EP4429842A1 - Procédé de fabrication d'un dispositif de protection métallique du bord d'attaque d'une aube intégrant un système de dégivrage et dispositif de protection obtenu par ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'un dispositif de protection métallique du bord d'attaque d'une aube intégrant un système de dégivrage et dispositif de protection obtenu par ce procédé

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EP4429842A1
EP4429842A1 EP22834672.2A EP22834672A EP4429842A1 EP 4429842 A1 EP4429842 A1 EP 4429842A1 EP 22834672 A EP22834672 A EP 22834672A EP 4429842 A1 EP4429842 A1 EP 4429842A1
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EP
European Patent Office
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protection device
leading edge
intrados
extrados
resistive element
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Pending
Application number
EP22834672.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Michel Patrick Maurice Franchet
Thierry Claude Henri Godon
Jérôme HOBIER
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Safran SA
Original Assignee
Safran SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
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    • B23P15/04Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
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    • F01D25/02De-icing means for engines having icing phenomena
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    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
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    • F05D2300/171Steel alloys
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    • F05D2300/10Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17Alloys
    • F05D2300/174Titanium alloys, e.g. TiAl

Definitions

  • TITLE Process for manufacturing a metal protection device for the leading edge of a blade incorporating a de-icing system and protection device obtained by this process
  • the present invention relates to a method of manufacturing a metal protective device for the leading edge of a composite material compressor blade of an aeronautical machine, this protective device incorporating a de-icing system.
  • the invention also relates to a metal protection device obtained by this method.
  • the invention finds applications in the field of the protection of the rotating parts of aeronautical machines. It finds applications in particular in the field of protection against frost of turbojet compressor blades.
  • turbofan engine In aeronautics, rotating machines are constantly evolving to become more and more efficient.
  • the turbofan engine (or “turbofan” in Anglo-Saxon terms) is one of these developments.
  • the thrust is obtained by the ejection of both hot gases and a flow of cold air.
  • the air entering at the front of the turbojet is divided into two parts which follow two distinct paths before joining at the outlet: the primary flow which enters the heart of the engine where it is heated before being ejected and the secondary flow which is diverted to the periphery of the engine core.
  • a dual-flow turbojet is therefore characterized by its bypass ratio, that is to say the ratio of the mass of the secondary flow to the primary flow.
  • This accretion, or accumulation, of ice generates several disadvantages including: imbalance caused by the mass of ice on the blades of the fan, degradation of the aerodynamic performance of the fan and of the OGV by alteration of the aerodynamic surfaces, and/ or damage (downstream of the engine or on the aircraft) caused by the release of the ice projectile.
  • the techniques of protection by de-icing are of two kinds.
  • One of these techniques consists of supplying hot air taken from further downstream in the engine and reinjected via channels into the rooms to be defrosted. Not only is this technique complex to implement, but it also has a direct impact on engine performance because part of the hot flow is diverted for defrosting and is no longer found in the form of thrust at the level of the primary flow.
  • the other of these techniques consists in using electrothermal heating, of the heating mat type, an example of which is represented in FIGS. 1 A and 1 B.
  • This heating mat 40 can be positioned either outside the fan blade O or the OGV, as shown in Figure 1A, or between the composite material part 30 of the fan blade or the OGV and a metal protection device 20 for the leading edge of said blade or of said OGV, as shown in FIG. 1B.
  • the fan blades and the OGVs 10 of the turbojet engines are often made mainly of composite material.
  • these fan and OGV blades - subsequently generalized under the term "blades" - are subject to significant mechanical stresses due to their speed of rotation and the aerodynamic load they support. These blades must also resist possible impacts from particles or foreign bodies that would penetrate the air stream of the machine. It is therefore necessary to at least partially protect these blades made of composite material.
  • the protection is located at the location of the leading edge of the blade made of composite material 30. For this, this leading edge is covered with a metal part, called a protection device 20, which envelops the end of said blade.
  • FIG. 2 An example of such a metal protection device 20 is shown in FIG. 2, exploded view, with the leading edge 30 of the blade made of composite material.
  • the metal protection device 20 is mounted around the leading edge 30 of the blade made of composite material, said leading edge is protected from most mechanical stresses and impacts by said protection device 20.
  • the resistance to erosion of the blade is ensured by an elastomeric anti-abrasion film.
  • the protection against frost has a first harmful consequence on the aerodynamic and aero-acoustic performance of the blade due in particular to the increase in the thickness of its leading edge and a second harmful consequence on the shape tolerance of the leading edge after installation of the heating mat (timing, skew, etc.).
  • the heating mat 40 When the heating mat 40 is positioned between the vane made of composite material 30 and the metal protection device 20, the heating mat 40 must be thin and installed deep in the protection device 20. The installation of the heating mat 40 is therefore delicate. and difficult to implement. It is, moreover, it is not possible to completely de-ice the nose 15 of the blade 10, that is to say the tip of the protection device 20, which cannot be covered because of the size.
  • the applicant proposes a metal protection device for the leading edge of a blade made of composite material, incorporating a electrothermal heating in the form of a resistive element.
  • the applicant also proposes a method of manufacturing this protection device.
  • the invention relates to a method for manufacturing a metal protection device for a leading edge of a blade made of composite material for a turbojet engine, comprising the operations of: a) shaping , by stamping, of an intrados sheet and an extrados sheet, b) producing a core having a shape identical to the shape of the leading edge of the blade, c) positioning the core between the intrados and extrados, d) placing the assembly under vacuum and closing it by welding, e) assembling the assembly by hot isostatic compression, f) cutting the assembly and extracting the core, g) final machining to obtain a device for protection with a predefined profile,
  • operation a) comprises machining, on an internal face of at least one of the intrados and extrados sheets, at least one groove adapted to receive a resistive element and, on the other hand, operation c) comprises the positioning of a resistive element in the groove, the resistive element forming an electrothermal heater integrated in the metal protection device of the leading edge of the 'dawn.
  • resistive will be interpreted, in the description and the claims, in its electrical sense, as an element with electrical resistance generating a production of energy in the form of heat.
  • This process has the advantage of being relatively simple to implement since it partially uses a manufacturing process already implemented for the manufacture of metal protection devices for the blades or OGV in composite material. It also has the advantage of ensuring good heat distribution along the leading edge of the blade.
  • the manufacturing method according to one aspect of the invention may have one or more additional characteristics from among the following, considered individually or according to all technically possible combinations: 'operation a) comprises the machining of a network of grooves comprising an even number of grooves.
  • the groove is machined in a welding zone of the intrados or extrados sheet, over at least part of the width of the protection device.
  • the resistive element is a heating cable comprising at least one thermally conductive metal wire, housed in an insulating sheath.
  • the thermally conductive wire is in a nickel-chromium alloy.
  • the insulating sheath is made of a substantially inert material, having a melting point above 1050°C and no phase change in a range between 20°C and 1050°C and having a thermal expansion close to a material in which the intrados and extrados sheets are formed.
  • the insulating sheath is made at least partially of a corrosion-resistant material.
  • the corrosion resistant material is a titanium alloy or stainless steel.
  • the heating cable has a layer of magnesium oxide placed between the thermally conductive wire and the insulating sheath.
