blade of the dawn to be produced.
  • the fibrous structure 200 In its part intended to form a root preform, the fibrous structure 200 has in the direction D c a part of extra thickness 203 determined according to the thickness of the root of the blade to be produced.
  • the fibrous structure 200 is extended by a part of decreasing thickness 204 intended to form the shank of the blade then by a part 205 intended to form the blade of the dawn.
  • the fibrous structure 200 is woven in a single piece and must have, after cutting the nonwoven yarns, the shape and the almost final dimensions of the blade (“net shape”).
  • the reduction in thickness of the preform is obtained by gradually removing layers of warp and weft during the weaving.
  • the part 205 has in the direction D T a profile of variable thickness between its edge 205a intended to form the leading edge of the blade and its edge 205b intended to form the trailing edge of the blade to be produced, a portion extra thickness (portion 212 in Figure 1) being present between the edges 205a and 205b.
  • Part 205 includes a first portion 212 constituting the majority of part 205.
  • Portion 212 is located between a second portion 210 and a third portion 211 corresponding respectively to edges 205a and 205b of part 205.
  • the first portion 212 not needing to be thin, it is produced by three-dimensional weaving, between at least three layers of warp threads and at least three layers of weft threads.
  • the edges 205a and 205b of the part 205 each have a thickness along the direction D e that is significantly less than that of the portion 212 in order to allow the formation of a blade with a leading edge and an edge very fine leaks.
  • the portions 210 and 211 are woven with only two layers of warp threads and two layers of weft threads, which makes it possible to achieve a minimum thickness while retaining sufficient mechanical properties to ensure mechanical strength of the edges of attack and flight of the final dawn.
  • the threads of the two layers of warp threads bind threads of the two layers of weft threads according to a determined binding frequency in order to adapt to the density of threads of frame in the part of the fibrous texture considered. More precisely, if the portion considered has a low density of weft threads which is measured by the number of weft threads per centimeter and which is materialized by more spaced columns of weft threads, a weave weave is used with a frequency bonding of the high warp threads in order to avoid too loose weaving which is detrimental to the mechanical strength of the final blade.
  • a weaving weave is used with a lower warp yarn binding frequency to bind the weft yarns.
  • the weft yarn density is considered low when the number of weft yarns in the direction D c and per weft layer is less than or equal to 3.33 weft yarns per centimeter while the density of weft threads is considered high when the number of weft threads is greater than 3.33 threads per centimeter.
  • the fibrous texture 200 has a higher density of weft yarns in the second portion 210 corresponding to the edge 205a of the part 205 than in the third portion 211 corresponding to the edge 205b of the part 205. Consequently , the portion 211 is woven with a weaving weave having a bonding frequency of the warp threads greater than the bonding frequency of the weaving weave used to weave the portion 210.
  • FIGS. 2A to 2D represent the various successive planes of a weaving weave used in the portion 210 which comprises two layers of weft yarns Ti and T 2 .
  • the warp yarns 2011 and 202 2 respectively belong to two layers of warp yarns.
  • the weaving weave here corresponds to a multi-twill weave with a pitch of 4.
  • the warp yarns 201 1 and 201 2 represented in FIGS. 2A to 2D have a low bonding frequency due to the density of yarns of high frame in portion 210.
  • FIGS. 3A to 3D represent the different successive planes of a weaving weave used in the portion 211 which comprises two layers of weft threads T 3 and T 4 .
  • the warp threads 201 3 and 202 4 respectively belong to two layers of warp threads.
  • the weaving weave here corresponds to an alternation, i.e. one weave plane out of two, between a multi-canvas weave and a multi-twill weave with a pitch of 4.
  • Warp threads 201 3 and 201 4 shown in Figures 3A have 3D has a high bond frequency and higher than the bond frequency in portion 210 due to the lower weft density in portion 211.
  • weaving weaves shown in Figures 2A-2D and 3A-3D are only examples of weaves having different warp yarn bonding frequencies matched to the weft yarn density.
  • Other weaving weaves defined from a multi-twill weave, a multi-linen weave, or a mixture of these two types of weave can be used.
  • the weft yarn density can vary in particular along the direction D c .
  • a first zone of this portion having a low weft yarn density is woven with a weaving weave having a high warp yarn bonding frequency
  • a second zone of the same portion having a weft greater than in the first zone is woven with a weaving weave having a bonding frequency of the warp yarns lower than the bonding frequency of the weave in the first zone.
  • the first portion 212 is woven with an interlock weave between at least three layers of warp yarns and three layers of warp yarns. frame.
  • the reduction in thickness along the direction D e of the second and third portions 210, 211 is obtained by gradually removing weft and warp threads in the first portion 212 near its junction with the second and third portions 210 , 211 .
  • the fibrous preform 300 illustrated in FIG. 4 and woven in a single piece is then obtained.
  • the preform 300 comprises a portion 303 of extra thickness, corresponding to the portion 203 of the fibrous structure 200, extended by a portion of decreasing thickness 304 corresponding to the portion 204 of the fibrous structure 200.
  • the preform 300 also comprises a blade portion 305 corresponding to the part 205 of the fibrous structure 200 which extends in the direction D T between a leading edge part 305a and a trailing edge part 205b corresponding respectively to the edges 205a and 205b of the fibrous structure 200.
  • the blade part 305 further has in the direction D T a portion of extra thickness 305e corresponding to the portion 212 of the fibrous structure 200.
  • the leading edge part 305a and the trailing edge part 305b present in the direction D e thicknesses e305a and e305b respectively which are much less than the thickness e305c of the extra thickness portion 305e.
  • the fibrous preform 300 is then densified in order to form a blade 10 of composite material illustrated in FIG. 5.