  • the invention relates to a device for metal protection of a leading edge of a blade made of composite material for a turbojet engine, characterized in that it comprises: an upper surface plate and an upper surface plate assembled with each other and forming an internal cavity adapted to envelop the leading edge of the blade, and a resistive element integrated in an internal face of at least one of the intrados and extrados sheets.
  • This protection device has the advantage of integrating the defrosting system within the device so that the heat source of this system is internal. This avoids the risk of heat loss that usually occurs when the systems are put back.
  • the fact that the de-icing system is internal to the protection device also makes it possible to keep the aerodynamics of the part intact.
  • the protection device is obtained by the method as defined previously.
  • the resistive element is housed in a contact zone between the intrados sheet and the extrados sheet, in a tip of said protection device.
  • the protection device comprises one or more of the characteristics mentioned above for the method, such as the fact that the resistive element is housed in a groove machined in the welding zone of the intrados or extrados sheet metal, that the resistive element is a heating cable comprising at least one thermally conductive metal wire, housed in an insulating sheath, that the thermally conductive wire is in a nickel-chromium alloy, that the insulating sheath is made at least partially in a heat-resistant material corrosion, that the corrosion-resistant material is a titanium alloy or stainless steel, that the heating cable has a layer of magnesium oxide placed between the thermally conductive wire and the insulating sheath and/or that the insulating sheath is made of a substantially inert material, having a melting point above 1050°C and no phase change in a range between 20°C and 1050°C and having a thermal expansion close to a material from which the sheets are formed intrados and extrados.
  • the invention relates to a turbojet engine blade, comprising a leading edge made of composite material and a metal protection device enveloping said leading edge, characterized in that the protection device comprises a tip in which is housed a resistive element, said resistive element extending along the leading edge made of composite material.
  • the invention relates to a turbojet engine, characterized in that it comprises a plurality of blades as defined above.
  • Figure 1 A and Figure 1 B already described, show sectional views of two modes of installation of a heating mat in a turbojet engine blade, according to the state of the art;
  • Figure 2 already described, shows a cross-sectional view of a metal protection device for a blade made of composite material according to the state of the art
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of a metal protection device according to the invention
  • Figure 4 shows, in the form of a functional diagram, the various operations of the method of manufacturing the metal protection device according to the invention
  • FIG 5 schematically shows perspective views of the various parts used in the manufacture of the metal protection device of Figure 3;
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of the compacted assembly obtained during the process of Figure 4 with the parts of Figure 5.
  • FIG. 3 An example of a metal protection device according to the invention, suitable for protecting the leading edge of a blade made of composite material, is shown in Figure 3.
  • This metal protection device 120 is designed to both enveloping the leading edge 130 of the blade in composite material (hereinafter called “leading edge in composite material”) and integrating a de-icing system 200 of the electrothermal type. Once mounted, the metal protection device 120 forms, with the leading edge 130 made of composite material, the leading edge of the blade 100.
  • Figure 3 therefore shows the protection device 120 according to the invention, mounted on the leading edge 130 of composite material.
  • This protection device 120 is a metal part in which is housed a de-icing system 200 which extends along the leading edge 130 made of composite material.
  • the metal protection device 120 according to the invention is formed in part by following the manufacturing process disclosed in patent FR2957545 filed in the name of the applicant.
  • the process disclosed in this patent uses a so-called “core-shaping” technique making it possible to simultaneously manufacture two metal protection devices 120 so as in particular to reduce manufacturing costs.
  • the process according to the invention integrates the installation of a de-icing system during the operations of the shaping process on the core.
  • This method according to the invention will be described with reference to FIG. 4 which represents the different stages of the method in a functional form and to FIG. 5 which represents the different parts used for the implementation of the method.
  • This method 300 firstly comprises an operation 310 for shaping an intrados sheet 122 and an extrados sheet 121.
  • This shaping of the intrados 122 and extrados 121 sheets is carried out by stamping in order to preform said sheets so that their shapes approximate the shape, respectively, of the lower surface and the upper surface of the leading edge of the blade.
  • An example of an extrados sheet 121, after shaping, is shown in part A of figure 5.
  • An example of an intrados sheet 122, after shaping, is shown in part B of figure 5.
  • These intrados and extrados sheets can be, for example, made of a titanium base alloy (for example TA6V) or of stainless steel (for example 304L).
  • the method 300 then includes an operation 320 for machining at least one groove on at least one internal face of one of the extrados 121 or intrados 122 sheets.
  • the groove or grooves are made in the surface of at least one of the intrados and extrados sheets, in a so-called welding zone.
  • This welding zone for example zone 122a in part D of FIG. 5, is the diffusion zone of the two sheets, that is to say the zone by which the intrados 121 and extrados 122 sheets will be assembled the to each other after the assembly operations described below.
  • the number, profile and dimensions of the grooves are defined according to the surface density of power to be passed through the de-icing system.
  • a single groove may suffice; preferably, several grooves are machined to form an array of grooves.
  • the number of grooves is advantageously even so that the resistive element which will be inserted into the grooves can have an input and an output close to each other. Regardless of their number, the grooves are machined so that they are more or less parallel to each other.
  • the resistive element is of a relatively large diameter, for example a diameter of the order of 1 to 5 mm
  • grooves can be machined both in the extrados sheet and the sheet intrados, the grooves of each sheet being designed to face each other when the two sheets are assembled.
  • the method 300 then includes an operation 330 of manufacturing a core 123 having a shape identical to the shape of the leading edge 130 of composite material.
  • This core 123 for example made of refractory nickel base alloy, has a shape identical to the shape of the leading edge 130 made of composite material.
  • This core 123 is designed to allow the production, in the metal protection device 120, of an internal cavity 128 having a shape adapted to the external shape of the leading edge 130 made of composite material.
  • One of the faces of the core 123 like the face 123a shown in drawing E of FIG. 5, reproduces the internal face of the upper surface of the leading edge 130 in composite material, the other face, like the face 123b in drawing E of FIG. 5, reproduces the inner face of the lower surface of the leading edge 130 in composite material.
  • the two faces 123a, 123b meet at the tip of the core 123 in a radius reproducing the internal shape of the leading edge 130 made of composite material.
  • the method 300 then comprises an operation 340 for positioning the core 123 between the intrados sheet 122 and the extrados sheet 121 and a positioning operation 350 of the resistive element 210 in the groove of one of the sheets 121 or 122
  • the resistive element 210 can, for example, be a thermally conductive wire or cable, which extends over the entire length of each of the grooves, looping back at the end of each groove to extend again into the groove. next.
  • the resistive element 210 is a heating cable made of copper and mineral insulation, installed in the grooves of the lower sheet, that is to say the sheet positioned below the core 123 (for example the intrados sheet 122 in the example of Figure 5).
  • the operations 340 and 350 for positioning the core 123 and the resistive element 210 can be carried out in a predefined order (for example positioning of the resistive element before positioning of the core or vice versa), the order of positioning depending, for example, the choice of sheet 121 or 122 comprising the grooves.
  • the resistive element 210 has been positioned in the grooves of one of the sheets (for example the intrados sheet 122 in the case of FIG. 5) and the core 123 has been positioned above said sheet, the another sheet (for example the extrados sheet 121 in the case of Figure 5) is placed above the core 123.