  • the densification of the fibrous preform intended to form the fibrous reinforcement of the part to be manufactured consists in filling the porosity of the preform, in all or part of the volume thereof, by the material constituting the matrix.
  • This densification can be carried out in a manner known per se according to the liquid process (CVL) or the gaseous process (CVI), or the ceramic filler injection process (Slurry Cast) or the impregnation process of a silicon alloy (Ml or RMI) or else following a sequence of one or more of these processes.
  • the liquid method consists of impregnating the preform with a liquid composition containing a precursor of the material of the matrix.
  • the precursor usually comes in the form of a polymer, such as a high-performance epoxy resin, optionally diluted in a solvent.
  • the preform is placed in a sealable mold with a housing having the shape of the final molded vane. Then, we close the mold and inject the liquid matrix precursor (for example a resin) throughout the housing to impregnate the entire fibrous part of the preform.
  • the transformation of the precursor into a matrix is carried out by heat treatment, generally by heating the mould, after removal of any solvent and crosslinking of the polymer, the preform still being maintained in the mold having a shape corresponding to that of the part to be made.
  • the heat treatment consists in pyrolyzing the precursor to transform the matrix into a carbon or ceramic matrix depending on the precursor used and the pyrolysis conditions.
  • liquid ceramic precursors in particular of SiC or SiCN, can be resins of the polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type, while liquid carbon precursors can be resins relatively high coke content, such as phenolic resins.
  • the densification of the fibrous preform can be carried out by the well-known process of transfer molding called RTM ("Resin Transfer Moulding").
  • RTM Resin Transfer Moulding
  • the fiber preform is placed in a mold having the external shape of the part to be produced.
  • a thermosetting resin is injected into the internal space of the mold which includes the fibrous preform.
  • a pressure gradient is generally established in this internal space between the place where the resin is injected and the evacuation orifices of the latter in order to control and optimize the impregnation of the preform by the resin.
  • the densification of the preform can also be carried out by impregnation of polymer and pyrolysis (PI P), or by impregnation of a slurry ("slurry cast"), containing for example SiC and organic binders, followed by infiltration with liquid silicon (“Melt infiltration”).
  • PI P polymer and pyrolysis
  • slurry cast a slurry
  • SiC silica
  • Melt infiltration infiltration with liquid silicon
  • the densification of the fibrous preform can also be carried out, in a known way, by gaseous route by chemical vapor infiltration of the matrix (CVI).
  • CVI matrix
  • the fibrous preform corresponding to the fibrous reinforcement of the blade to be produced is placed in a furnace in which a reaction gas phase is admitted.
  • the pressure and the temperature prevailing in the oven and the composition of the gaseous phase are chosen so as to allow the diffusion of the gaseous phase within the porosity of the preform to form the matrix there by deposition, at the heart of the material in contact fibres, of a solid material resulting from the decomposition of a constituent of the gaseous phase or from a reaction between several constituents, contrary to the pressure and temperature conditions specific to CVD ("Chemical Vapor Deposition”) processes which lead to exclusively to a deposit on the surface of the material.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • SiC matrix can be obtained with methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of MTS while a carbon matrix can be obtained with hydrocarbon gases such as methane and/or propane giving carbon by cracking.
  • MTS methyltrichlorosilane
  • a densification combining the liquid route and the gas route can also be used to facilitate the implementation, limit the costs and the manufacturing cycles while obtaining satisfactory characteristics for the intended use.
  • the densification processes described above make it possible to produce, from the fibrous structure of the invention, mainly parts made of composite material with an organic matrix (CMO), a carbon matrix (C/C) and a ceramic matrix (CMC). ).
  • CMO organic matrix
  • C/C carbon matrix
  • CMC ceramic matrix
  • the fibrous structure is impregnated with a slip loaded with refractory oxide particles. After elimination of the liquid phase of the slip, the preform thus obtained is subjected to a heat treatment in order to sinter the particles and obtain a refractory oxide matrix.
  • the impregnation of the structure can be carried out with processes using a pressure gradient, such as injection molding type processes known as “RTM” or submicron powder suction known as “APS”.
  • a blade 10 of composite material which, as illustrated in FIG. 5, comprises in its lower part a foot 103 formed by the extra thickness part 303 of the fiber preform 300 which is extended by a stilt 104 formed by the part of decreasing thickness 304 of the preform 300 and a blade 105 formed by the blade part 305 of the fiber preform 300.
  • the blade 105 comprises a leading edge 105a and a trailing edge 105b corresponding respectively to the leading edge 305a and trailing edge 305b portions of the fiber preform 300 and a portion of extra thickness 105e corresponding to the portion of extra thickness 305e of the fibrous preform 300.
  • the leading edge 105a and the trailing edge 105b have a very small thickness because the fibrous reinforcement in these parts of the blade comprises only two layers of weft yarns bonded together by only two layers of weft threads as explained previously.
  • the mechanical strength of these very thin parts is optimized by adapting the bonding frequency as a function of the weft yarn density.
  • the fibrous structure and its method of manufacture according to the present invention can in particular be used to produce turbomachine blades having a more complex geometry than the blade represented in FIG. 5, such as blades comprising, in addition to that of FIG. , one or more platforms making it possible to perform functions such as those of vein sealing, anti-tipping, etc.
  • the fibrous structure and its method of manufacture according to the present invention can for example be used for the manufacture of sectors of vane for gas turbine distributors or rectifiers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Une texture fibreuse (200) d'une aube présente un tissage tridimensionnel entre une première pluralité de couches de fils (201) et une deuxième pluralité de couches de fils (202). La texture comprend une partie de pale d'aube (205) s'étendant entre un premier bord (205a) et un deuxième bord (205b). La texture comprend une première partie (212) avec au moins trois couches de fils de la première pluralité de fils et au moins trois couches de fils de la deuxième pluralité de fils.. Des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils (201) lient des fils de la deuxième pluralité de fils (202) sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une fréquence de liage déterminée.

Description

Description
Titre de l'invention : TEXTURE FIBREUSE POUR AUBE EN MATERIAU COMPOSITE A BORD FIN
Domaine Technique
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication d’aubes en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice, le renfort fibreux étant obtenu par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche
Technique antérieure
Un domaine visé est celui d’aubes de turbines à gaz pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles et, plus particulièrement mais non exclusivement, des aubes de soufflantes pour moteurs aéronautiques.
La réalisation d’une aube en matériau composite obtenue à partir d’un renfort fibreux réalisé par tissage tridimensionnel et densifié par une matrice est notamment décrite dans le document US 2005/0084377.
Le tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche permet de conférer à l’aube en matériau composite résultante une très bonne tenue mécanique.
L’optimisation du rendement des moteurs aéronautiques nécessite de concevoir des aubes en matériau composite présentant des bords de plus en plus fins pour répondre aux nouvelles exigences aérodynamiques.
Cependant, les armures de tissage 3D ou multicouches utilisées jusqu’ici pour former des aubes en matériau composite ne permettent pas de former des bords d’aube d’attaque et/ou de fuite très fins. En effet, afin d’assurer une bonne tenue mécanique dans les parties fines de l’aube, les armures de tissage 3D ou multicouches utilisent un nombre minimal de trois couches de trame liées entre elles par un nombre minimal de trois couches de chaîne.
Or, il existe un besoin pour des aubes en matériau composite présentant des bords d’attaque et/ou de fuite très fins, et ce avec de bonnes propriétés mécaniques même au niveau de ces bords. Exposé de l’invention
A cet effet, l’invention propose une texture fibreuse destinée à former le renfort fibreux d’une aube de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, la texture étant en une seule pièce et présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre une première pluralité de couches de fils ou torons s’étendant selon une direction longitudinale et une deuxième pluralité de couches de fils ou torons s’étendant selon une direction transversale, la texture comprenant une partie de pale d’aube s’étendant selon la direction transversale entre un premier bord correspondant à un bord d’attaque de l’aube et un deuxième bord correspondant à un bord de fuite de l’aube, ladite texture comprenant une première partie avec au moins trois couches de fils de la première pluralité de fils et au moins trois couches de fils de la deuxième pluralité de fils, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre au moins une deuxième partie présente au niveau du premier ou deuxième bord de la partie de pale d’aube de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils, des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une fréquence de liage déterminée.
La texture fibreuse de l’invention permet d’atteindre une épaisseur minimale dans tout ou partie du ou des bords tout en conservant des propriétés mécaniques suffisantes pour assurer une bonne tenue mécanique des bords d’attaque et de fuite de l’aube finale.
Selon une caractéristique particulière de la texture fibreuse de l’invention, celle-ci comprend une deuxième partie présente au niveau du premier bord de la partie de pale d’aube de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils, des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une première fréquence de liage déterminée et une troisième partie présente au niveau du deuxième bord de la partie de pale d’aube de la texture fibreuse, la troisième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils, des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une deuxième fréquence de liage, la deuxième partie présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils et la troisième partie présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité de fils supérieure à la première densité, la première fréquence de liage dans la deuxième partie étant supérieure à la deuxième fréquence de liage dans la deuxième zone.
Cela permet d’adapter l’armure de tissage dans les parties comprenant seulement deux couches de fils en fonction de la densité en fils de la deuxième pluralité de fils de manière à éviter d’avoir un tissage trop lâche ou trop serré dans ces parties. La texture fibreuse présente des parties très fines qui possèdent une bonne capacité à se déformer, c’est-à-dire que ces parties sont capables de supporter des déformations importantes lors de la mise en forme de la texture tout en conservant leur intégrité et, par conséquent, leur fonction de renfort.
Dans un exemple de réalisation particulier de la texture fibreuse, chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la deuxième partie et suivant une armure de type multi-satin dans la troisième partie. Selon une autre caractéristique particulière de la texture fibreuse de l’invention, la deuxième partie comprend une première zone présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils et une deuxième zone présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité supérieure à la première densité, la fréquence de liage dans la première zone étant supérieure à la fréquence de liage dans la deuxième zone. Cela permet d’adapter l’armure de tissage dans une même partie de la texture comprenant seulement deux couches de fils de trame, c’est-à-dire dans un même bord, lorsque la densité en fils de la deuxième pluralité de fils varie de manière significative. Dans un exemple de réalisation particulier de la texture fibreuse, chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la première zone et suivant une armure de type multi-satin dans la deuxième zone.
L’invention a également pour objet une aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, l’aube s’étendant suivant une direction longitudinale entre une portion de pied ou portion inférieure et un sommet d’aube ou une portion supérieure et, suivant une direction transversale, entre un bord d’attaque et un bord de fuite, caractérisée en ce que le renfort fibreux du corps d’aube est constituée par une texture fibreuse selon l’invention.