  • the method 300 then comprises an operation 360 for placing under vacuum and securing the assembly formed by the core 123, the intrados 122 and extrados 121 sheets and the resistive element 210.
  • This securing of the assembly ensures a sealed closure of the assembly. It can be produced by welding - for example welding by electron beam (EF) - of the welding zone of the two intrados 122 and extrados 121 sheets, said welding zone extending over the entire periphery of the two sheets.
  • EF electron beam
  • an uninterrupted weld bead can be laid beforehand along the side edges of the intrados and extrados sheets as well as on their transverse edges, so that the core 123 is completely surrounded.
  • the intrados 122 and extrados 121 sheets must be assembled in a sealed manner so that, during the following compaction operation, the gas which exerts pressure on the assembly to "conform" the sheets does not penetrate into said assembly (if the gas penetrated inside the assembly, there would be equal pressure between the inside and the outside of the assembly, this which would prevent the shaping of the sheets on the core as well as the welding by diffusion of the sheets to one another in the contact zones and in particular at the level of the nose of the protection device).
  • Electron beam welding which is carried out under vacuum, has the advantage of combining the vacuum and sealing of the assembly in a single operation.
  • TIG Tungsten Inert Gas
  • the process 300 then includes an assembly operation 370 of the assembly by hot isostatic compression.
  • This operation of isostatic compression, or compaction, of the assembly makes it possible to consolidate the joining of said assembly by diffusion welding of the intrados 122 and extrados 121 sheets in the areas where said intrados 122 and extrados 121 sheets are in contact. It also allows the intrados 122 and extrados 121 sheets to be shaped around the core 123 so that the internal surface of the assembly formed by the two sheets 121, 122 joined together takes the shape of the core 123.
  • the operation 370 of hot isostatic compression can, for example, be conducted at a temperature of approximately 940° C., in the case of TA6V titanium alloy sheets. Indeed, at this temperature, the metal is relatively soft and can creep under the action of the pressure (approximately 1000 bars) applied to it, the two intrados and extrados sheets deforming to perfectly match the shape of the core 123 and remove residual spaces.
  • the intrados sheet 122 and the extrados sheet 121 match the shape of the core 123 and form a compacted assembly 125, like that shown in Figure 6.
  • the compacted assembly 125 corresponds to all the parts of drawing E of the figure 5, welded and compressed.
  • This compacted assembly 125 also corresponds to a protection device, before final machining.
  • An operation 380 of cutting this compacted assembly 125, obtained at the end of operation 370, is then carried out to extract the core 123.
  • This operation 380 consists in cutting, along a longitudinal axis MM, the intrados sheets and extrados of the compacted assembly 125.
  • the cutting of the compacted assembly 125 can, for example, be carried out by laser cutting with elimination of the excess part of the assembly.
  • the core 123 can be extracted from said assembly by partially cutting out the periphery of the core 123 and detaching the core and the sheets from the assembly. Once the core 123 has been extracted, the protection device 120 is obtained.
  • a final machining operation 390 is carried out to finalize the external profile of said protection device and obtain a protection device 120 with an integrated resistive element and the desired profile.
  • the ends of the resistive element 210 of the protection device 120 open out only on part of the leading edge, for example the lower part closest to the axis. turbojet engine.
  • the resistive element 210 can thus be connected by suitable connectors to an electrical source.
  • the protection device 120 obtained by the method 300 thus comprises a de-icing system 200 integrated into the nose of the leading edge of the blade 100.
  • the de-icing system extends, as shown in FIG. 3, the along the nose of the leading edge 130 made of composite material, in the tip 129 of the protective device 120, over substantially the entire width I of said protective device.
  • the de-icing system 200, and in particular the resistive element 210 is housed inside the protection device 120 in the contact zone between the intrados skin formed by the intrados sheet 122 and the extrados skin formed by the extrados plate 121 .
  • the heating elements of the de-icing system 200 are thus at the edge of the internal cavity 128 of the protection device 120 intended to receive the leading edge 130 made of composite material and therefore in the immediate vicinity of the leading edge 130 made of composite material.
  • the de-icing system 200 must be sized according to the necessary surface power density (of the order of 1 to 10 W.cm-2 for example).
  • the de-icing system 200 can comprise one or more resistive elements 210 which heat, by conduction, the surface to be de-iced of the blade 100 via the circulation of a direct current (Joules effect).
  • the resistive element 210 can be deployed over the entire width I of the tip 129 of the protection device 120 or only over part of this width, the tip 129 of the protection device being the zone where the intrados sheet 122 and the extrados sheet 121 are in contact with each other.
  • a single length of resistive element 210 can be installed or several lengths which form a network in the form of turns.
  • the resistive element 210 forms at least one turn, that is to say it comprises at least one round trip, so that its two ends are located on the same end of the protection device 120, preferably the end closest to the base of the blade in order to facilitate the electrical connection.
  • Resistive elements such as resistive element 210 shown in Figure 5, preferably satisfy several conditions. Indeed, in addition to the resistive qualities specific to heat transfer, the material(s) constituting the resistive element must:
  • the hot isostatic pressing operation 370 is carried out at temperatures of the order of 850° C. to 1000° C. for a titanium metal protective device and at temperatures l 950°C to 1050°C for a stainless steel metal protection device. It is necessary that the material(s) constituting the resistive element remain in a solid state throughout the manufacturing cycle.
  • the material that constitutes the outer casing of the resistive element must be as inert as possible, at isostatic compression temperatures, with respect to the metallic material of the intrados and extrados sheets (for example TA6V or 304L stainless steel). Indeed, a strong local contamination of the metallic material of the protection device could lead to excessive mechanical reductions on said material, and become prohibitive.
  • the resistive element must have a thermal expansion close to the metal alloys of the protection device (of the order of 10 x 10 -° 6 for titanium and 17 x 1 O' 06 for stainless steel) so that the contact is the best possible between said resistive element and the material of the metal protection device.
  • the external skins of the material of the protection device - that is to say the intrados skin and the extrados skin - and the resistive element are in perfect contact but, during cooling, if the coefficient of expansion of the resistive element is much higher than the material of the metallic protective device, the two materials can separate and a vacuum can be created between them on returning to ambient temperature, which would reduce the conduction of the heat between said resistive element and said protection device during operation.
  • the resistive element can mainly consist of a nickel- chromium: such a nickel-chromium alloy remains in the solid state up to 1400° C. and its coefficient of thermal expansion is of the order of 15 ⁇ 1 O 06 .
  • the resistive element when the resistive element is a heating cable, the latter may comprise a mineral insulator surrounding a thermally conductive wire made of highly resistant metal, such as nickel-chromium, which converts electrical energy into heat.
  • Thermally conductive wire, or conductive wire can also be insulated with high quality magnesium oxide and then covered with a conventionally corrosion resistant sheath material such as inconel 600, stainless alloy or stainless steel.
  • the external sheath of the resistive element can be made of stainless steel.
  • the external sheath of the resistive element In the case of a titanium protection device, the external sheath of the resistive element can be made of titanium alloy. The compatibility of the alloys in contact during isostatic compression is then total.