L’invention a encore pour objet un procédé de tissage d’une structure fibreuse destinée à former le renfort fibreux d’une aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, la structure fibreuse étant tissée en une seule pièce par tissage tridimensionnel ou multicouche entre une première pluralité de couches de fils ou torons s’étendant selon une direction longitudinale et une deuxième pluralité de couches de fils ou torons s’étendant selon une direction transversale, la texture comprenant une partie de pale d’aube s’étendant selon la direction transversale entre un premier bord correspondant à un bord d’attaque de l’aube et un deuxième bord correspondant à un bord de fuite de l’aube, le procédé comprenant le tissage d’une première partie avec au moins trois couches de fils de la première pluralité de fils et au moins trois couches de fils de la deuxième pluralité de fils, caractérisé en ce qu’il comprend en outre le tissage d’au moins une deuxième partie présente au niveau du premier ou deuxième bord de la partie de pale d’aube de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils, des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une fréquence de liage déterminée.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci comprend le tissage d’une deuxième partie présente au niveau du premier bord de la partie de pale d’aube de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils, des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une première fréquence de liage déterminée et le tissage d’une troisième partie présente au niveau du deuxième bord de la partie de pale d’aube de la texture fibreuse, la troisième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils, des fils des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une deuxième fréquence de liage, la deuxième partie présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils et la troisième partie présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité de fils supérieure à la première densité, la première fréquence de liage dans la deuxième partie étant supérieure à la deuxième fréquence de liage dans la deuxième zone. Dans un exemple de mise en oeuvre particulier du procédé, chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la deuxième partie et suivant une armure de type multi-satin dans la troisième partie.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la deuxième partie comprend une première zone présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils et une deuxième zone présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité supérieure à la première densité, la fréquence de liage dans la première zone étant supérieure à la fréquence de liage dans la deuxième zone. Dans un exemple de mise en oeuvre particulier du procédé, chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la première zone et suivant une armure de type multi-satin dans la deuxième zone.
La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite comprenant les étapes suivantes:
- réalisation d’une structure fibreuse conformément au procédé de tissage d’une structure fibreuse selon l’invention, - mise en forme de la structure fibreuse pour former une préforme fibreuse de l’aube à fabriquer,
- densification de la préforme fibreuse.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique illustrant le tissage tridimensionnel d'une structure fibreuse pour la fabrication d'une aube de moteur aéronautique conformément à un mode de réalisation de l'invention,
[Fig. 2A-2D] Les figures 2A à 2D représentent, suivant la coupe ll-ll sur la figure 1 , les différents plans successifs d'armure de tissage d’une portion de la structure fibreuse de la figure 1 destinée à former une partie du bord d’attaque de l’aube,
[Fig. 3A-3D] Les figures 3A à 3D représentent, suivant la coupe lll-lll sur la figure 1 , les différents plans successifs d'armure de tissage d’une portion de la structure fibreuse de la figure 1 destinée à former une partie du bord de fuite de l’aube,
[Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique en perspective d’une préforme fibreuse d’aube issue de la structure fibreuse de la figure 1 ,
[Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en perspective d’une aube en matériau composite obtenue par densification par une matrice de la préforme de la figure 4.
Description des modes de réalisation
L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de corps d’aube ou d’aubes en matériau composite réalisées à partir d’une texture fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche. Des exemples non limitatifs de telles aubes sont notamment les aubes de soufflante, les aubes directrices de sortie (appelées OGV pour « Outlet Guide Vane »), les aubes directrices d’entrée (appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »), les aubes à angle de calage variable (appelées V SV pour « Variable Stator Vane »), etc.
Un procédé de fabrication d’une structure fibreuse conforme à l’invention est décrit en relation avec la fabrication d’une aube de soufflante de turbomachine. La structure fibreuse de l’invention est obtenue par tissage tridimensionnel ou par tissage multicouche.
Par "tissage tridimensionnel" ou "tissage 3D", on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame.
Par "tissage multicouche", on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de tissu 2D classique, tel qu'une armure de type toile, satin ou sergé, mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de trame entre elles.
La réalisation de la structure fibreuse par tissage 3D ou multicouche permet d'obtenir une liaison entre les couches, donc d'avoir une bonne tenue mécanique de la structure fibreuse et de la pièce en matériau composite obtenue, en une seule opération textile.
Un exemple de tissage tridimensionnel est le tissage à armure interlock. Par "tissage à armure interlock", on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de chaîne lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Il peut être souhaitable d'utiliser des fils de natures chimiques différentes entre différentes parties de la structure fibreuse, notamment entre cœur et peau pour conférer des propriétés particulières à la pièce en matériau composite obtenue, notamment en termes de résistance à l'oxydation ou à l'usure.
Ainsi, dans le cas d'une pièce en matériau composite thermostructural à renfort de fibres réfractaires, on pourra utiliser une préforme avec des fibres de carbone dans le cœur et des fibres en céramique, par exemple en carbure de silicium (SiC), en surface afin d'accroître la résistance à l'usure et à l’oxydation de la pièce composite au niveau de cette partie de surface.
Un exemple de réalisation d'une structure fibreuse conformément à l'invention est maintenant décrit. Dans cet exemple, le tissage est réalisé sur un métier de type Jacquard.
La figure 1 montre très schématiquement une structure fibreuse 200 destinée à former le renfort fibreux d’une aube de moteur aéronautique. La structure fibreuse 200 est obtenue par tissage tridimensionnel, ou tissage 3D, ou par tissage multicouche réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils ou torons de chaînes 201 en une pluralité de couches, les fils de chaînes liant des fils ou torons de trame 202 également disposés en une pluralité de couches. Un exemple détaillé de réalisation d’une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d’une aube pour moteur aéronautique est notamment décrit en détails dans les documents US 7 101 154, US 7241 112 et WO 2010/061140.
La structure fibreuse 200 est tissée sous forme d'une bande s’étendant de façon générale dans une direction Dc correspondant à la direction des fils de chaîne 201 et de la direction longitudinale de l’aube à réaliser. La structure fibreuse présente une épaisseur suivant une direction De qui est variable à la fois dans la direction Dc et dans une direction DT perpendiculaire à la direction Dc et correspondant à la direction des fils de trame 202. Les variations d’épaisseur sont déterminées en fonction de l’épaisseur longitudinale et du profil de la pale de l’aube à réaliser. Dans sa partie destinée à former une préforme de pied, la structure fibreuse 200 présente dans la direction Dc une partie de surépaisseur 203 déterminée en fonction de l’épaisseur du pied de l’aube à réaliser. La structure fibreuse 200 se prolonge par une partie d’épaisseur décroissante 204 destinée à former l’échasse de l’aube puis par une partie 205 destinée à former la pale de l’aube. La structure fibreuse 200 est tissée en une seule pièce et doit présenter, après découpe des fils non tissés, la forme et les dimensions quasi-définitives de l’aube (« net shape »). A cet effet, dans les parties de variations d’épaisseur de la structure fibreuse, comme dans la partie d’épaisseur décroissante 204, la diminution d’épaisseur de la préforme est obtenue en retirant progressivement des couches de chaîne et de trame au cours du tissage.
La partie 205 présente dans la direction DT un profil à épaisseur variable entre son bord 205a destiné à former le bord d’attaque de l’aube et son bord 205b destiné à former le bord de fuite de l’aube à réaliser, une portion de surépaisseur (portion 212 sur la figure 1 ) étant présente entre les bords 205a et 205b.
La partie 205 comporte une première portion 212 constituant la majorité de la partie 205. La portion 212 est située entre une deuxième portion 210 et une troisième portion 211 correspondant respectivement aux bords 205a et 205b de la partie 205. La première portion 212 n’ayant pas besoin d’être fine, elle est réalisée par tissage tridimensionnel, entre au moins trois couches de fils de chaîne et au moins trois couches de fils de trame.
Conformément à l’invention, les bords 205a et 205b de la partie 205 présente chacun une épaisseur suivant la direction De significativement inférieure à celle de la portion 212 afin de permettre la formation d’une aube avec un bord d’attaque et un bord de fuite très fins. Plus précisément, les portions 210 et 211 sont tissées avec seulement deux couches de fils de chaîne et deux couches de fils de trame, ce qui permet d’atteindre une épaisseur minimale tout en conservant des propriétés mécaniques suffisantes pour assurer une tenue mécanique des bords d’attaque et de fuite de l’aube finale.
Toujours conformément à l’invention, dans les portions 210 et 211 , les fils des deux couches de fils de chaîne lient des fils des deux couches de fils de trame suivant une fréquence de liage déterminée afin de s’adapter à la densité de fils de trame dans la partie de la texture fibreuse considérée. Plus précisément, si la portion considérée comporte une faible densité en fils de trame qui se mesure par le nombre de fils de trame par centimètre et qui se matérialise par des colonnes de fils de trame plus espacées, on utilise une armure de tissage avec une fréquence de liage des fils de chaîne élevée afin d’éviter un tissage trop lâche nuisible à la tenue mécanique de l’aube finale. A l’inverse, si la portion considérée comporte une forte densité en fils de trame, on utilise une armure de de tissage avec une fréquence de liage des fils de chaîne moins élevée pour lier les fils de trame. A titre d’exemple non limitatif, la densité en fils de trame est considérée comme faible lorsqu’elle le nombre de fils de trame suivant la direction Dc et par couche de trame est inférieur ou égale à 3,33 fils de trame par centimètre tandis que la densité en fils de trame est considérée comme élevée lorsque le nombre de fils de trame est supérieur à 3,33 fils par centimètre.
Dans l’exemple décrit ici, la texture fibreuse 200 comporte une densité de fils de trame plus élevée dans la deuxième portion 210 correspondant au bord 205a de la partie 205 que dans la troisième portion 211 correspondant au bord 205b de la partie 205. Par conséquent, la portion 211 est tissée avec une armure de tissage ayant une fréquence de liage des fils de chaîne supérieure à la fréquence de liage de l’armure de tissage utilisée pour tisser la portion 210. Les figures 2A à 2D représentent les différents plans successifs d'une armure de tissage utilisée dans la portion 210 qui comprend deux couches de fils de trame Ti et T2. Les fils de chaîne 2011 et 2022 appartiennent respectivement à deux couches de fils de chaîne. L’armure de tissage correspond ici à une armure multi-sergé avec un pas de 4. Les fils de chaîne 2011 et 2012 représentés sur les figures 2A à 2D ont une fréquence de liage peu élevée en raison de la densité de fils de trame élevée dans la portion 210.
Les figures 3A à 3D représentent les différents plans successifs d'une armure de tissage utilisée dans la portion 211 qui comprend deux couches de fils de trame T3 et T4. Les fils de chaîne 2013 et 2024 appartiennent respectivement à deux couches de fils de chaîne. L’armure de tissage correspond ici à une alternance, c’est-à-dire un plan d’armure sur deux, entre une armure multi-toile et une armure multi-sergé avec un pas de 4. Les fils de chaîne 2013 et 2014 représentés sur les figures 3A ont 3D a une fréquence de liage élevée et supérieure à la fréquence de liage dans la portion 210 en raison de la densité de fils de trame moins élevée dans la portion 211.
Les armures de tissage représentées sur les figures 2A à 2D et 3A à 3D ne sont que des exemples d’armures ayant des fréquences de liage de fils de chaîne différentes adaptés à la densité de fils de trame. D’autres armures de tissage définies à partir d’une armure multi-sergé, d’une armure multi-toile, ou d’un mélange de ces deux types d’armure peuvent être utilisées.