  • the protective device according to the invention and its method of manufacture comprise various variants, modifications and improvements which will appear obvious to those skilled in the art, it being understood that these variations, modifications and improvements are part of the scope of the invention.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un dispositif de protection métallique du bord d'attaque d'une aube intégrant un système de dégivrage et dispositif de protection obtenu par ce procédé L'invention concerne un procédé (300) de fabrication d'un dispositif de protection métallique (120) d'un bord d'attaque (130) d'une aube en matériau composite pour turboréacteur, comportant les opérations de : - a) mise en forme (310) d'une tôle intrados (122) et d'une tôle extrados (121) et usinage (320) d'au moins une rainure adaptée pour recevoir un élément résistif (210), - b) réalisation (330) d'un noyau (123) ayant une forme identique à la forme du bord d'attaque de l'aube, - c) positionnement (340) du noyau (123) entre les tôles intrados (122) et extrados (121) et positionnement (350) de l'élément résistif (210) dans la rainure, - d) mise sous vide (360) et fermeture de l'ensemble par soudage, - e) assemblage (370) de l'ensemble par compression isostatique à chaud, - f) découpe (380) de l'ensemble et extraction du noyau, - g) usinage final (390) pour obtenir un dispositif de protection avec un profil prédéfini.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication d’un dispositif de protection métallique du bord d’attaque d’une aube intégrant un système de dégivrage et dispositif de protection obtenu par ce procédé
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif de protection métallique du bord d’attaque d’une aube de compresseur en matériau composite d’une machine aéronautique, ce dispositif de protection intégrant un système de dégivrage. L’invention concerne également un dispositif de protection métallique obtenu par ce procédé.
[0002] L’invention trouve des applications dans le domaine de la protection des pièces tournantes de machines aéronautiques. Elle trouve en particulier des applications dans le domaine de la protection contre le givre des aubes de compresseur de turboréacteurs.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] En aéronautique, les machines tournantes ne cessent d’évoluer pour devenir de plus en plus performantes. Le turboréacteur à double flux (ou « turbofan » en termes anglo-saxons) fait partie de ces évolutions. Dans un tel turboréacteur à double flux, la poussée est obtenue par l’éjection à la fois des gaz chauds et d’un flux d’air froid. En effet, l'air entrant à l’avant du turboréacteur se divise en deux parties qui suivent deux parcours distincts avant de se rejoindre à la sortie : le flux primaire qui pénètre au cœur du moteur où il est chauffé avant d’être éjecté et le flux secondaire qui est dérivé en périphérie du cœur du moteur. Un turboréacteur à double flux se caractérise donc par son taux de dilution, c'est-à-dire le rapport de la masse du flux secondaire sur le flux primaire.
[0004] Sous l’impulsion des évolutions des normes environnementales, de nouvelles architectures de moteurs d’avions sont envisagées. Toutes ces nouvelles architectures proposent une augmentation importante du taux de dilution, ce qui conduit à des dimensions de la soufflante, ou module fan, très importantes. Ces nouvelles architectures comprennent alors un réducteur qui permet de limiter les vitesses de rotation de la soufflante afin de conserver des vitesses acceptables au sommet des aubes de soufflante (de l’ordre de Mach 1 ). Ces soufflantes dites « lentes » du fait de la faible vitesse de rotation des aubes de soufflante et de l’immobilité des aubes directrices de sortie, ou OGV pour « Outlet Guide Vane » en termes anglo-saxons, sont sujettes à une accrétion de glace sur lesdites aubes de soufflantes et les OGV. Cette accrétion, ou accumulation, de glace engendre plusieurs inconvénients dont : un balourd provoqué par la masse de la glace sur les aubages de la soufflante, une dégradation des performances aérodynamiques de la soufflante et de l’OGV par altération des surfaces aérodynamiques, et/ou des endommagements (sur l’aval du moteur ou sur l’avion) provoqués par le lâcher du projectile de glace.
[0005] En conséquence, pour éviter l’accrétion de glace, les nouvelles architectures de moteur cherchent à protéger les aubes de soufflante et les OGV du moteur contre l’accumulation du givre.
[0006] Actuellement, deux types de protection contre le givrage des pièces de turboréacteurs sont connues : la protection par antigivrage qui permet d’éviter toute accrétion de glace sur les pièces. Ce type de protection contre le givre utilise des revêtements dits « glaciophobes » dont le niveau de maturité est encore faible à ce jour ; et la protection par dégivrage qui permet de limiter la masse de glace accrétée sur les pièces de sorte que ladite masse de glace se détache en faible quantité par la force centrifuge lors de la rotation du moteur.
[0007] Les techniques de protection par dégivrage, matures à ce jour, sont de deux natures. L’une de ces techniques consiste en un apport d’air chaud prélevé plus en aval dans le moteur et réinjecté via des canaux dans les pièces à dégivrer. Non seulement cette technique est complexe à mettre en œuvre mais en plus elle a un impact direct sur le rendement du moteur car une partie du flux chaud est détournée pour le dégivrage et ne se retrouve plus sous forme de poussée au niveau du flux primaire. L’autre de ces techniques consiste à utiliser un chauffage électrothermique, de type tapis chauffant, dont un exemple est représenté sur les figures 1 A et 1 B. Ce tapis chauffant 40 peut être positionné soit à l’extérieur de l’aube de soufflantel O ou de l’OGV, comme représenté sur la figure 1A, soit entre la partie en matériau composite 30 de l’aube de soufflante ou de l’OGV et un dispositif de protection métallique 20 du bord d’attaque de ladite aube ou dudit OGV, comme représenté sur la figure 1 B.
[0008] Il est rappelé que, pour des raisons de masse et de coûts, les aubes de soufflante et les OGV 10 des turboréacteurs sont souvent réalisés majoritairement en matériau composite. Cependant, ces aubes de soufflantes et OGV - généralisés par la suite sous le terme d’« aubes » - sont soumis à d'importantes contraintes mécaniques dues à leur vitesse de rotation et à la charge aérodynamique qu'elles supportent. Ces aubes doivent aussi résister aux éventuels impacts de particules ou de corps étrangers qui pénétreraient dans la veine d'air de la machine. Il est donc nécessaire de protéger au moins en partie ces aubes en matériau composite. Généralement, la protection est localisée à l’endroit du bord d'attaque de l’aube en matériau composite 30. Pour cela, ce bord d’attaque est recouvert d’une pièce métallique, appelée dispositif de protection 20, qui enveloppe l’extrémité de ladite aube. Un exemple d’un tel dispositif de protection métallique 20 est représenté sur la figure 2, en éclaté, avec le bord d’attaque 30 de l’aube en matériau composite. Lorsque le dispositif de protection métallique 20 est monté autour du bord d’attaque 30 de l’aube en matériau composite, ledit bord d’attaque est protégé de la plupart des contraintes mécaniques et impacts par ledit dispositif de protection 20.
[0009] Dans la technique de dégivrage par chauffage électrothermique, lorsque ledit chauffage électrothermique est positionné à l’extérieur de l’aube 10, c'est-à-dire que le tapis chauffant 40 recouvre la surface extérieure de l’aube 10, la tenue à l’érosion de l’aube est assurée par un film élastomère anti-abrasion. Dans cette configuration, la protection contre le givre a une première conséquence néfaste sur la performance aérodynamique et aéro-acoustique de l’aube du fait notamment de l’augmentation de l’épaisseur de son bord d’attaque et une seconde conséquence néfaste sur la tolérance de forme du bord d’attaque après pose du tapis chauffant (calage, biaisage, etc.). Lorsque le tapis chauffant 40 est positionné entre l’aube en matériau composite 30 et le dispositif de protection métallique 20, le tapis chauffant 40 doit être fin et installé profondément dans le dispositif de protection 20. L’installation du tapis chauffant 40 est donc délicate et difficile à mettre en œuvre. Il n’est, en outre, pas possible de dégivrer totalement le nez 15 de l’aube 10, c'est-à-dire la pointe du dispositif de protection 20, qui ne peut pas être recouvert pour cause d’encombrement.
[0010] Il existe donc un réel besoin d’un dispositif de protection contre le givre qui soit efficace et facile à mettre en œuvre au sein d’une aube de soufflante ou d’un OGV.
RESUME DE L’INVENTION
[0011] Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus d’efficacité et de facilité de mise en œuvre d’un chauffage électrothermique, la demanderesse propose un dispositif de protection métallique du bord d’attaque d’une aube en matériau composite, intégrant un chauffage électrothermique sous la forme d’un élément résistif. La demanderesse propose en outre un procédé de fabrication de ce dispositif de protection.
[0012] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif de protection métallique d’un bord d’attaque d’une aube en matériau composite pour turboréacteur, comportant les opérations de : a) mise en forme, par matriçage, d’une tôle intrados et d’une tôle extrados, b) réalisation d'un noyau ayant une forme identique à la forme du bord d’attaque de l’aube, c) positionnement du noyau entre les tôles intrados et extrados, d) mise sous vide et fermeture de l'ensemble par soudage, e) assemblage de l'ensemble par compression isostatique à chaud, f) découpe de l'ensemble et extraction du noyau, g) usinage final pour obtenir un dispositif de protection avec un profil prédéfini,
[0013] Ce procédé de fabrication se caractérise par le fait que, d’une part, l’opération a) comporte un usinage, sur une face interne d’au moins une des tôles intrados et extrados, d’au moins une rainure adaptée pour recevoir un élément résistif et, d’autre part, l’opération c) comporte le positionnement d’un élément résistif dans la rainure, l’élément résistif formant un chauffage électrothermique intégré au dispositif de protection métallique du bord d’attaque de l’aube. [0014] Le terme « résistif » sera interprété, dans la description et les revendications, dans son sens électrique, comme un élément à résistance électrique engendrant une production d'énergie sous forme de chaleur.
[0015] Ce procédé présente l’avantage d’être relativement simple à mettre en œuvre puisqu’il utilise partiellement un procédé de fabrication déjà mis en œuvre pour la fabrication des dispositifs de protection métalliques des aubes ou OGV en matériau composite. Il présente en outre l’avantage d’assurer une bonne répartition de la chaleur le long du bord d’attaque de l’aube.
[0016] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de fabrication selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’opération a) comporte l’usinage d’un réseau de rainures comportant un nombre pair de rainures. la rainure est usinée dans une zone de soudage de la tôle intrados ou extrados, sur au moins une partie de la largeur du dispositif de protection. l’élément résistif est un câble chauffant comportant au moins un fil thermiquement conducteur en métal, logé dans une gaine isolante. le fil thermiquement conducteur est dans un alliage nickel-chrome. la gaine isolante est réalisée dans un matériau sensiblement inerte, ayant un point de fusion supérieur à 1050°C et aucun changement de phase dans un intervalle compris entre 20°C et 1050°C et ayant une dilatation thermique proche d’un matériau dans lequel sont formées les tôles intrados et extrados. la gaine isolante est réalisée au moins partiellement dans un matériau résistant à la corrosion. le matériau résistant à la corrosion est un alliage de titane ou de l’inox. le câble chauffant comporte une couche d’oxyde de magnésium placée entre le fil thermiquement conducteur et la gaine isolante. [0017] Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un dispositif de protection métallique d’un bord d’attaque d’une aube en matériau composite pour turboréacteur, caractérisé en ce qu’il comporte : une tôle extrados et une tôle intrados assemblées l’une avec l’autre et formant une cavité interne adaptée pour envelopper le bord d’attaque de l’aube, et un élément résistif intégré dans une face interne de l’une au moins des tôles intrados et extrados.
[0018] Ce dispositif de protection présente l’avantage d’intégrer le système de dégivrage au sein du dispositif de sorte que la source de chaleur de ce système est interne. Cela évite les risques de pertes de chaleur qui se produisent généralement lorsque les systèmes sont rapportés. Le fait que le système de dégivrage soit interne au dispositif de protection permet également de conserver intact l’aérodynamisme de la pièce.
[0019] Avantageusement, le dispositif de protection est obtenu par le procédé tel que défini précédemment.
[0020] Avantageusement, l’élément résistif est logé dans une zone de contact entre la tôle intrados et la tôle extrados, dans une pointe dudit dispositif de protection.
[0021] Avantageusement, le dispositif de protection comporte une ou plusieurs des caractéristiques citées précédemment pour le procédé, comme le fait que l’élément résistif est logé dans une rainure usinée dans la zone de soudage de la tôle intrados ou extrados, que l’élément résistif est un câble chauffant comportant au moins un fil thermiquement conducteur en métal, logé dans une gaine isolante, que le fil thermiquement conducteur est dans un alliage nickel-chrome, que la gaine isolante est réalisée au moins partiellement dans un matériau résistant à la corrosion, que le matériau résistant à la corrosion est un alliage de titane ou de l’inox, que le câble chauffant comporte une couche d’oxyde de magnésium placée entre le fil thermiquement conducteur et la gaine isolante et/ou que la gaine isolante est réalisée dans un matériau sensiblement inerte, ayant un point de fusion supérieur à 1050°C et aucun changement de phase dans un intervalle compris entre 20°C et 1050°C et ayant une dilatation thermique proche d’un matériau dans lequel sont formées les tôles intrados et extrados. [0022] Selon un troisième aspect, l’invention concerne une aube de turboréacteur, comportant un bord d’attaque en matériau composite et un dispositif de protection métallique enveloppant ledit bord d’attaque, caractérisée en ce que le dispositif de protection comporte une pointe dans laquelle est logée un élément résistif, ledit élément résistif s’étendant le long du bord d’attaque en matériau composite.