Par ailleurs, dans une même portion de la texture fibreuse, comme par exemple la portion 210 ou la portion 211 , la densité en fils de trame peut varier notamment suivant la direction Dc. Dans ce cas, une première zone de cette portion présentant une faible densité en fils de trame est tissée avec une armure de tissage ayant une fréquence de liage des fils de chaîne élevée tandis qu’une deuxième zone de la même portion présentant une densité en fils de trame plus importante que dans la première zone est tissée avec une armure de tissage ayant une fréquence de liage des fils de chaîne inférieure à la fréquence de liage de l’armure dans la première zone.
Dans l’exemple décrit ici, la première portion 212 est tissée avec une armure interlock entre au moins trois couches de fils de chaîne et trois couches de fils de trame. La réduction d’épaisseur suivant la direction De des deuxième et troisième portions 210, 211 est obtenue en retirant progressivement des fils de trame et des fils de chaîne dans la première portion 212 au voisinage de sa jonction avec les des deuxième et troisième portions 210, 211 .
Une fois le tissage de la structure fibreuse 200 achevé, on découpe les fils non tissés au niveau des bordures de la structure. On obtient alors la préforme fibreuse 300 illustrée sur la figure 4 et tissée en une seule pièce. La préforme 300 comporte une partie de surépaisseur 303, correspondant à la partie 203 de la structure fibreuse 200, prolongée par une partie d’épaisseur décroissante 304 correspondant à la partie 204 de la structure fibreuse 200. La préforme 300 comprend également une partie de pale 305 correspondant à la partie 205 de la structure fibreuse 200 qui s’étend suivant la direction DT entre une partie de bord d’attaque 305a et une partie de bord de fuite 205b correspondant respectivement aux bords 205a et 205b de la structure fibreuse 200. La partie de pale 305 présente en outre suivant la direction DT une portion de surépaisseur 305e correspondant la portion 212 de la structure fibreuse 200. La partie de bord d’attaque 305a et la partie de bord de fuite 305b présentent suivant la direction De des épaisseurs e305a et e305b respectivement qui sont bien inférieures à l’épaisseur e305c de la portion de surépaisseur 305e.
On procède ensuite à la densification de la préforme fibreuse 300 afin de former une aube 10 en matériau composite illustrée sur la figure 5. La densification de la préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce à fabriquer consiste à combler la porosité de la préforme, dans tout ou partie du volume de celle-ci, par le matériau constitutif de la matrice. Cette densification peut être réalisée de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide (CVL) ou le procédé par voie gazeuse (CVI), ou le procédé d’injection de charge céramique (Slurry Cast) ou le procédé d’imprégnation d’un alliage de silicium (Ml ou RMI) ou encore suivant un enchaînement d’un ou plusieurs de ces procédés.
Le procédé par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine époxyde à hautes performances, éventuellement dilué dans un solvant. La préforme est placée dans un moule pouvant être fermé de manière étanche avec un logement ayant la forme de l’aube finale moulée. Ensuite, on referme le moule et on injecte le précurseur liquide de matrice (par exemple une résine) dans tout le logement pour imprégner toute la partie fibreuse de la préforme.
La transformation du précurseur en matrice, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur pour transformer la matrice en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC ou SiCN, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ), tandis que des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques. Plusieurs cycles consécutifs, depuis l'imprégnation jusqu'au traitement thermique, peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité.
Selon un aspect de l'invention, dans le cas notamment de la formation d’une matrice organique, la densification de la préforme fibreuse peut être réalisée par le procédé bien connu de moulage par transfert dit RTM ("Resin Transfert Moulding"). Conformément au procédé RTM, on place la préforme fibreuse dans un moule présentant la forme extérieure de la pièce à réaliser. Une résine thermodurcissable est injectée dans l'espace interne du moule qui comprend la préforme fibreuse. Un gradient de pression est généralement établi dans cet espace interne entre l'endroit où est injectée la résine et les orifices d'évacuation de cette dernière afin de contrôler et d'optimiser l'imprégnation de la préforme par la résine.
La densification de la préforme peut encore être réalisée par imprégnation de polymère et pyrolyse (PI P), ou par imprégnation d’une barbotine (« slurry cast »), contenant par exemple du SiC et des liants organiques, suivie d’une infiltration avec du silicium liquide (« Melt infiltration »).
La densification de la préforme fibreuse peut-être également réalisée, de façon connue, par voie gazeuse par infiltration chimique en phase vapeur de la matrice (CVI). La préforme fibreuse correspondant au renfort fibreux de l’aube à réaliser est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la préforme pour y former la matrice par dépôt, au cœur du matériau au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants, contrairement aux conditions de pression et températures propres aux procédés CVD ("Chemical Vapor Déposition") qui conduisent exclusivement à un dépôt à la surface du matériau.
La formation d’une matrice SiC peut être obtenue avec du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS tandis qu’une matrice carbone peut être obtenue avec des gaz hydrocarbures tels que méthane et/ou propane donnant le carbone par craquage.
Une densification combinant voie liquide et voie gazeuse peut être également utilisée pour faciliter la mise en œuvre, limiter les coûts et les cycles de fabrication tout en obtenant des caractéristiques satisfaisantes pour l'utilisation envisagée.
Les procédés de densification décrits ci-avant permettent de réaliser, à partir de la structure fibreuse de l’invention, principalement des pièces en matériau composite à matrice organique (CMO), à matrice carbone (C/C) et à matrice céramique (CMC).