[0023] Selon un quatrième aspect, l’invention concerne un turboréacteur, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité d’aubes telles que définies ci-dessus.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0024] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles :
[0025] La figure 1 A et la figure 1 B, déjà décrites, représentent des vues en coupe de deux modes d’installation d’un tapis chauffant dans une aube de turboréacteur, selon l’état de la technique ;
[0026] La figure 2, déjà décrite, représente une vue en coupe transversale d’un dispositif de protection métallique pour une aube en matériau composite selon l’état de la technique ;
[0027] La figure 3 représente une vue schématique en coupe d’un dispositif de protection métallique selon l’invention ;
[0028] La figure 4 représente, sous la forme d’un diagramme fonctionnel, les différentes opérations du procédé de fabrication du dispositif de protection métallique selon l’invention ;
[0029] La figure 5 représente schématiquement des vues en perspective des différentes pièces utilisées dans la fabrication du dispositif de protection métallique de la figure 3 ; et
[0030] La figure 6 représente une vue schématique en coupe de l’assemblage compacté obtenu au cours du procédé de la figure 4 avec les pièces de la figure 5.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0031] Un exemple de réalisation d’un dispositif de protection métallique du bord d’attaque d’une aube en matériau composite, intégrant un système de dégivrage, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. [0032] Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées. La description sera donnée d’une façon générale pour une « aube », étant entendu que cette aube peut être une aube de soufflante, un OGV ou toute autre pièce de turboréacteur nécessitant une protection métallique et un dégivrage.
[0033] Un exemple d’un dispositif de protection métallique selon l’invention, adapté pour protéger le bord d’attaque d’une aube en matériau composite, est représenté sur la figure 3. Ce dispositif de protection métallique 120 est conçu pour à la fois envelopper le bord d’attaque 130 de l’aube en matériau composite (appelé par la suite « bord d’attaque en matériau composite ») et intégrer un système de dégivrage 200 de type électrothermique. Une fois monté, le dispositif de protection métallique 120 forme, avec le bord d’attaque 130 en matériau composite, le bord d’attaque de l’aube 100.
[0034] La figure 3 montre donc le dispositif de protection 120 selon l’invention, monté sur le bord d’attaque 130 en matériau composite. Ce dispositif de protection 120 est une pièce métallique dans laquelle est logé un système de dégivrage 200 qui s’étend le long du bord d’attaque 130 en matériau composite.
[0035] Le dispositif de protection métallique 120 selon l’invention est formé en partie en suivant le procédé de fabrication divulgué dans le brevet FR2957545 déposé au nom de la demanderesse. Le procédé divulgué dans ce brevet utilise une technique dite de « conformage sur noyau » permettant de fabriquer simultanément deux dispositifs de protection métallique 120 de sorte notamment à diminuer les coûts de fabrication.
[0036] Le procédé selon l’invention, référencé 300, intègre l’installation d’un système de dégivrage au cours des opérations du procédé de conformage sur noyau. Ce procédé selon l’invention sera décrit en se référant à la figure 4 qui représente les différentes étapes du procédé sous une forme fonctionnelle et à la figure 5 qui représente les différentes pièces utilisées pour la mise en œuvre du procédé.
[0037] Ce procédé 300 comporte tout d’abord une opération 310 de mise en forme d’une tôle intrados 122 et d’une tôle extrados 121. Cette mise en forme des tôles intrados 122 et extrados 121 est réalisée par matriçage afin de préformer lesdites tôles pour que leurs formes se rapprochent de la forme, respectivement, de l’intrados et de l’extrados du bord d’attaque de l’aube. Un exemple d’une tôle extrados 121 , après mise en forme, est représenté sur la partie A de la figure 5. Un exemple d’une tôle intrados 122, après mise en forme, est représenté sur la partie B de la figure 5. Ces tôles intrados et extrados peuvent être, par exemple, en alliage base titane (par exemple TA6V) ou en acier inox (par exemple 304L).
[0038] Le procédé 300 comporte ensuite une opération 320 d’usinage d’au moins une rainure sur au moins une face interne d’une des tôles extrados 121 ou intrados 122. La ou les rainures sont réalisées dans la surface d’au moins une des tôles intrados et extrados, dans une zone dite de soudage. Cette zone de soudage, par exemple la zone 122a sur la partie D de la figure 5, est la zone de diffusion des deux tôles, c'est-à-dire la zone par laquelle les tôles intrados 121 et extrados 122 seront assemblées l’une à l’autre après les opérations d’assemblage décrites par la suite. Le nombre, le profil et les dimensions des rainures sont définis en fonction de la densité surfacique de puissance à faire passer par le système de dégivrage. Selon les modes de réalisation, une unique rainure peut suffire ; de préférence, plusieurs rainures sont usinées pour former un réseau de rainures. Comme expliqué par la suite, le nombre de rainures est avantageusement paire afin que l’élément résistif qui sera inséré dans les rainures puisse avoir une entrée et une sortie à proximité l’une de l’autre. Quel que soit leur nombre, les rainures sont usinées de sorte à être plus ou moins parallèles les unes aux autres. Dans certains modes de réalisation, par exemple lorsque l’élément résistif est d’un diamètre relativement élevé, par exemple un diamètre de l’ordre de 1 à 5 mm, des rainures peuvent être usinées à la fois dans la tôle extrados et la tôle intrados, les rainures de chaque tôle étant conçues pour être en regard l’une de l’autre lorsque les deux tôles seront assemblées.
[0039] Le procédé 300 comporte ensuite une opération 330 de fabrication d'un noyau 123 ayant une forme identique à la forme du bord d’attaque 130 en matériau composite. Ce noyau 123, par exemple en alliage base nickel réfractaire, comporte une forme identique à la forme du bord d’attaque 130 en matériau composite. Ce noyau 123 est conçu pour permettre la réalisation, dans le dispositif de protection métallique 120, d’une cavité interne 128 ayant une forme adaptée à la forme extérieure du bord d’attaque 130 en matériau composite. Une des faces du noyau 123, comme la face 123a représentée sur le dessin E de la figure 5, reproduit la face interne de l’extrados du bord d’attaque 130 en matériau composite, l’autre face, comme la face 123b sur le dessin E de la figure 5, reproduit la face interne de l’intrados du bord d’attaque 130 en matériau composite. Les deux faces 123a, 123b se rejoignent au niveau de la pointe du noyau 123 en un rayon reproduisant la forme interne du bord d’attaque 130 en matériau composite.
[0040] Le procédé 300 comporte ensuite une opération 340 de positionnement du noyau 123 entre la tôle intrados 122 et la tôle extrados 121 et une opération de positionnement 350 de l’élément résistif 210 dans la rainure de l’une des tôles 121 ou 122. L’élément résistif 210 peut, par exemple, être un fil ou un câble thermiquement conducteur, qui s’étend sur toute la longueur de chacune des rainures, rebouclant à l’extrémité de chaque rainure pour s’étendre à nouveau dans la rainure suivante. Dans un exemple, l’élément résistif 210 est un câble chauffant en cuivre et isolant minéral, installé dans les rainures de la tôle inférieure, c'est-à-dire la tôle positionnée en- dessous du noyau 123 (par exemple la tôle intrados 122 dans l’exemple de la figure 5). Les opérations 340 et 350 de positionnement du noyau 123 et de l’élément résistif 210 peuvent être réalisées dans un ordre prédéfini (par exemple positionnement de l’élément résistif avant le positionnement du noyau ou inversement), l’ordre de positionnement dépendant, par exemple, du choix de la tôle 121 ou 122 comportant les rainures. Après que l’élément résistif 210 ait été positionné dans les rainures de l’une des tôles (par exemple la tôle intrados 122 dans le cas de la figure 5) et que le noyau 123 ait été positionné au-dessus de ladite tôle, l’autre tôle (par exemple la tôle extrados 121 dans le cas de la figure 5) est posée au-dessus du noyau 123.
[0041] Le procédé 300 comporte ensuite une opération 360 de mise sous vide et de solidarisation de l'ensemble formé par le noyau 123, les tôles intrados 122 et extrados 121 et l’élément résistif 210. Cette solidarisation de l’ensemble assure une fermeture étanche de l’ensemble. Elle peut être réalisée par soudage - par exemple soudage par faisceau d’électrons (FE) - de la zone de soudage des deux tôles intrados 122 et extrados 121 , ladite zone de soudage s’étendant sur toute la périphérie des deux tôles. Pour cela, un cordon de soudure ininterrompu peut être préalablement posé le long des bords latéraux des tôles intrados et extrados ainsi que sur leurs bords transversaux, de sorte que le noyau 123 soit complètement entouré. En effet, les tôles intrados 122 et extrados 121 doivent être assemblées de façon étanche pour que, lors de l’opération suivante de compaction, le gaz qui exerce la pression sur l’assemblage pour « conformer » les tôles ne pénètre pas dans ledit assemblage (si le gaz pénétrait à l’intérieur de l’assemblage, il y aurait une équi-pression entre l’intérieur et l’extérieur de l’assemblage, ce qui empêcherait le conformage des tôles sur le noyau ainsi que le soudage par diffusion des tôles entre elles dans les zones de contact et notamment au niveau du nez du dispositif de protection). Il est également nécessaire que l’air à l’intérieur de l’assemblage soit évacué, surtout pour des tôles en titane, car, lors de la montée en température de l’assemblage (durant l’opération de compaction), l’air résiduel interne va réagir avec le titane, contaminer les surfaces et dégrader le soudage des zones en contact entre les tôles et notamment le nez du dispositif de protection. Le soudage par faisceau d’électron, qui est réalisé sous vide, présente l’avantage de combiner en seule opération la mise sous vide et l’étanchéité de l’assemblage. Une alternative pourrait être de réaliser deux opérations successives : une opération d’assemblage des tôles en TIG (Tungstène Inert Gaz) qui est un soudage à l’arc réalisé sous air, puis une opération de mise sous vide, via un tube positionné lors du soudage TIG puis écrasé lorsque la mise au vide est réalisée.
[0042] Le procédé 300 comporte ensuite une opération 370 d’assemblage de l'ensemble par compression isostatique à chaud. Cette opération de compression, ou compaction, isostatique de l’ensemble permet de consolider la solidarisation dudit ensemble par soudage diffusion des tôles intrados 122 et extrados 121 dans les zones où lesdites tôles intrados 122 et extrados 121 sont en contact. Elle permet également un conformage des tôles intrados 122 et extrados 121 autour du noyau 123 pour que la surface interne de l’ensemble formé par les deux tôles 121 , 122 réunies prenne la forme du noyau 123. L’opération 370 de compression isostatique à chaud peut, par exemple, être conduite à une température d'environ 940°C, dans le cas de tôles en alliage de titane TA6V. En effet, à cette température, le métal est relativement mou et peut fluer sous l'action de la pression (environ 1000 bars) qui lui est appliquée, les deux tôles intrados et extrados se déformant pour venir épouser parfaitement la forme du noyau 123 et supprimer les espaces résiduels.
[0043] Ainsi, après cette opération 370 de compression isostatique, la tôle intrados 122 et la tôle extrados 121 épousent la forme du noyau 123 et forment un assemblage compacté 125, comme celui représenté sur la figure 6. En d’autres termes, l’assemblage compacté 125 correspond à l’ensemble des pièces du dessin E de la figure 5, soudées et compressées. Cet assemblage compacté 125 correspond aussi à un dispositif de protection, avant usinage final.
[0044] Une opération 380 de découpe de cet assemblage compacté 125, obtenu à la fin de l’opération 370, est ensuite réalisée pour en extraire le noyau 123. Cette opération 380 consiste à découper, suivant un axe longitudinal MM, les tôles intrados et extrados de l’assemblage compacté 125. La découpe de l’assemblage compacté 125 peut, par exemple, être réalisée par découpe laser avec élimination de la partie excédentaire de l’assemblage. Une fois l’assemblage compacté 125 découpé, le noyau 123 peut être extrait dudit assemblage par découpe partielle de la périphérie du noyau 123 et décollement du noyau et des tôles de l’assemblage. Une fois le noyau 123 extrait, on obtient le dispositif de protection 120.
[0045] Une fois le dispositif de protection obtenu, une opération 390 d’usinage final est réalisée pour finaliser le profil extérieur dudit dispositif de protection et obtenir un dispositif de protection 120 à élément résistif intégré et profil souhaité.
[0046] Après l’opération 390 d’usinage final, les extrémités de l’élément résistif 210 du dispositif de protection 120 sont débouchantes uniquement sur une partie du bord d’attaque, par exemple la partie inférieure la plus proche de l’axe moteur du turboréacteur. L’élément résistif 210 peut ainsi être relié par une connectique adaptée à une source électrique.
[0047] Le dispositif de protection 120 obtenu par le procédé 300 comporte ainsi un système de dégivrage 200 intégré au nez du bord d’attaque de l’aube 100. Le système de dégivrage s’étend, comme montré sur la figure 3, le long du nez du bord d’attaque 130 en matériau composite, dans la pointe 129 du dispositif de protection 120, sur sensiblement toute la largeur I dudit dispositif de protection. Autrement dit, le système de dégivrage 200, et en particulier l’élément résistif 210, est logé à l’intérieur du dispositif de protection 120 dans la zone de contact entre la peau intrados formée par la tôle intrados 122 et la peau extrados formée par la tôle extrados 121 . Les éléments chauffants du système de dégivrage 200 sont ainsi en bordure de la cavité interne 128 du dispositif de protection 120 destinée à recevoir le bord d’attaque 130 en matériau composite et donc à proximité immédiate du bord d’attaque 130 en matériau composite. [0048] Comme cité précédemment, le système de dégivrage 200 doit être dimensionné en fonction de la densité de puissance surfacique nécessaire (de l’ordre de 1 à 10 W.cm-2 par exemple). Selon un exemple, le système de dégivrage 200 peut comporter un ou plusieurs éléments résistifs 210 qui chauffent, par conduction, la surface à dégivrer de l’aube 100 via la circulation d’un courant continu (effet Joules). L’élément résistif 210 peut être déployé sur toute la largeur I de la pointe 129 du dispositif de protection 120 ou uniquement sur une partie de cette largeur, la pointe 129 du dispositif de protection étant la zone où la tôle intrados 122 et la tôle extrados 121 sont en contact l’une avec l’autre. Une seule longueur d’élément résistif 210 peut être installée ou plusieurs longueurs qui forment un réseau en forme de spires. De préférence, l’élément résistif 210 forme au moins une spire, c'est-à-dire qu’il comporte au moins un aller / retour, de sorte que ses deux extrémités soient situées sur la même extrémité du dispositif de protection 120, de préférence l’extrémité la plus proche de la base de l’aube afin d’en faciliter la connexion électrique.