Dans le cas de la réalisation d’une pièce en matériau composite oxyde/oxyde, la structure fibreuse est imprégnée avec une barbotine chargée de particules d’oxyde réfractaire. Après élimination de la phase liquide de la barbotine, la préforme ainsi obtenue est soumise à un traitement thermique afin de fritter les particules et obtenir une matrice d’oxyde réfractaire. L’imprégnation de la structure peut être réalisée avec des procédés utilisant un gradient de pression, comme les procédés de type moulage par injection dits « RTM » ou aspiration de poudre submicronique dits « APS ».
Après densification, on obtient une aube 10 en matériau composite qui, comme illustré sur la figure 5, comporte dans sa partie inférieure un pied 103 formé par la partie de surépaisseur 303 de la préforme fibreuse 300 qui se prolonge par une échasse 104 formée par la partie d’épaisseur décroissante 304 de la préforme 300 et une pale 105 formée par la partie de pale 305 de la préforme fibreuse 300. La pale 105 comporte un bord d’attaque 105a et un bord de fuite 105b correspondant respectivement aux parties de bord d’attaque 305a et de bord de fuite 305b de la préforme fibreuse 300 et une portion de surépaisseur 105e correspondant à la portion de surépaisseur 305e de la préforme fibreuse 300. Le bord d’attaque 105a et le bord de fuite 105b présentent une épaisseur très faible car le renfort fibreux dans ces parties de l’aube ne comprennent que deux couches de fils de trame liées entre elles par seulement deux couches de fils de trame comme expliqué précédemment. En outre, la tenue mécanique de ces parties de très faible épaisseur est optimisée en adaptant la fréquence de liage en fonction de la densité en fils de trame. La structure fibreuse et son procédé de fabrication selon la présente invention peuvent notamment être utilisés pour réaliser des aubes de turbomachine présentant une géométrie plus complexe que l’aube représentée sur la figure 5, comme des aubes comportant, en outre de celle de la figure 5, une ou plusieurs plateformes permettant de réaliser des fonction comme celles d’étanchéité de veine, d’anti-basculement, etc.. La structure fibreuse et son procédé de fabrication selon la présente invention peuvent par exemple être utilisés pour la fabrication de secteurs d’aube pour des distributeurs ou redresseurs de turbine à gaz.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Texture fibreuse (200) destinée à former le renfort fibreux d'une aube (10) de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, la texture étant en une seule pièce et présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre une première pluralité de couches de fils (201) ou torons s'étendant selon une direction longitudinale (Dc) et une deuxième pluralité de couches de fils (202) ou torons s'étendant selon une direction transversale (DT), la texture comprenant une partie de pale d'aube (205) s'étendant selon la direction transversale entre un premier bord (205a) correspondant à un bord d'attaque (105a) de l'aube et un deuxième bord (205b) correspondant à un bord de fuite (105b) de l'aube, ladite texture comprenant une première partie (212) avec au moins trois couches de fils de la première pluralité de fils et au moins trois couches de fils de la deuxième pluralité de fils, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une deuxième partie (210, 211) présente au niveau du premier ou deuxième bord (205a, 205b) de la partie de pale d'aube (205) de la texture fibreuse (200), la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils (201) et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), des fils (201i, 2012, 2013, 2014) des deux couches de fils de la première pluralité de fils (201) liant des fils de la deuxième pluralité de fils (202) sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une fréquence de liage déterminée.
[Revendication 2] Texture fibreuse selon la revendication 1, comprenant une deuxième partie (210) présente au niveau du premier bord (205a) de la partie de pale d'aube (205) de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils (201) et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), des fils (201i, 2012) des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une première fréquence de liage déterminée et une troisième partie (211) présente au niveau du deuxième bord (205b) de la partie de pale d'aube (205) de la texture fibreuse, la troisième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils
(201) et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), des fils (2013, 2014) des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une deuxième fréquence de liage, la deuxième partie (210) présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils
(202) et la troisième partie présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité de fils supérieure à la première densité, la première fréquence de liage étant supérieure à la deuxième fréquence de liage.
[Revendication 3] Texture fibreuse selon la revendication 2, dans laquelle chaque fil de la première pluralité de fils (201) lie des fils de la deuxième pluralité de fils (202) suivant une armure de type multi-toile dans la deuxième partie et suivant une armure de type multi-satin dans la troisième partie.
[Revendication 4] Texture fibreuse selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite au moins une deuxième partie comprend une première zone présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils et une deuxième zone présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité supérieure à la première densité, la fréquence de liage dans la première zone étant supérieure à la fréquence de liage dans la deuxième zone.
[Revendication 5] Texture fibreuse selon la revendication 4, dans laquelle chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la première zone et suivant une armure de type multi-satin dans la deuxième zone.