[0049] Les éléments résistifs, comme l’élément résistif 210 montré sur la figure 5, satisfont de préférence plusieurs conditions. En effet, outre les qualités résistives propres au transfert de chaleur, le ou les matériaux constituant l’élément résistif doivent :
Avoir un point de fusion supérieur à 1050°C et ne pas avoir de changement de phase dans l’intervalle [20°C - 1050°C] afin que ses propriétés résistives ne soient pas altérées. En effet, dans la phase de conformage sur noyau, l’opération 370 de compression isostatique à chaud est réalisée à des températures de l’ordre de 850°C à 1000°C pour un dispositif de protection métallique en titane et à des températures l’ordre de 950°C à 1050°C pour un dispositif de protection métallique en acier inoxydable. Il est nécessaire que le ou les matériaux constituant l’élément résistif restent à l'état solide pendant tout le cycle de fabrication.
Le matériau qui constitue l’enveloppe externe de l’élément résistif doit être le plus inerte possible, aux températures de compression isostatique, vis-à- vis du matériau métallique des tôles intrados et extrados (par exemple le TA6V ou un inox 304L). En effet, une forte contamination locale du matériau métallique du dispositif de protection pourrait conduire à des abattements mécaniques trop importants sur ledit matériau, et devenir rédhibitoire. Avantageusement, l’élément résistif doit avoir une dilatation thermique proche des alliages métalliques du dispositif de protection (de l’ordre 10 x 10-°6 pour les titanes et 17 x 1 O’06 pour les inox) afin que le contact soit le meilleur possible entre ledit élément résistif et le matériau du dispositif de protection métallique. En effet, à la température de compression isostatique à chaud, les peaux externes du matériau du dispositif de protection - c'est- à-dire la peau intrados et la peau extrados - et l’élément résistif sont en contact parfait mais, lors du refroidissement, si le coefficient de dilatation l’élément résistif est très supérieur au matériau du dispositif de protection métallique, les deux matériaux peuvent se séparer et un vide peut se créer entre eux au retour à la température ambiante, ce qui diminuerait la conduction de la chaleur entre ledit élément résistif et ledit dispositif de protection lors du fonctionnement.
[0050] Par exemple, dans le cas d’un dispositif de protection en alliage base titane, par exemple en TA6V, ou en alliage inox, par exemple du 304L, l’élément résistif peut être constitué majoritairement d’un alliage de nickel-chrome : un tel alliage de nickel- chrome reste à l’état solide jusqu’à 1400°C et son coefficient de dilatation thermique est de l’ordre de 15 x 1 O 06.
[0051] Lorsque l’élément résistif est un câble chauffant, ce dernier peut comporter un isolant minéral entourant un fil thermiquement conducteur en métal hautement résistant, tel que du nickel-chrome, qui convertit l’énergie électrique en chaleur. Le fil thermiquement conducteur, ou fil conducteur, peut également être isolé avec de l’oxyde de magnésium de haute qualité puis recouvert d’un matériau de gaine classiquement résistant à la corrosion comme de l’inconel 600, de l’alliage inoxydable ou de l’acier inoxydable. Dans le cas d’un dispositif de protection en acier inoxydable, la gaine externe de l’élément résistif peut être en inox. Dans le cas d’un dispositif de protection en titane, la gaine externe de l’élément résistif peut être en alliage de titane. La compatibilité des alliages en contact lors de la compression isostatique est alors totale. La présence d’une couche d’oxyde de magnésium, ou d’un autre élément isolant, entre le fil conducteur et la gaine externe du câble chauffant, le rend malléable à froid, ce qui permet une installation aisée dudit câble chauffant dans les rainures usinées sur les tôles intrados et/ou extrados. Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, le dispositif de protection selon l’invention et son procédé de fabrication comprennent divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé (300) de fabrication d’un dispositif de protection métallique (120) d’un bord d’attaque (130) d’une aube en matériau composite pour turboréacteur, comportant les opérations de :
- mise en forme (310), par matriçage, d’une tôle intrados (122) et d’une tôle extrados (121),
- réalisation (330) d'un noyau (123) ayant une forme identique à la forme du bord d’attaque de l’aube,
- positionnement (340) du noyau (123) entre les tôles intrados (122) et extrados (121),
- mise sous vide (360) et fermeture de l'ensemble par soudage,
- assemblage (370) de l'ensemble par compression isostatique à chaud,
- découpe (380) de l'ensemble et extraction du noyau,
- usinage final (390) pour obtenir un dispositif de protection avec un profil prédéfini, caractérisé en ce que :
- d’une part, l’opération a) comporte un usinage (320), sur une face interne d’au moins une des tôles intrados (122) et extrados (121), d’au moins une rainure adaptée pour recevoir un élément résistif (210), et
- d’autre part, l’opération c) comporte le positionnement (350) de l’élément résistif (210) dans la rainure, l’élément résistif formant un chauffage électrothermique intégré au dispositif de protection métallique du bord d’attaque de l’aube.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’opération a) comporte l’usinage d’un réseau de rainures comportant un nombre pair de rainures.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la rainure est usinée dans une zone de soudage (122a) de la tôle intrados ou extrados, sur au moins une partie de la largeur (I) du dispositif de protection (120).
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’élément résistif (210) est un câble chauffant comportant au moins un fil thermiquement conducteur en métal, logé dans une gaine isolante.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fil thermiquement conducteur est dans un alliage nickel-chrome.
[Revendication 6] Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la gaine isolante est réalisée dans un matériau sensiblement inerte, ayant un point de fusion supérieur à 1050°C et aucun changement de phase dans un intervalle compris entre 20°C et 1050°C et ayant une dilatation thermique proche d’un matériau dans lequel sont formées les tôles intrados et extrados.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la gaine isolante est réalisée au moins partiellement dans un matériau résistant à la corrosion.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau résistant à la corrosion est un alliage de titane ou de l’inox.
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le câble chauffant comporte une couche d’oxyde de magnésium placée entre le fil thermiquement conducteur et la gaine isolante.
[Revendication 10] Dispositif de protection métallique (120) d’un bord d’attaque (130) d’une aube en matériau composite pour turboréacteur, caractérisé en ce qu’il comporte :
- une tôle extrados (121 ) et une tôle intrados (122) assemblées l’une avec l’autre et formant une cavité interne (128) adaptée pour envelopper le bord d’attaque (130) de l’aube, et
- un élément résistif (210) intégré dans une face interne de l’une au moins des tôles intrados et extrados et formant un chauffage électrothermique intégré au dispositif de protection métallique du bord d’attaque de l’aube.
[Revendication 11] Dispositif de protection selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’élément résistif (210) est logé dans une zone de contact entre la tôle intrados (122) et la tôle extrados (121 ), dans une pointe (129) dudit dispositif de protection.
[Revendication 12] Aube (100) de turboréacteur, comportant un bord d’attaque (130) en matériau composite et un dispositif de protection métallique (120) enveloppant ledit bord d’attaque, caractérisée en ce que le dispositif de protection (120) comporte une pointe (129) dans laquelle est logée un élément résistif (210), ledit élément résistif s’étendant le long du bord d’attaque en matériau composite.
[Revendication 13] Turboréacteur, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité d’aubes (100) selon la revendication 12.
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