[Revendication 6] Aube en matériau composite (10) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, l'aube s'étendant suivant une direction longitudinale (Dc) entre une portion de pied ou portion inférieure (103) et un sommet d'aube ou une portion supérieure (105e) et, suivant une direction transversale (DT), entre un bord d'attaque (105a) et un bord de fuite (105b), caractérisée en ce que le renfort fibreux du corps d'aube est constituée par une texture fibreuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
[Revendication 7] Procédé de tissage d'une structure fibreuse (200) destinée à former le renfort fibreux d'une aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, la structure fibreuse étant tissée en une seule pièce par tissage tridimensionnel ou multicouche entre une première pluralité de couches de fils ou torons (201) s'étendant selon une direction longitudinale (Dc) et une deuxième pluralité de couches de fils ou torons (202) s'étendant selon une direction transversale (DT), la texture comprenant une partie de pale d'aube (205) s'étendant selon la direction transversale entre un premier bord (205a) correspondant à un bord d'attaque (105a) de l'aube et un deuxième bord (205b) correspondant à un bord de fuite (105b) de l'aube, le procédé comprenant le tissage d'une première partie (212) avec au moins trois couches de fils de la première pluralité de fils (201) et au moins trois couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), caractérisé en ce qu'il comprend en outre le tissage d'au moins une deuxième partie (201, 211) présente au niveau du premier ou deuxième bord (205a, 205b) de la partie de pale d'aube de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils (201) et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), des fils (201i, 2012, 2013, 2014) des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une fréquence de liage déterminée.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, comprenant le tissage d'une deuxième partie (210) présente au niveau du premier bord (205a) de la partie de pale d'aube (205) de la texture fibreuse, la deuxième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils (201) et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), des fils (201i, 2012) des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une première fréquence de liage déterminée et une troisième partie (211) présente au niveau du deuxième bord (205b) de la partie de pale d'aube (205) de la texture fibreuse, la troisième partie comportant seulement deux couches de fils de la première pluralité de fils
(201) et deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils (202), des fils (2013, 2014) des deux couches de fils de la première pluralité de fils liant des fils de la deuxième pluralité de fils sur les deux couches de fils de la deuxième pluralité de fils suivant une deuxième fréquence de liage, la deuxième partie (210) présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils
(202) et la troisième partie présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité de fils supérieure à la première densité, la première fréquence de liage étant supérieure à la deuxième fréquence de liage.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, dans lequel chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la deuxième partie et suivant une armure de type multi-satin dans la troisième partie.
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel ladite au moins une deuxième partie comprend une première zone présentant une première densité en fils de la deuxième pluralité de fils et une deuxième zone présentant une deuxième densité en fils de la deuxième pluralité supérieure à la première densité, la fréquence de liage dans la première zone étant supérieure à la fréquence de liage dans la deuxième zone.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 10, dans lequel chaque fil de la première pluralité de fils lie des fils de la deuxième pluralité de fils suivant une armure de type multi-toile dans la première zone et suivant une armure de type multi-satin dans la deuxième zone.
[Revendication 12] Procédé de fabrication d'une aube (10) en matériau composite comprenant les étapes suivantes: réalisation d'une structure fibreuse (200) conformément au procédé de tissage d'une structure fibreuse selon l'une quelconque des revendications 7 à , mise en forme de la structure fibreuse pour former une préforme fibreuse 300 de l'aube à fabriquer, densification de la préforme fibreuse.
EP22711271.1A 2021-03-03 2022-03-01 Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin Pending EP4301917A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2102044A FR3120325B1 (fr) 2021-03-03 2021-03-03 Texture fibreuse pour aube en matériau composite à bord fin
PCT/FR2022/050365 WO2022185007A1 (fr) 2021-03-03 2022-03-01 Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4301917A1 true EP4301917A1 (fr) 2024-01-10

Family

ID=77519145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22711271.1A Pending EP4301917A1 (fr) 2021-03-03 2022-03-01 Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4301917A1 (fr)
CN (1) CN116940724A (fr)
FR (1) FR3120325B1 (fr)
WO (1) WO2022185007A1 (fr)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2861143B1 (fr) 2003-10-20 2006-01-20 Snecma Moteurs Aube de turbomachine, notamment aube de soufflante et son procede de fabrication
FR2939129B1 (fr) 2008-11-28 2014-08-22 Snecma Propulsion Solide Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication.
US9664053B2 (en) * 2014-02-12 2017-05-30 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Integral textile structure for 3-D CMC turbine airfoils
FR3087701B1 (fr) * 2018-10-30 2021-11-26 Safran Aircraft Engines Hybridation des fibres du renfort fibreux d'une aube de soufflante

Also Published As

Publication number Publication date
CN116940724A (zh) 2023-10-24
FR3120325B1 (fr) 2023-11-03
FR3120325A1 (fr) 2022-09-09
WO2022185007A1 (fr) 2022-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2349687B1 (fr) Procede de fabrication de piece de forme complexe en materiau composite
EP2707577B1 (fr) Rotor de turbomachine comprenant des aubes en materiau composite avec talon rapporte
EP2707578B1 (fr) Aube de turbomachine composite avec pied integre
EP2349688B1 (fr) Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication
CA2758077C (fr) Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite
EP3259123B1 (fr) Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite
EP3830056B1 (fr) Procédé de fabrication d'une piece en cmc
EP2791405B1 (fr) Structure fibreuse de renfort de pieces en materiau composite a portion d'epaisseur reduite
CA2858926C (fr) Structure fibreuse avec fils a titre variable
FR3040909A1 (fr) Preforme fibreuse pour aube de turbomachine en materiau composite et procede de fabrication d'une telle preforme
EP3259390B1 (fr) Structure fibreuse de renfort de pièces en matériau composite a forte variation d'épaisseur
EP3996892B1 (fr) Procédé de fabrication d'une préforme fibreuse de renfort de pièces en matériau composite a forte variation locale d'épaisseur
WO2022185007A1 (fr) Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin
FR3082854A1 (fr) Structure fibreuse et piece en materiau composite incorporant une telle structure
WO2021001611A1 (fr) Structure fibreuse de renfort de pieces en materiau composite a epaisseur variable
US20240133086A1 (en) Fibrous texture for a thin-edged composite blade
WO2024110703A1 (fr) Ebauche fibreuse avec une variation d'epaisseur presentant des croisements de fils
WO2022184999A1 (fr) Procede de tissage tridimensionnel ou multicouche d'une structure fibreuse et structure fibreuse presentant un tissage tridimensionnel ou multicouche

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230925

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR