EP4505045A1 - Renfort pour une aube composite d'une turbomachine, comprenant un mélange de découpes de fibre et d'un tackifiant - Google Patents

Renfort pour une aube composite d'une turbomachine, comprenant un mélange de découpes de fibre et d'un tackifiant

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Publication number
EP4505045A1
EP4505045A1 EP23719817.1A EP23719817A EP4505045A1 EP 4505045 A1 EP4505045 A1 EP 4505045A1 EP 23719817 A EP23719817 A EP 23719817A EP 4505045 A1 EP4505045 A1 EP 4505045A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
reinforcement
internal end
internal
tackifier
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
EP23719817.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Manon COMMARMOT
Noemie Steenbakker
Nicolas QUAGLIA
Nicolas DROZ
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4505045A1 publication Critical patent/EP4505045A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
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    • F04D29/02—Selection of particular materials
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • 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

Definitions

  • TITLE Reinforcement for a composite blade of a turbomachine, including a mixture of fiber cuts and a tackifier
  • This application concerns aircraft turbomachines, in particular turbojets or turboprops.
  • the application concerns a reinforcement for a composite turbomachine blade, a composite blade provided with such a reinforcement, and a method of manufacturing such a reinforcement and such a composite blade.
  • An aircraft conventionally comprises at least one turbomachine to provide propulsion.
  • the turbomachine comprises at least one fan or propeller, at least one compressor, a combustion chamber, at least one turbine, and a gas exhaust nozzle.
  • the turbomachine may comprise a low pressure compressor and a high pressure compressor, and a high pressure turbine and a low pressure turbine.
  • the high pressure turbine rotates the high pressure compressor via a high pressure shaft
  • the low pressure turbine rotates the low pressure compressor via a low pressure shaft.
  • the low pressure turbine can also rotate the fan either directly via the low pressure shaft, or via a reducer placed between the low pressure turbine and the fan, the reducer being driven in rotation by the low pressure shaft.
  • the fan comprises a hub and blades integral with the hub, the blades of the fan being movable in rotation around a longitudinal axis of the turbomachine.
  • a secondary flow rectifier can be placed downstream of the blower.
  • the rectifier comprises rectifier blades located downstream of the fan blades, the rectifier blades being static, that is to say being fixed in rotation relative to the longitudinal axis of rotation of the fan blades.
  • the fan In a ducted turbomachine, or turbojet, the fan is housed in a fan casing, upstream of the rest of the turbomachine.
  • an unducted turbomachine or turboprop
  • the fan is an unducted propeller placed outside the nacelle, in the air flow surrounding the turbomachine.
  • An unducted turbomachine may comprise two fans, or propellers, unducted and counter-rotating (known by the English acronym UDF for “UnDucted Fan”), or alternatively a single non-ducted fan and a rectifier comprising several rectifier vanes (known as acronym English USF for “Unducted Single Fan”).
  • the blower can be placed at the rear of the gas generator so as to be of the pusher type or at the front of the gas generator so as to be of the tractor type.
  • An unducted turbomachine makes it possible to increase the dilution rate very significantly without being penalized by the mass of the casings or nacelles intended to surround the fan blades.
  • the turbomachine may be a dual-flow turbomachine, in which the mass of air sucked in by the fan is divided into a primary flow, which passes through the at least one compressor, the combustion chamber and the at least one turbine, and a secondary flow, which is concentric with the primary flow.
  • the dilution rate of a turbomachine corresponds to the ratio between the flow rate of the primary flow and the flow rate of the secondary flow. Increasing the dilution rate makes it possible to improve the performance of the turbomachine and reduce its specific fuel consumption. This results in an increase in the diameter of the engine iso-thrust blades, in particular the fan blades and the associated rectifier blades.
  • the blades can be designed from an organic matrix composite material comprising a fibrous reinforcement embedded in an organic matrix.
  • the organic matrix can be partially hollow, reinforcing only the structural parts.
  • a rectifier blade 100 of a ducted turbomachine extending radially between an internal platform, by which the blade 100 is fixed to an internal casing of the turbomachine , and an external platform, by which the blade 100 is fixed to an external casing of the turbomachine.
  • Each blade 100 comprises a blade body made of composite material consisting of a fibrous reinforcement having a three-dimensional weave and densified by a matrix.
  • the fibrous reinforcement has an end part comprising two segments 200 separated from each other up to a free end of the fibrous reinforcement.
  • the blade 100 further comprises a filling sub-component (“Gap filler” or “roving” in English) in the form of a reported insert 300 making it possible to fill a free space at the junction between the segments 200 of the reinforcement fibrous.
  • the insert 300 can in particular be made from a shaped braid.
  • Document FR 3 063 514 A1 describes such a rectifier blade, the blade further comprising an insert having a pi-shaped section.
  • the blade can be manufactured from a material solid composite instead of metallic materials such as titanium, and the increase in the mass of the blade is reduced.
  • the added insert does not make it possible to meet the new geometric and structural constraints of a composite blade, in particular of a composite blade with a 3D woven organic matrix of a secondary flow rectifier.
  • the evolution of the target geometry of the inserted insert which must present a very significant variation in thickness, makes its manufacture infeasible using known techniques, such as from a shaped braid.
  • the fact of fixing the blade, in particular the rectifier blade, to a casing of the turbomachine only by its internal radial end located at the level of the blade root, has the consequence of cause all the forces to pass through the blade root area, which results in high levels of stress in the composite parts of the blade root.
  • the known inserts do not make it possible to sufficiently reinforce the blade root area locally, and thus do not sufficiently limit the opening and the stresses at the level of the untied segments of the fibrous reinforcement under traction, compression and bending stress.
  • the known inserts made from a braid have too low rigidity and therefore do not make it possible to sufficiently increase the overall stiffness of the blade, which leads to an increased risk of buckling and a degradation of the frequency placement of the blade. rectifier.
  • An aim of the present application is to propose reinforcement for a composite turbomachine blade making it possible to reduce the stresses exerted on the blade at the level of a structural zone of the blade, and making it possible to limit the increase in the dawn mass.
  • Another aim of the application is to propose a reinforcement for a composite turbomachine blade having a complex geometry and satisfactory mechanical strength properties.
  • Another aim of the application is to propose a process for manufacturing such a reinforcement which is simple to implement and which makes it possible to quickly create a reinforcement having a complex geometry.
  • a reinforcement for a turbomachine blade, the blade comprising a first outer skin and a second outer skin of composite material connected to each other at one end. external part of the blade, the first skin comprising a first internal end part, the second skin comprising a second internal end part, the first internal end part and the second internal end part being spaced apart on the other so as to delimit between them an interior cavity of the blade opening into an opening at the level of an internal end of the blade, the internal end being radially opposite the external end, in which the reinforcement is adapted to be arranged in the internal cavity so as to block the opening, and in which the reinforcement comprises a mixture of cuts of at least one fiber and a tackifier, the cuts having lengths greater than or equal to 1 mm, the tackifier comprising an epoxy resin solubilized in a solvent.
  • the blanks are obtained from a sheet of prepreg comprising carbon fibers, preferably the sheet of prepreg is recycled;
  • the tackifier comprises between 20% and 85% by weight of epoxy resin, preferably approximately 25% by weight of epoxy resin,
  • the epoxy resin is PR520 resin and the solvent is acetone;
  • the mixture comprises between 65% and 85% by mass of tackifier and between 15% and 35% by mass of chopped fiber, preferably approximately 75% by mass of tackifier and approximately 25% by mass of chopped fiber;
  • the cutouts have lengths of between 1 mm and 15 mm, for example between 3 mm and 6 mm.
  • the present application relates to a turbomachine blade, comprising a first outer skin and a second outer skin of composite material connected to each other at an outer end of the blade, the first skin comprising a first internal end part, the second skin comprising a second internal end part, the first internal end part and the second internal end part being spaced apart from each other so as to delimit between they an interior cavity of the blade opening into an opening at an internal end of the blade, the internal end being radially opposite the external end, the blade further comprising a reinforcement according to the first aspect, the reinforcement having dimensions corresponding substantially to dimensions of the interior cavity at the level of the opening, the reinforcement being arranged in the interior cavity so as to block the opening.
  • the blade may further comprise a filling material placed in the interior cavity radially between the reinforcement and the outer end of the blade.
  • the present application concerns an unducted turbomachine, comprising: - a casing;
  • a fan having a fan hub and peripheral fan blades, secured to the fan hub, the fan hub having a downstream hub part which is surrounded by an internal surface of an upstream part of the casing and which projects from the upstream part of the casing, the fan hub being mounted to rotate relative to the upstream part of the casing around the longitudinal axis;
  • the blade being located downstream relative to the peripheral fan blades, said blade being mounted on an external surface of the upstream part of the casing at an internal end of the blade, the reinforcement being arranged at the internal end of the blade.
  • the present application relates to a method of manufacturing a reinforcement according to the first aspect for a turbomachine blade, comprising the following steps:
  • the present application relates to a method of manufacturing a turbomachine blade according to the second aspect, comprising the following steps: Production of a composite preform of the composite blade, said preform comprising a first outer skin and a second outer skin of composite material connected to each other at an outer end of the blade, the first skin comprising a first inner end part, the second skin comprising a second inner end part, the first internal end part and the second internal end part being spaced apart from each other so as to delimit between them an internal cavity of the blade opening into an opening at an internal end of the blade blade, the inner end being radially opposite the outer end;
  • the reinforcement having dimensions substantially to dimensions of the interior cavity at the level of the opening;
  • Figure 1 illustrates a schematic perspective sectional view of a blade according to the prior art.
  • Figure 2 illustrates a schematic perspective view of a reinforcement according to one embodiment, the reinforcement having a second geometry different from the first geometry.
  • Figure 3a illustrates a schematic radial cross-sectional view of a blade according to one embodiment.
  • Figure 3b illustrates a schematic view in radial longitudinal section of a blade according to one embodiment.
  • Figure 4 illustrates a schematic sectional view of a punch type tool adapted to implement a method of manufacturing a reinforcement according to one embodiment.
  • Figure 5 illustrates a partial schematic perspective view of a blade according to one embodiment.
  • Figure 6 illustrates a schematic perspective view of an example of an unducted turbomachine comprising a blade according to one embodiment.
  • Figure 7 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a blade according to one embodiment.
  • the upstream and downstream are defined in relation to the normal flow direction of the gas through the fan 200 of the turbomachine 100, a flow of air flowing into the turbomachine 100 from the upstream downstream.
  • the longitudinal axis X corresponds to an axis of rotation of the fan 200.
  • a radial axis is an axis perpendicular to the longitudinal axis X and passing through it.
  • a longitudinal direction, respectively radial corresponds to the direction of the longitudinal axis X, respectively radial.
  • the terms internal and external, respectively, are used with reference to a radial direction such that the internal part or face of an element is closer to the longitudinal axis X than the external part or face of the same element.
  • a direction of width L of the blade 1 corresponds substantially to the longitudinal direction
  • a direction of height R of the blade 1 corresponds to the radial direction at the level of the blade 1
  • a direction of thickness Y of the blade 1 corresponds to the direction perpendicular to the width direction L and the height direction R of blade 1.
  • the turbomachine 100 extends substantially around the longitudinal axis comprising at least one compressor, a combustion chamber and at least one turbine, and a gas exhaust nozzle 108.
  • the motor assembly 300 of the turbomachine 100 can include a blower and a rectifier, a low pressure compressor and a high pressure compressor, the combustion chamber, and a high pressure turbine and a low pressure turbine.
  • the high pressure turbine rotates the high pressure compressor via a high pressure shaft extending along the longitudinal axis X.
  • the low pressure turbine rotates the low pressure compressor via a shaft low pressure extending along the longitudinal axis pressure and the blower 200, the reducer being rotated by the low pressure shaft.
  • Each compressor and each turbine may comprise one or more stages, each stage being formed by a set of fixed vanes, or stator vanes, and a set of rotating vanes, or rotor vanes.
  • the fixed blades are fixed to a casing 101 of the turbomachine 100.
  • the rotating blades of the low pressure compressor and the low pressure turbine are fixed to the low pressure shaft.
  • the rotating blades of the high pressure compressor and the high pressure turbine are attached to the high pressure shaft.
  • the hot combustion products coming from the combustion chamber are used to drive the high pressure turbine and the low pressure turbine and thus produce the thrust of the turbomachine 100, and are discharged through the nozzle 108 located downstream of the engine assembly 300
  • a second part of the air, called the secondary flow is evacuated from the fan 200 rotating around the casing 101 from upstream to downstream.
  • a blade 1 is a structural part of the turbomachine 100, intended to be integrated into a blade of the turbomachine 100.
  • the blade comprises a hub which can be rotatably mounted relative to the casing 101 of the turbomachine 100 for a rotary blade, or be mounted fixed relative to the casing 101 of the turbomachine 100 for a fixed blade.
  • the blade further comprises a plurality of blades 1 fixed to the hub.
  • the blades 1 extend substantially radially relative to the longitudinal axis X and can be distributed circumferentially around the longitudinal axis X.
  • the blade may for example have a diameter greater than or equal to 150 cm, preferably greater than or equal to 200 cm, for example less than or equal to 400 cm.
  • the blade 1 has a sufficient span for the blades 1 of the blade to comprise two outer skins 2, 3 made of a composite material and delimiting an interior cavity 4.
  • a blade 1 of the blade thus preferably has a height greater than or equal to 50 cm, preferably greater than or equal to 70 cm, for example of the order of 80 cm to 100 cm, being for example less than or equal to 160 cm.
  • Figure 6 illustrates a non-limiting example in which the turbomachine 100 is an unducted turbomachine whose rectifier comprises a blade 1 comprising a reinforcement 6 according to a particular embodiment.
  • the turbomachine 100 includes:
  • a fan 200 having a hub 201 of fan 200 and peripheral blades 202 of fan 200, integral with the hub 201 of fan 200, the hub 201 of fan 200 having a downstream part 203 of hub 201 which is surrounded by an internal surface 102 an upstream part 103 of the casing 101 and which protrudes from the upstream part 103 of the casing 101, the hub 201 of the fan 200 being mounted to rotate relative to the upstream part 103 of the casing 101 around the longitudinal axis X;
  • At least one rectifier blade 1 said blade 1 being located downstream relative to the peripheral blades 202 of fan 200, said blade 1 being mounted on an external surface of the upstream part 103 of the casing 101 at an internal end of the blade 1, said blade 1 comprising a reinforcement 6 as described below, the reinforcement 6 being arranged at the internal end of the blade 1.
  • the casing 101 of the turbomachine 100 carries the fan 200 on its upstream side.
  • the peripheral blades 202 of fan 200 are distributed on the hub 201 of fan 200 around the longitudinal axis to the upstream part 103 of the casing 101 around the longitudinal axis peripheral blades 202 of fan 200 around the longitudinal axis X.
  • the rectifier blades 1 are located in the flow space of the secondary flow, which is created downstream of the peripheral blades 202 of fan 200 around the outer surface of the casing 101, when the peripheral blades 202 of fan 200 are placed in position. rotation around the longitudinal axis
  • each secondary flow straightener blade 1 is fixed or movably mounted on an exterior surface of the upstream part 103 of the casing 101, only at an internal end 11 of the blade.
  • An external end 12 of the blade 1, which is radially opposite to the internal end 11, is left bare in the secondary flow, without being mounted or fixed to a casing, no casing or nacelle surrounding the blades 1 rectifier and housing 101.
  • the motor assembly 300 is located in the casing 101.
  • An air inlet is located between the upstream part 103 of the casing 101 and the hub 201 of the fan 200 and downstream of the peripheral blades 202 of the fan 200.
  • the blade 1 of rectifier has a shape configured to concentrate the secondary flow against the outer surface of the downstream part 107 of the casing 101, located downstream of the outer surface of the upstream part 103 of the casing 101.
  • An external fixing arm or an external fixing means connects the casing 101 to a aircraft.
  • the reinforcement 6 can be a reinforcement 6 for a blade 1 of a turbomachine 100 of any type, for example of an unducted turbomachine 100, for example of a UDF type turboprop comprising two non-ducted fans and counter-rotating, or a USF type turboprop comprising a single unducted fan and a rectifier.
  • the reinforcement 6 can be a reinforcement 6 for a blade 1 of a ducted turbomachine 100, for example of a turbojet comprising a ducted fan 200.
  • the reinforcement 6 can be a reinforcement 6 for any composite blade 1 of a turbomachine 100 requiring a thick reinforcement 6 or geometry with progressive thickness, in particular for a blade 1 made of composite with a partially hollow organic matrix having a hollow structural zone to be reinforced.
  • the reinforcement 6 can be a reinforcement 6 for a blade 1 composed of any blade of a turbomachine 100, for example a reinforcement 6 for a blade 1 of a fan 200, rectifier, compressor, and/or turbine.
  • a blade 1 comprises a blade 13 with an aerodynamic profile capable of being placed in an air flow when the turbomachine 100 is in operation in order to generate lift, and a foot 14 configured to be fixed to the rotating or fixed hub of the blade comprising the blade 1 at the internal end 11 of the blade 1.
  • the internal end 11 of the blade 1 thus corresponds to the mounting side of the blade 1.
  • the foot 14 of the blade 1 can be fixed to the hub, fixed or rotating, of the blade, by a fastener receiving the foot 14 of the blade 1 and fixing it to the hub of the blade.
  • Figure 5 illustrates by way of non-limiting example an example of a fastener comprising holes 210, 310 respectively passing through the first internal end part 21 and the second internal end part 31 in the radial direction R, and which may comprise bolting or riveting in the holes, or others.
  • the root 14 of the blade 1 corresponds to the part of the blade 1 which is located under a line Fs delimiting the flow space of the secondary flow of the turbomachine 100, or secondary flow line Fs.
  • the root 14 of the blade 1 is located in a radially internal position relative to a wall of the casing 101 of the turbomachine 100 which delimits radially inside the flow space of the secondary flow.
  • the flow space of the secondary flow is a flow vein of the secondary flow delimited internally by the wall of the casing 101, the casing 101 corresponding to an internal casing, and delimited to the exterior by a wall of an external casing of the turbojet 100.
  • the flow space of the secondary flow is a space exterior to the turboprop 10, which is delimited internally by the wall of the casing 101.
  • the wall of the casing 101 can be formed of one or a set of inter-blade platforms 1.
  • the inter-blade platforms 1 can be formed in one piece with the blades 1 or be separated and attached to the blades 1 of a blade at the level of a junction between the root 14 of the blade 1 and the blade 13
  • the inter-blade platforms 1 internally delimit the flow space of the secondary flow at the level of the blade.
  • the blade 13 with an aerodynamic profile has a leading edge 8 and a trailing edge 9 connected by an intrados wall and an extrados wall.
  • the leading edge 8 of the blade 13 forms an upstream end of the blade 13 in the flow space. It corresponds to the front part of an aerodynamic profile which faces the air flow and which divides the air flow into an intrados flow and an extrados flow.
  • the leading edge 8 of the blade 13 is configured to extend facing the flow of gases entering the turbomachine 100.
  • the trailing edge 9 of the blade 13 corresponds to the rear part of the aerodynamic profile, where join the intrados and extrados flows, and forms a downstream end of the blade 13 in the flow space.
  • the blade 1 comprises a first outer skin 2 and a second outer skin 3 made of composite material, connected to each other at the external end 12 of the blade 1.
  • the first skin 2 and the second skin 3 and extend generally opposite each other.
  • the first skin 2 can form the intrados wall of the blade 13 and the second skin 3 can form the extrados wall of the blade 13.
  • the skins 2 and 3 form the exterior surface of the blade 1, located in the secondary flow of air during the operation of the turbomachine 100.
  • the first skin 2 and the second skin 3 carry the leading edge 8 and the trailing edge 9 of the blade 1.
  • the first skin 2 and the second skin 3 of the blade 1 are made of a composite material comprising a fibrous reinforcement densified by a matrix.
  • the skins 2, 3 can be monolithic and made in one piece from a fibrous preform with an evolving thickness.
  • the fibrous reinforcement may comprise a first skin 2 and a second skin 3, which are connected for example near the external end 12 of the blade 1.
  • the fibrous reinforcement comprises a blade part intended to form the blade 13 with an aerodynamic profile, and a root part intended to form the root 14 of the blade 1.
  • the fibrous reinforcement may include woven or knitted three-dimensional fibrous arrangements. It is also made in such a way that it comprises strands (that is to say any type of wire(s)) which extend continuously both inside the blade part 13 and outside. inside the root portion 14 of the blade 1.
  • the fibrous reinforcement may comprise laminated two-dimensional fibrous arrangements.
  • the fibers of the fibrous reinforcement comprise at least one of the following materials: carbon (typically, silicon carbide), glass, aramid, polypropylene and/or ceramic (typically, an oxide ceramic).
  • the matrix typically comprises an organic matrix (thermosetting, thermoplastic or elastomer) or a carbon matrix.
  • the matrix comprises a plastic material, typically a polymer, for example epoxy, bismaleimide or polyimide.
  • the first skin 2 comprises a first internal end part 21 and the second skin 3 comprises a second internal end part 31.
  • the first internal end part 21 and the second internal end part 31 are spaced apart from each other. on the other so as to delimit between them an interior cavity 4 of the blade 1 opening into an opening 5 at an internal end 11 of the blade 1, the internal end 11 being radially opposite the end external 12.
  • the internal end 11 of the blade 1 corresponds to a mounting end of the first skin 2 and the second skin 3 on a rotating or fixed hub of the blade comprising the blade 1.
  • the blade 1 can be fixed to the rotating or fixed hub of the blade at the level of its only internal end 11, in particular in the case of an unducted turbomachine 100, or at the level of both its internal end 11 and its external end 12, in particular in the case of a streamlined turbomachine 100.
  • a height of the blade 1 corresponds to a distance along the radial axis between the internal end 11 and the external end 12 of the blade 1.
  • the external end 12 of the blade 1 corresponds to a head of the blade 1.
  • a height of the blade 13 corresponds to a distance along the radial axis between an internal end and an external end of the blade 13.
  • a height of the foot 14 corresponds to a distance along the radial axis between an internal end and an external end of the foot 14.
  • the external end 12 of the blade 1 corresponds to the external end of the blade 13, and the internal end 11 of the blade 1 corresponds to the internal end of the foot 14.
  • the internal end of the blade 13 can correspond to the external end of the foot 14.
  • the skins 2, 3 of the fibrous reinforcement are separated by the interior cavity 4 which is open at the internal end of the blade 1, which makes it possible to further reduce the mass of the blade 1 in comparison with a blade 1 conventional.
  • the interior cavity 4 is obtained by creating an unbinding in the fibrous reinforcement between two successive layers of warp, from a so-called non-untied zone (here including the head 12 of the blade 1) to the internal end 11 of the skins 2, 3, where the internal cavity 4 opens at the level of the opening 5.
  • the chain strands of two successive layers of the fibrous blank are not connected by weft strands.
  • the disconnection extends within the blade 13 with aerodynamic profile and extends to the internal end of the root 14 of the blade 1.
  • the interior cavity 4 is not open on the leading edge 8 nor the trailing edge 9.
  • the parts of the fibrous reinforcement forming the leading edge 8 and the trailing edge 9 are therefore not untied.
  • the leading edge 8 and/or the trailing edge 9 can be attached and fixed to the fibrous reinforcement, as described below concerning the manufacturing process of the blade 1.
  • the interior cavity 4 can be open on the upstream and downstream edges of the root 14 of the blade 1, which extend in the extension of the leading edge 8 and the trailing edge 9 of the blade 13, respectively.
  • the parts of the fibrous blank forming the upstream edge and the downstream edge of the root 14 of the blade 1 can therefore be untied.
  • the first internal end part 21 and the second internal end part 31 correspond to the parts of the skins 2, 3, which are located in a radially internal position with respect to the unbinding made in the fibrous reinforcement.
  • the first internal end part 21 and the second internal end part 31 can extend over the entire height of the root 14 of the blade 1 and over at least part of the height of the blade 13 of the blade 1, or even over substantially the entire height of the blade 13 of the blade 1 when the disconnection is located substantially at the level of the external end 12 of the blade 1.
  • the first internal end portion 21 and the second internal end part 31 are adapted to define together the external walls of the foot 14 and at least part of the blade 13 of the blade 1, so that the interior cavity 4 comprises a foot part and a part of pale.
  • the interior cavity 4 thus extends over the entire height of the foot 14 of the blade 1, and over at least part of the height of the blade 13, or even over substantially the entire height of the blade 13.
  • the first skin 2 and the second skin 3 can move away 101 from each other towards the internal end 11 of the blade 1 in the direction of thickness Y of the blade 1.
  • the interior cavity 4 is located in a radially external position relative to the opening 5 and thus has a maximum thickness at the level of the opening 5, that is to say at the level of the internal end 11 of the blade 1.
  • a plate 10 can be fixed under and against the first internal end part 21 and the second internal end part 31 and be located under and against the opening 5 and the reinforcement 6.
  • the plate 10 makes it possible to make a connection between the first internal end part 21 and the second internal end part 31.
  • Vane 1 may be a variable-pitch rectifier vane.
  • the rectifier comprises a hub mounted fixed relative to the casing 101 of the turbomachine 100, and is therefore non-rotating.
  • the rectifier blades 1 extend substantially radially relative to the longitudinal axis turbomachine 100 in different phases of flight.
  • each blade 1 comprises a fastener, or pivot, arranged at the level of the foot 14 of the blade 1.
  • the attachment is rotatably mounted relative to the hub around the wedging axis. More precisely, the fastener is rotatably mounted inside a housing provided in the hub, via balls or other rolling elements.
  • each foot 14 of the rectifier blade 1 is pivotally mounted along a timing axis and connected to a pitch change system mounted in the turbomachine 100.
  • a reinforcement 6 (in English “Spar filler”), illustrated by way of non-limiting example in Figure 2, is a sub-component of the blade 1.
  • the reinforcement 6 is adapted to be placed in the interior cavity 4 so as to block the opening 5.
  • the reinforcement 6 helps in the forming and/or compacting of the three-dimensionally woven skins.
  • Reinforcement 6 comprises a mixture of cuts of at least one fiber and a tackifier. Cutouts can have lengths greater than or equal to 1 mm.
  • the tackifier may comprise an epoxy resin solubilized in a solvent.
  • the reinforcement 6 described above makes it possible to fill the opening 5 between the first internal end part 21 and the second internal end part 31, to correctly form the 3D woven skins and to provide improved mechanical resistance once the polymerized part, in particular a bending stiffness, at the level of the internal end 11 of the blade 1 which is a zone where the stresses are the greatest.
  • the reinforcement 6 therefore allows a satisfactory compromise between stiffness and mass to improve the mechanical strength of the blade 1, for example compared to the addition of a spar or compared to an increase in the thickness of the composite outer skins 2, 3 .
  • the stiffening of the zone located at the internal end 11 of the blade 1 makes it possible to reduce the stresses in the composite outer skins 2, 3 in comparison with a solution whose cavity would be filled only with foam or provided with an insert as described in document FR 3 063 514 A1.
  • the increase in stiffness also makes it possible to limit the movement of the external end 12 of the blade 1.
  • the mixture of fiber cuts and tackifier makes it possible to create a reinforcement 6 having a significant volume and a profile, that is to say a geometry, complex with strong variations in dimensions, in particular strong variations in thickness on reduced height.
  • the reinforcement 6 can thus block the interior cavity 4 of the blade 1, in particular at the level of an internal end 11 of the blade 1 located at the level of the fixing zone of the blade 1 on a casing 101 of the turbomachine 100.
  • the mixture of fiber cuts and tackifier makes it possible to obtain a reinforcement which has sufficient cohesion to ensure its role of structural reinforcement of the blade 1.
  • the use of simple fiber cuts alone would not allow such cohesion.
  • the mixture of fiber cuttings and tackifier is simple and quick to manufacture.
  • the use of such a mixture, in particular containing short fibers of lengths greater than or equal to 1 mm, makes it possible to control exactly the composition of the reinforcement 6 obtained, for example the quantity of fibers and the volume ratio of fibers.
  • the reinforcement 6 can have a rigidity greater than 15 (+/-5) GPa in the radial direction R of the blade 1.
  • the reinforcement 6 contributes to the overall stiffness of the blade 1, to limit the risk of buckling and improve the frequency placement of the blade comprising the blade 1.
  • the volume ratio of fibers of the reinforcement 6 is preferably between 20% and 50%, for example between 30% and 45%, so as to ensure optimal mechanical properties of the reinforcement 6.
  • the reinforcement 6 may have dimensions corresponding substantially to the dimensions of the interior cavity 4 of the blade 1 at the level of the opening 5.
  • the reinforcement 6 is arranged in the interior cavity 4 so as to block the opening 5
  • the reinforcement 6 may have dimensions corresponding substantially to the dimensions of the interior cavity 4 over an entire height of the reinforcement 6, the reinforcement 6 being arranged in a part of the interior cavity 4 so as to at least partially fill said interior cavity 4.
  • the reinforcement 6 may comprise a foot part disposed in the foot part of the interior cavity 4 and a blade part disposed in the blade part of the interior cavity 4.
  • the foot part of the reinforcement 6 may have dimensions corresponding substantially to the dimensions of the foot part of the interior cavity 4 so that the foot part of the reinforcement 6 completely blocks the foot part of the interior cavity 4.
  • the blade part of the reinforcement 6 may have dimensions corresponding substantially to the dimensions of a part of the blade part of the interior cavity 4 so that the blade part of the reinforcement 6 partially blocks the blade part of the interior cavity 4.
  • the reinforcement 6 may have a downwardly flared shape, that is to say an inverted funnel shape.
  • a shape of the reinforcement 6 corresponds substantially to a shape of the interior cavity 4 of the blade 1 at the level of the end parts of the blade 1 which deviate from one another in the direction of thickness Y of blade 1.
  • cut fiber can be made in a single fiber or in several fibers, the several fibers being cut to obtain the cuts.
  • the fiber can fiber a carbon fiber such as IM7 fiber or T1100 fiber.
  • the fiber may be glass fiber.
  • the fiber may be an oversized fiber.
  • the cutouts can have lengths of between 1 mm and 15 mm, for example between 3 mm and 6 mm. Thus, the cuts are even shorter, the fiber from which the cuts are obtained can be shorter, and the composition of the reinforcement 6 can be controlled with better repeatability.
  • the cut fiber may be a strip of prepreg comprising fibers, for example carbon fibers.
  • the cut fiber may be a recycled fiber.
  • the use of a recycled and cut fiber for a sub-component of the reinforcement type 6 of a structural part of the blade type 1 of a turbomachine makes it possible to reduce the cost of the reinforcement 6, and to quickly manufacture a reinforcement 6 of the shape complex.
  • the recycled fiber can for example be a fiber from the end of a reel, for example from an end of unused reel at the end of a weaving campaign, or from a scrap of the woven preform from the blade 1, for example a cutting of surface wires (in English “trimming”) of the woven preform of the blade 1, etc.
  • the cut fiber may be a new fiber.
  • the use of a new fiber can make it possible to adapt and improve the mechanical properties of the reinforcement 6 according to the desired properties.
  • the tackifier may comprise between 20% and 85% by mass of epoxy resin and between 15% and 80% by mass of solvent, preferably approximately 25% by mass of epoxy resin and approximately 75% by mass of solvent. Such mass proportions of approximately 25% epoxy resin and approximately 75% solvent make it possible to obtain a tackifier having optimal properties for the production of reinforcement 6. When the proportion of epoxy resin is increased to approximately 85% , the cohesion of the mixture of tackifier and fiber cuts is still ensured.
  • the epoxy resin can be, for example, PR520 resin, DGEBA or DGEBF.
  • PR520 resin has good tackifying properties. Epoxy resin, particularly PR520 resin, is solubilized in a solvent to obtain the tackifier. Indeed, at room temperature, the PR520 resin has a high viscosity, which makes mixing the non-solubilized PR520 resin with the fiber cuts difficult if not impossible. In addition, it is not necessary to add a large quantity of epoxy resin to the fiber cuts to ensure the cohesion of the mixture. Consequently, dissolving the epoxy resin in a solvent does not harm the cohesion of the reinforcement 6.
  • the solvent can be acetone, or any other solvent compatible with the epoxy resin used, that is to say allowing the epoxy resin to be dissolved.
  • the mixture of PR520 resin and acetone makes it possible to obtain a tackifier with satisfactory properties.
  • the tackifier may comprise approximately 25% by mass of PR520 resin and approximately 75% by mass of acetone, to obtain a tackifier having optimal properties for producing reinforcement 6.
  • the mixture may comprise between 65% and 85% by weight of tackifier and between 15% and 35% by weight of chopped fiber, preferably approximately 75% by weight of tackifier and approximately 25% by weight of chopped fiber.
  • a ratio of approximately 75% by mass of tackifier and of approximately 25% by mass of chopped fiber makes it possible to obtain an ideal mixture texture for the manufacture of reinforcement 6.
  • the reinforcement 6 is delimited radially by an internal border and an external border opposite the internal border.
  • a distance, for example an average distance, between the internal edge and the external edge of the reinforcement 6, corresponds to a height of the reinforcement 6.
  • the internal edge of the reinforcement 6 can be arranged at the level of the opening 5.
  • the reinforcement 6 can extend between the internal edge and the external edge over at least part of the height of the foot 14 of the blade 1 and where appropriate over at least part of the height of the blade 1.
  • the height of the reinforcement 6 can be greater than 3% of the height of the blade 1, for example be greater than 5% of the height of the blade 1, for example be greater than 10% of the height of the blade 1.
  • the height of the reinforcement 6 can be less than 50% of the height of the blade 1, for example be less than 25% of the height of the blade 1, for example be less than 15% of the height of the blade 1, for example being less than 10% of the height of the blade 1.
  • the height of the reinforcement 6 can be between 5% and 15% of the height of the blade 1.
  • the reinforcement 6 extends below, that is to say in a position radially more internal than, the secondary flow line Fs delimiting the flow space of the secondary flow of the turbomachine 100.
  • the reinforcement 6 extends in only part of the foot 14 of the blade 1.
  • the stiffness of blade 1 is therefore increased at the level of root 14 of blade 1 and the mass impact due to the presence of reinforcement 6 on blade 1 is limited.
  • the height of reinforcement 6 may be less than 50 mm.
  • the height of the reinforcement 6 may be less than approximately 10% of the height of the blade 1, or even less than approximately 5% of the height of the blade 1, or even less than approximately 3% of the height of the blade 1. .
  • the reinforcement 6 extends in a part of the root 14 of the blade 1 and in a part of the blade 13.
  • An upstream end of the external edge of the reinforcement 6, i.e. say one end of the reinforcement located on the side of the leading edge 8 of the blade 1, extends above, that is to say in a position radially more external than, the secondary flow line Fs at level of the leading edge 8 of the blade 1.
  • a downstream end of the external edge of the reinforcement 6, that is to say an end of the reinforcement located on the side of the trailing edge 9 of the blade 1, extends below, that is to say say in a position radially more internal than, the secondary flow line Fs at the level of the trailing edge 9 of the blade 1.
  • the stiffness of the blade 1 is increased at the level of the root 14 of the blade 1 and at the level of the leading edge 8 of the blade 1, where a large part of the stresses are located, while limiting the mass impact on the blade 1 comprising the reinforcement 6.
  • the height of the reinforcement 6 can be between 50 mm and 100 mm.
  • the height of the reinforcement 6 can be between approximately 3% and approximately 20% of the height of the blade 1, for example being between approximately 10% and approximately 15% of the height of the blade 1.
  • the reinforcement 6 extends in the root 14 of the blade 1 and in at least part of the blade 13 of the blade 1, an external edge of the reinforcement 6 extending radially to the above, that is to say in a position radially more external than, the secondary flow line Fs.
  • the reinforcement 6 extends in the root 14 of the blade 1 over the entire height of the foot 14 of the blade 1, and further extends in the blade 13 of the blade 1, over at least one part of the height of the blade 13, or even over substantially the entire height of the blade 13.
  • the stiffness of the blade 1 is further increased, both at the level of the root 14 of the blade 1 and at the level of the leading edge 8 and the trailing edge 9 of the blade 13.
  • the height of the reinforcement 6 can be greater than 100 mm.
  • the height of the reinforcement 6 can be greater than approximately 5% of the height of the blade 1, or even greater than approximately 10% of the height of the blade 1, or even greater than approximately 20% of the height of the blade 1. , even greater than approximately 50% of the height of the blade 1.
  • the blade 1 may further comprise a filling material 41 disposed in the interior cavity 4 radially between the reinforcement 6 and the outer end 12 of the blade 1.
  • the filling material 41 thus extends radially above the reinforcement 6, that is to say in a position radially more external than the reinforcement 6, at a distance from the opening 5.
  • the filling material 41 can be placed against the reinforcement 6, that is to say at the contact of the external edge of reinforcement 6.
  • the filling material 41 may have a density lower than a density of the reinforcement 6 and/or lower than a density of the composite material of the outer skins 2, 3, the filling material 41 being inserted in a hollow zone of the blade 1 which is not a structural zone and therefore does not require reinforcement.
  • the filling material 41 may, for example, have a density of around a hundred kg/m 3 and a stiffness of around a hundred MPa.
  • the filling material 41 can be integrated into one or more filling parts, each filling part being adapted to be placed in the interior cavity 4 of the blade 1.
  • the filling material 41 can for example be a foam, such as a foam of organic origin (polyethacrylimide, polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyetherimide (PEI), polyvinyl, carbon, polyisocyanurate, polyurethane, etc.) or metallic (in particular aluminum alloy), or a honeycomb of the Nomex® type (comprising aramid fibers calendered into sheets and covered with phenolic resin), Kevlar, glass fibers or still in aluminum.
  • a foam of organic origin polyethacrylimide, polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyetherimide (PEI), polyvinyl, carbon, polyisocyanurate, polyurethane, etc.
  • metallic in particular aluminum alloy
  • honeycomb of the Nomex® type comprising aramid fibers calendered into sheets and covered with phenolic resin), Kevlar, glass fibers or still in aluminum.
  • the filling material 41 can be placed only in the blade part of the interior cavity 4, in particular when the reinforcement 6 extends throughout the root part of the blade. the inner cavity 4 and in part of the blade part of the inner cavity 4.
  • the filling material 41 can extend in only part of the blade part of the inner cavity 4, or in the entire blade part of the interior cavity 4, in particular when the reinforcement 6 extends in only part of the foot part of the interior cavity 4.
  • the filling material 41 makes it possible to stiffen the exterior skins 2, 3 and/or to give the outer skins 2, 3 the final shape of the blade 13, with minimal impact on the mass of the blade 1.
  • a method of manufacturing a reinforcement 6 as described above for a blade 1 of a turbomachine 100 as described above comprises the following steps:
  • the method described below has generally the same advantages as those described concerning the reinforcement 6 described above.
  • the method makes it possible in particular to quickly create a reinforcement 6 having a complex geometry.
  • the process is particularly simple to carry out, in that it does not require a cutting step or the use of an autoclave.
  • the characteristics of fiber properties, composition of the tackifier, composition of the mixture of the cuts and the tackifier, etc., described above concerning the reinforcement 6, can independently be used in the steps of the process described above.
  • the fiber cut in step E1 may be a carbon or glass fiber, and may be a recycled fiber or a new fiber.
  • the cuts obtained at the end of step E1 can have lengths of between 1 mm and 15 mm, for example between 3 mm and 6 mm.
  • the epoxy resin used in step E2 to prepare the tackifier can be a PR520 resin.
  • the solvent used in step E2 to prepare the tackifier can be acetone.
  • the tackifier prepared in step E2 may comprise between 20% and 85% by mass of epoxy resin and between 15% and 80% by mass of solvent, preferably approximately 25% by mass of epoxy resin and approximately 75% by mass of solvent.
  • the mixture of the cuts with the tackifier prepared in step E3 may comprise between 65% and 85% by weight of tackifier and between 15% and 35% by weight of cut fiber, preferably around 75% by weight of tackifier and around 25 % by mass of cut fiber.
  • Step E1 may include cutting one or more fibers, so as to obtain the fiber cuts. Step E1 can correspond to simultaneous cutting of several fibers.
  • Step E2 of preparing the tackifier may comprise, as illustrated by way of non-limiting example in Figure 7, a sub-step E21 of supplying the epoxy resin and a sub-step E22 of supplying the solvent.
  • Step E3 of mixing the cuts and the tackifier may consist of mixing the cut fibers and the solvent in the mass proportions described above. Mixing the cuts and the tackifier in step E3 makes it possible to incorporate the tackifier into the fiber cuts.
  • the fiber cuts are placed in a container.
  • the tackifier is poured into the container, before mixing or gradually during mixing.
  • the set of cuts and tackifier is mixed in the container until the tackifier is completely absorbed by the fiber cuts.
  • mixing robots it is possible to freeze key parameters such as mixing tools, rotation speed, mixing time, etc., and thus improve mixing repeatability.
  • step E3 the tackifier is sprayed onto the fiber cuts.
  • the mixture of fiber cuts and tackifier is deposited in a cavity 410 of a shaping and/or compacting and/or drying tool 400.
  • the tooling 400 may include a mold forming the cavity 410.
  • the pasty and viscous nature of the mixture of fiber cuts and tackifier makes it possible to distribute the fiber homogeneously in the cavity 410 of the tooling 400, including for a cavity 410 presenting a complex geometry.
  • the cavity 410 of the mold of the tool 400 can present a counterform with respect to the reinforcement 6 to be created, dimensions of the counterform corresponding substantially to dimensions of the part of the interior cavity 4 of the blade 1 in which the reinforcement 6 is intended to be arranged.
  • the mixture of fiber cuts and tackifier is deposited in the cavity 410 so as to fill the cavity 410 with a view to creating the reinforcement 6 having the desired geometry.
  • the tool 400 can then be closed in preparation for the compaction step E4.
  • the compaction step E4 makes it possible to compact the mixture of fiber cuts and tackifier placed in the cavity 410 to obtain the final dimensions of the reinforcement 6 desired and ensure the cohesion of the mixture.
  • the tooling 400 can be of the box type, the box comprising different inserts to be closed to ensure compaction.
  • the tool 400 can be of the matrix or punch type, as illustrated by way of non-limiting example in figure 4. The punch then compacts the fiber evenly.
  • the mold forming the cavity 410 can be tightened, for example under pressure.
  • Drying step E5 accelerates the evaporation of the solvent, to obtain a hardened part.
  • Drying step E5 may include an oven drying cycle. Drying step E5 can be carried out in tooling 400. For a reinforcement 6 having a fiber volume ratio of approximately 40% and a cavity of approximately 95 cubic centimeters, drying step E5 can be carried out during a duration of approximately 3 hours and at a temperature of approximately 120°C.
  • the cycle of drying step E5 can be adapted depending on the nature of the fiber cuts, the composition of the tackifier, and the mass proportions of the mixture of fiber cuts and tackifier, used to produce reinforcement 6.
  • the method may further comprise a step E6 of unmolding the mixture compacted during step E4 and dried during step E5, in order to remove the compacted and dried mixture from the tooling 400.
  • the tooling 400 having previously been covered with Teflon, unmolding of the compacted and dried mixture during step E6 is possible by removing the wedges one by one.
  • the compacted and dried mixture includes interstices that a resin will be able to fill during co-injection carried out in step E11 described below.
  • the compacted and dried mixture may be partially polymerized, which increases its rigidity, or may not be polymerized.
  • the compacted and dried mixture obtained is partially polymerized, in particular is sufficiently rigid to be handled and draped as a sub-component of the blade 1.
  • the partial polymerization of the compacted and dried mixture makes it possible to obtain a good interface during the co-injection of the reinforcement 6 with the rest of the elements of the blade 1 during step E11.
  • the compacted and dried mixture obtained is not polymerized, and is therefore less rigid, but is nevertheless sufficiently rigid to be able to be used as a sub-component of blade 1.
  • a blade 1 as described above can be obtained using the manufacturing process which follows, and which is illustrated by way of non-limiting example in Figure 7. This is however not limiting, other processes which can be considered for the production of such a blade 1.
  • the method of manufacturing the blade 1 can comprise the following steps:
  • a composite preform of the composite blade 1 during a step E0 comprising a first outer skin 2 and a second outer skin 3 of composite material connected to one another at one end external 12 of the dawn 1, the first skin 2 comprising a first internal end part 21, the second skin 3 comprising a second internal end part 31, the first internal end part 21 and the second internal end part 31 being spaced apart one from the other so as to delimit between them an interior cavity 4 of the blade 1 opening into an opening 5 at an internal end 11 of the blade 1, the internal end 11 being radially opposite to the outer end 12;
  • reinforcement 6 is linked to skins 2, 3 of blade 1 without the use of glue or surface treatment.
  • the reinforcement 6 ensures the good compaction of the skins 2, 3 of the blade 1 in the spokes during shaping, ensuring the desired fiber volume ratio in the spokes.
  • the fibrous preform of blade 1 can be produced during step EO for example by three-dimensional weaving or knitting.
  • the fibrous blank is woven in three dimensions with the creation of a separation in order to obtain the two skins 2, 3 and the interior cavity 4, as described above concerning the blade 1.
  • the two skins 2, 3 are monolithic at the level of the head 12 of the blade 1, the leading edge 8 and the trailing edge 9 of the blade 13.
  • the interior cavity 4 is open at the level of the root 14 of the blade 1 and extends to the heart of blade 13.
  • the manufacture of the preform of the blade 1 may include a step of cutting surface threads of the woven preform (in English, “Trimming”), particularly when threads of the preform remain non-woven and protrude.
  • a filling material 41 can be placed in the interior cavity 4, following the placement of the reinforcement 6 in the interior cavity 4 or previously to this placement.
  • the reinforcement 6 can be placed in the interior cavity 4, for example pressing against the filling material 41.
  • the reinforcement 6 blocks the interior cavity 4 of the blade 1 at the level of the opening 5.
  • the assembly formed by the fibrous preform, the filling material 41 and the reinforcement 6 can then be placed in an injection mold.
  • the injection mold can present a counterform with dimensions corresponding substantially to the dimensions of the final molded blade 1, namely the blade 13 and the root 14 of the desired blade 1.
  • the mold is then closed, for example by a wall which blocks the opening 5, in order to carry out the injection.
  • the resin injected during step E11, which forms the “matrix” of the composite material is a generally plastic material.
  • the resin is injected into the injection mold so as to impregnate the fibrous reinforcement of the skins 2, 3, the filling material 41 and the reinforcement 6.
  • the injection of the matrix can be carried out by an injection technique of the RTM or VARRTM type.
  • the injected matrix is for example a thermosetting liquid composition containing an organic precursor of the matrix material.
  • the organic precursor is usually in the form of a polymer, such as a resin, optionally diluted in a solvent.
  • the plastic material is then heated so as to cause its polymerization, for example by crosslinking.
  • the injection mold is placed in an oven. The resulting part can then be demolded from the injection mold.
  • a leading edge 8 can be inserted into the upstream part of the preform of the blade 1.
  • An outer layer forming the leading edge 8 is then placed on the preform to achieve the pairing of the leading edge 8. Then, the leading edge 8 is autoclaved to be glued to the preform.
  • the demolded part can be trimmed by machining in order to eliminate excess length and obtain a part having the desired shape, despite possible retraction of the fibers of the fibrous reinforcement during the polymerization of the plastic material.
  • the sacrificial thicknesses are notably machined in order to obtain the reference surfaces of the foot 14 of the blade 1.
  • Through passages are also machined in the skins 2, 3 in order to receive the fixing system. Where necessary, countersinks are also machined around the through passages.

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Abstract

La présente demande concerne un renfort (6) pour une aube (1) de turbomachine (100), l'aube (1) comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite comprenant chacune une partie d'extrémité interne (21, 31) distantes l'une de l'autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l'aube (1) débouchant dans une ouverture (5), dans lequel le renfort (6) est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l'ouverture (5), et dans lequel le renfort (6) comprend un mélange de découpes d'au moins une fibre et d'un tackifiant, les découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm, le tackifiant comprenant une résine époxy solubilisée dans un solvant.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Renfort pour une aube composite d’une turbomachine, comprenant un mélange de découpes de fibre et d’un tackifiant
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande concerne les turbomachines d’aéronefs, notamment les turboréacteurs ou les turbopropulseurs. La demande concerne un renfort pour une aube composite de turbomachine, une aube composite munie d’un tel renfort, et un procédé de fabrication d’un tel renfort et d’une telle aube composite.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Un aéronef comprend classiquement au moins une turbomachine pour en assurer la propulsion.
La turbomachine comprend au moins une soufflante ou hélice, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’échappement des gaz. Par exemple, la turbomachine peut comprendre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, et la turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
La soufflante comprend un moyeu et des aubes solidaires du moyeu, les aubes de la soufflante étant mobiles en rotation autour d’un axe longitudinal de la turbomachine. Un redresseur de flux secondaire peut être disposé en aval de la soufflante. Le redresseur comprend des aubes de redresseur situées en aval des aubes de soufflante, les aubes de redresseur étant statiques, c’est-à-dire étant fixes en rotation par rapport à l’axe longitudinal de rotation des aubes de soufflante.
Dans une turbomachine carénée, ou turboréacteur, la soufflante est logée dans un carter de soufflante, en amont du reste de la turbomachine.
Dans une turbomachine non carénée, ou turbopropulseur, (en anglais « Open rotor » ou « Unducted fan »), la soufflante est une hélice non carénée placée à l’extérieur de la nacelle, dans le flux d’air environnant la turbomachine. Une turbomachine non carénée peut comprendre deux soufflantes, ou hélices, non carénées et contrarotatives (connue sous l’acronyme anglais UDF pour « UnDucted Fan »), ou en variante une seule soufflante non carénée et un redresseur comprenant plusieurs aubes de redresseur (connue sous l’acronyme anglais USF pour « Unducted Single Fan »). La soufflante peut être placée à l’arrière du générateur de gaz de sorte à être du type pousseur ou à l’avant du générateur de gaz de sorte à être du type tracteur. Une turbomachine non carénée permet d’augmenter le taux de dilution de façon très importante sans être pénalisé par la masse des carters ou nacelles destinées à entourer les pales de la soufflante.
La turbomachine peut être une turbomachine double flux, dans laquelle la masse d’air aspirée par la soufflante est divisée en un flux primaire, qui traverse l’au moins un compresseur, la chambre de combustion et l’au moins une turbine, et un flux secondaire, qui est concentrique avec le flux primaire. Le taux de dilution d’une turbomachine correspond au ratio entre le débit du flux primaire et le débit du flux secondaire. Augmenter le taux de dilution permet d’améliorer les performances de la turbomachine et de réduire sa consommation spécifique de carburant. Ceci se traduit par une hausse du diamètre des aubes à iso poussée moteur, en particulier des aubes de la soufflante et des aubes du redresseur associé. Cette augmentation de dimensions est encore plus importante pour les turbomachines non carénées, dans lesquelles les aubes sont de plus grandes dimensions et les vitesses de rotation sont plus faibles. L’accroissement des dimensions des aubes entraîne une augmentation de la masse des aubes, en particulier des aubes du redresseur, ce qui est préjudiciable pour les performances de la turbomachine.
En vue de réduire la masse des aubes, les aubes peuvent être conçues en matériau composite à matrice organique comprenant un renfort fibreux noyé dans une matrice organique. En outre, la matrice organique peut être partiellement creuse, en ne renforçant que les parties structurales.
On connaît de l’art antérieur, ainsi qu’illustré en figure 1 , une aube 100 de redresseur d’une turbomachine carénée s’étendant radialement entre une plateforme interne, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter interne de la turbomachine, et une plateforme externe, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter externe de la turbomachine. Chaque aube 100 comprend un corps de pale en matériau composite constitué d’un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel et densifié par une matrice. Le renfort fibreux présente une partie d'extrémité comprenant deux segments 200 déliés l'un de l'autre jusqu'à une extrémité libre du renfort fibreux. L’aube 100 comporte en outre un sous-composant de remplissage (« Gap filler » ou « roving » en anglais) sous la forme d’insert rapporté 300 permettant de combler un espace libre au niveau de la jonction entre les segments 200 du renfort fibreux. L’insert 300 peut notamment être fabriqué à partir d’une tresse mise en forme. Le document FR 3 063 514 A1 décrit une telle aube de redresseur, l’aube comprenant en outre un insert rapporté présentant une section en forme de pi. Ainsi, l’aube peut être fabriquée en un matériau composite plein en lieu et place de matériaux métalliques tels que le titane, et l’accroissement de la masse de l’aube est réduit.
Toutefois, l’insert rapporté ne permet pas de répondre aux nouvelles contraintes géométriques et structurales d’une aube composite, en particulier d’une aube composite à matrice organique tissée 3D d’un redresseur de flux secondaire. En effet, l’évolution de la géométrie cible de l’insert rapporté, qui doit présenter une variation d’épaisseur très importante, rend infaisable sa fabrication à partir des techniques connues, telles qu’à partir d’une tresse mise en forme.
En outre, dans les turbomachines non carénées, le fait de fixer l’aube, en particulier l’aube de redresseur, à un carter de la turbomachine uniquement par son extrémité radiale interne située au niveau du pied d’aube, a pour conséquence de faire transiter l’ensemble des efforts dans la zone du pied d’aube, ce qui se traduit par des niveaux élevés de contraintes dans les parties composites du pied de l’aube. Les inserts rapportés connus ne permettent pas de renforcer localement suffisamment la zone du pied d’aube, et ainsi ne limitent pas suffisamment l’ouverture et les contraintes au niveau des segments déliés du renfort fibreux sous sollicitation de traction, compression et flexion. En outre, les inserts connus fabriqués à partir d’une tresse présentent une rigidité trop faible et ne permettent donc pas d’augmenter suffisamment la raideur globale de l’aube, ce qui entraîne un risque accru de flambage et une dégradation du placement fréquentiel du redresseur.
EXPOSE GENERAL
Un but de la présente demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine permettant de réduire les contraintes s’exerçant sur l’aube au niveau d’une zone structurale de l’aube, et permettant de limiter l’augmentation de la masse de l’aube.
Un autre but de la demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine présentant une géométrie complexe et des propriétés de résistance mécanique satisfaisantes.
Un autre but de la demande est de proposer un procédé de fabrication d’un tel renfort qui soit simple à mettre en oeuvre et qui permette de créer rapidement un renfort présentant une géométrie complexe.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect, un renfort pour une aube de turbomachine, l’aube comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, dans lequel le renfort est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture, et dans lequel le renfort comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant, les découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm, le tackifiant comprenant une résine époxy solubilisée dans un solvant.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du renfort selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement envisageable :
- les découpes sont obtenues à partir d’un lé de préimprégné comprenant des fibres de carbone, de préférence le lé de préimprégné est recyclé ;
- le tackifiant comprend entre 20% et 85% en masse de résine époxy, de préférence environ 25% en masse de résine époxy,
- la résine époxy est de la résine PR520 et le solvant est de l’acétone ;
- le mélange comprend entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée ;
- les découpes présentent des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm.
Selon un deuxième aspect, la présente demande concerne une aube de turbomachine, comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, l’aube comprenant en outre un renfort selon le premier aspect, le renfort présentant des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture, le renfort étant disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture.
Optionnellement, l’aube peut comprendre en outre un matériau de remplissage disposé dans la cavité intérieure radialement entre le renfort et l’extrémité externe de l’aube.
Selon un troisième aspect, la présente demande concerne une turbomachine non carénée, comprenant : - un carter ;
- une soufflante ayant un moyeu de soufflante et des pales périphériques de soufflante, solidaires du moyeu de soufflante, le moyeu de soufflante ayant une partie aval de moyeu qui est entourée par une surface interne d’une partie amont du carter et qui dépasse de la partie amont du carter, le moyeu de soufflante étant monté à rotation par rapport à la partie amont du carter autour de l’axe longitudinal ; et
- au moins une aube de redresseur selon le deuxième aspect, ladite aube étant située en aval par rapport aux pales périphériques de soufflante, ladite aube étant montée sur une surface externe de la partie amont du carter au niveau d’une extrémité interne de l’aube, le renfort étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube.
Selon un quatrième aspect, la présente demande concerne un procédé de fabrication d’un renfort selon le premier aspect pour une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes :
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant.
Selon un cinquième aspect, la présente demande concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon le deuxième aspect, comprenant les étapes suivantes : Réalisation d’une préforme composite de l’aube composite, ladite préforme comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe ;
Fabrication d’un renfort au moyen d’un procédé selon le quatrième aspect, le renfort présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture ;
Mise en place du renfort dans la cavité intérieure de la préforme d’aube de sorte à boucher l’ouverture ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube et le renfort.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 illustre une vue en perspective schématique en coupe d’une aube selon l’art antérieur.
La figure 2 illustre une vue en perspective schématique d’un renfort selon un mode de réalisation, le renfort présentant une deuxième géométrie différente de la première géométrie.
La figure 3a illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une aube selon un mode de réalisation.
La figure 3b illustre une vue schématique en coupe longitudinale radiale d’une aube selon un mode de réalisation.
La figure 4 illustre une vue schématique en coupe d’un outillage de type poinçon adapté pour mettre en oeuvre un procédé de fabrication d’un renfort selon un mode de réalisation.
La figure 5 illustre une vue en perspective schématique partielle d’une aube selon un mode de réalisation.
La figure 6 illustre une vue schématique en perspective d’un exemple de turbomachine non carénée comportant une aube selon un mode de réalisation.
La figure 7 est un schéma bloc illustrant un procédé de fabrication d’une aube selon un mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE
Turbomachine
Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz à travers la soufflante 200 de la turbomachine 100, un flux d’air s’écoulant dans la turbomachine 100 depuis l’amont vers l’aval. L’axe longitudinal X correspond à un axe de rotation de la soufflante 200. Un axe radial est un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal X et passant par lui. Une direction longitudinale, respectivement radiale, correspond à la direction de l'axe longitudinal X, respectivement radial. Les termes interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X que la partie ou la face externe du même élément. Une direction de largeur L de l’aube 1 correspond sensiblement à la direction longitudinale, une direction de hauteur R de l’aube 1 correspond à la direction radiale au niveau de l’aube 1 , et une direction d’épaisseur Y de l’aube 1 correspond à la direction perpendiculaire à la direction de largeur L et à la direction de hauteur R de l’aube 1.
La turbomachine 100 s’étend sensiblement autour de l’axe longitudinal X. La turbomachine 100 comprend, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, au moins une soufflante 200, ou hélice, un ensemble moteur 300 comprenant au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine, et une tuyère 108 d’échappement des gaz. Par exemple, l’ensemble moteur 300 de la turbomachine 100 peut comprendre une soufflante et un redresseur, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, la chambre de combustion, et une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression s’étendant selon l’axe longitudinal X. La turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression s’étendant selon l’axe longitudinal X. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante 200 soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante 200, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
Chaque compresseur et chaque turbine peuvent comporter un ou plusieurs étages, chaque étage étant formé par un ensemble d’aubes fixes, ou aubage de stator, et un ensemble d’aubes rotatives, ou aubage de rotor. Les aubes fixes sont fixées à un carter 101 de la turbomachine 100. Les aubes rotatives du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont fixées à l’arbre basse pression. Les aubes rotatives du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont fixées à l’arbre haute pression.
En fonctionnement, de l'air s'écoule à travers la soufflante 200 rotative et une première partie, dite flux primaire, du flux d'air est acheminée à travers le compresseur basse pression et le compresseur haute pression, le flux primaire étant ainsi comprimé puis envoyé à la chambre de combustion. Les produits de combustion chauds provenant de la chambre de combustion sont utilisés pour entraîner la turbine haute pression et la turbine basse pression et produire ainsi la poussée de la turbomachine 100, et sont évacués par la tuyère 108 située en aval de l’ensemble moteur 300. Une deuxième partie de l’air, dite flux secondaire, est évacué de la soufflante 200 rotative autour du carter 101 de l’amont vers l’aval.
Une aube 1 est une pièce structurelle de la turbomachine 100, destinée à être intégrée dans un aubage de la turbomachine 100. L’aubage comprend un moyeu qui peut être monté rotatif par rapport au carter 101 de la turbomachine 100 pour un aubage rotatif, ou être monté fixe par rapport au carter 101 de la turbomachine 100 pour un aubage fixe. L’aubage comprend en outre une pluralité d’aubes 1 fixées au moyeu. Les aubes 1 s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe longitudinal X et peuvent être réparties circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X.
L’aubage peut présenter par exemple un diamètre supérieur ou égal à 150 cm, de préférence supérieur ou égal à 200 cm, par exemple inférieur ou égal à 400 cm. Ainsi, l’aube 1 présente une envergure suffisante pour que les aubes 1 de l’aubage comprennent deux peaux 2, 3 extérieures réalisées dans un matériau composite et délimitant une cavité intérieure 4. Une aube 1 de l’aubage présente ainsi de préférence une hauteur supérieure ou égale à 50 cm, de préférence supérieure ou égal à 70 cm, par exemple de l’ordre de 80 cm à 100 cm, en étant par exemple inférieure ou égal à 160 cm. La figure 6 illustre un exemple non limitatif dans lequel la turbomachine 100 est une turbomachine non carénée dont le redresseur comprend une aube 1 comprenant un renfort 6 selon un mode de réalisation particulier. La turbomachine 100 comprend :
- un carter 101 ;
- une soufflante 200 ayant un moyeu 201 de soufflante 200 et des pales périphériques 202 de soufflante 200, solidaires du moyeu 201 de soufflante 200, le moyeu 201 de soufflante 200 ayant une partie aval 203 de moyeu 201 qui est entourée par une surface interne 102 d’une partie amont 103 du carter 101 et qui dépasse de la partie amont 103 du carter 101 , le moyeu 201 de soufflante 200 étant monté à rotation par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X ; et
- au moins une aube 1 de redresseur, ladite aube 1 étant située en aval par rapport aux pales périphériques 202 de soufflante 200, ladite aube 1 étant montée sur une surface externe de la partie amont 103 du carter 101 au niveau d’une extrémité interne de l’aube 1 , ladite aube 1 comprenant un renfort 6 tel que décrit ci-dessous, le renfort 6 étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube 1.
Le carter 101 de la turbomachine 100 porte la soufflante 200 sur son côté amont. Les pales périphériques 202 de soufflante 200 sont réparties sur le moyeu 201 de soufflante 200 autour de l’axe longitudinal X de rotation en amont du carter 101 de turbomachine 100. Le moyeu 201 de soufflante 200 est apte à tourner sur lui-même par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X. La turbomachine 100 comporte en aval du moyeu 201 de soufflante 200 et dans le carter 101 un ensemble moteur 300 permettant de faire tourner le moyeu 201 de soufflante 200 et donc les pales périphériques 202 de soufflante 200 autour de l’axe longitudinal X.
Les aubes 1 de redresseur sont situées dans l’espace d’écoulement du flux secondaire, qui est créé en aval des pales périphériques 202 de soufflante 200 autour de la surface extérieure du carter 101 , lorsque les pales périphériques 202 de soufflante 200 sont mises en rotation autour de l’axe longitudinal X.
La turbomachine 100 étant non carénée, chaque aube 1 de redresseur de flux secondaire est fixée ou montée de manière mobile sur une surface extérieure de la partie amont 103 du carter 101 , uniquement au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube. Une extrémité externe 12 de l’aube 1 , qui est radialement opposée par rapport à l’extrémité interne 11 , est laissée nue dans le flux secondaire, sans être montée ni fixée à un carter, aucun carter ni nacelle n’entourant les aubes 1 de redresseur et le carter 101.
L’ensemble moteur 300 est situé dans le carter 101. Une entrée d’air est située entre la partie amont 103 du carter 101 et le moyeu 201 de soufflante 200 et en aval des pales périphériques 202 de soufflante 200. L’aube 1 de redresseur a une forme configurée pour concentrer le flux secondaire contre la surface extérieure de la partie aval 107 du carter 101 , située en aval de la surface extérieure de la partie amont 103 du carter 101. Un bras de fixation extérieur ou un moyen extérieur de fixation relie le carter 101 à un aéronef.
Il est entendu que le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 d’une turbomachine 100 de tout type, par exemple d’une turbomachine 100 non carénée, par exemple d’un turbopropulseur de type UDF comprenant deux soufflantes non carénées et contrarotatives, ou d’un turbopropulseur de type USF comprenant une seule soufflante non carénée et un redresseur. En variante, le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 d’une turbomachine 100 carénée, par exemple d’un turboréacteur comprenant une soufflante 200 carénée.
En outre, il est entendu que le renfort 6 peut être un renfort 6 pour toute aube 1 composite de turbomachine 100 nécessitant un renfort 6 épais ou de géométrie à épaisseur évolutive, en particulier pour une aube 1 en composite à matrice organique partiellement creuse présentant une zone creuse structurale à renforcer. Ainsi le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 composite de tout aubage d’une turbomachine 100, par exemple à un renfort 6 pour une aube 1 de soufflante 200, de redresseur, de compresseur, et/ou de turbine.
Aube
Une aube 1 comprend une pale 13 à profil aérodynamique propre à être placée dans un flux d’air lorsque la turbomachine 100 est en fonctionnement afin de générer une portance, et un pied 14 configuré pour être fixé au moyeu rotatif ou fixe de l’aubage comprenant l’aube 1 au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1 . L’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond ainsi au côté de montage de l’aube 1.
Le pied 14 de l’aube 1 peut être fixé au moyeu, fixe ou rotatif, de l’aubage, par une attache recevant le pied 14 de l’aube 1 et le fixant au moyeu de l’aubage. La figure 5 illustre à titre d’exemple non limitatif un exemple d’attache comprenant des trous 210, 310 traversant respectivement la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 dans la direction radiale R, et pouvant comprendre des boulonnages ou rivetages dans les trous, ou autres.
Le pied 14 de l’aube 1 correspond à la partie de l’aube 1 qui est située sous une ligne Fs délimitant l’espace d’écoulement du flux secondaire de la turbomachine 100, ou ligne d’écoulement secondaire Fs. Ainsi, le pied 14 de l’aube 1 est situé en une position radialement interne par rapport à une paroi du carter 101 de la turbomachine 100 qui délimite radialement à l’intérieur l’espace d’écoulement du flux secondaire. Dans un turboréacteur caréné 100, l’espace d’écoulement du flux secondaire est une veine d’écoulement du flux secondaire délimitée à l’intérieur par la paroi du carter 101 , le carter 101 correspondant à un carter interne, et délimitée à l’extérieur par une paroi d’un carter externe du turboréacteur 100. Dans un turbopropulseur 100, l’espace d’écoulement du flux secondaire est un espace extérieur au turbopropulseur 10, qui est délimité à l’intérieur par la paroi du carter 101 . La paroi du carter 101 peut être formée d’une ou d’un ensemble de plateformes interaubes 1 . Les plateformes inter-aubes 1 peuvent être formées d’une seule pièce avec les aubes 1 ou être séparées et rapportées sur les aubes 1 d’un aubage au niveau d’une jonction entre le pied 14 de l’aube 1 et la pale 13. Les plateformes inter-aubes 1 délimitent à l’intérieur l’espace d’écoulement du flux secondaire au niveau de l’aubage.
La pale 13 à profil aérodynamique présente un bord d’attaque 8 et un bord de fuite 9 raccordés par une paroi intrados et une paroi extrados. Le bord d’attaque 8 de la pale 13 forme une extrémité amont de la pale 13 dans l’espace d’écoulement. Il correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement d’extrados. Le bord d’attaque 8 de la pale 13 est configuré pour s’étendre en regard de l'écoulement des gaz entrant dans la turbomachine 100. Le bord de fuite 9 de la pale 13 correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados, et forme une extrémité aval de la pale 13 dans l’espace d’écoulement.
L’aube 1 comprend une première peau 2 extérieure et une deuxième peau 3 extérieure en matériau composite, raccordées l’une à l’autre au niveau de l’extrémité externe 12 de l’aube 1 . La première peau 2 et la deuxième peau 3 et s’étendent globalement l’une en face de l’autre. La première peau 2 peut former la paroi intrados de la pale 13 et la deuxième peau 3 peut former la paroi extrados de la pale 13. Les peaux 2 et 3 forment la surface extérieure de l’aube 1 , située dans le flux secondaire d’air lors du fonctionnement de la turbomachine 100. La première peau 2 et la deuxième peau 3 portent le bord d’attaque 8 et le bord de fuite 9 de l’aube 1 .
La première peau 2 et la deuxième peau 3 de l’aube 1 sont réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. Les peaux 2, 3 peuvent être monolithiques et être réalisées d’une seule pièce à partir d’une préforme fibreuse avec une épaisseur évolutive. En variante, le renfort fibreux peut comprendre une première peau 2 et une deuxième peau 3, qui sont raccordées par exemple à proximité de l’extrémité externe 12 de l’aube 1 . Le renfort fibreux comprend une partie de pale destinée à former la pale 13 à profil aérodynamique, et une partie de pied destinée à former le pied 14 de l’aube 1 .
Le renfort fibreux peut comprendre des arrangements fibreux tridimensionnels tissés ou tricotés. Il est par ailleurs réalisé de telle sorte qu’il comprend des torons (c’est-à-dire tout type de fil(s)) qui s’étendent continûment à la fois à l’intérieur de la partie de pale 13 et à l’intérieur de la partie de pied 14 de l’aube 1. En variante, le renfort fibreux peut comprendre des arrangements fibreux bidimensionnels stratifiés. Les fibres du renfort fibreux comprennent au moins l’un des matériaux suivants : carbone (typiquement, du carbure de silicium), verre, aramide, polypropylène et/ou céramique (typiquement, une céramique oxyde). La matrice comprend typiquement une matrice organique (thermodurcissable, thermoplastique ou élastomère) ou une matrice en carbone. Par exemple, la matrice comprend une matière plastique, typiquement un polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide.
La première peau 2 comprend une première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième peau 3 comprend une deuxième partie d’extrémité interne 31. La première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 sont distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure 4 de l’aube 1 débouchant dans une ouverture 5 au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube 1 , l’extrémité interne 11 étant radialement opposée à l’extrémité externe 12.
L’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond à une extrémité de montage de la première peau 2 et de la deuxième peau 3 sur un moyeu rotatif ou fixe de l’aubage comprenant l’aube 1. L’aube 1 peut être fixée au moyeu rotatif ou fixe de l’aubage au niveau de sa seule extrémité interne 11 , notamment dans le cas d’une turbomachine 100 non carénée, ou au niveau à la fois de son extrémité interne 11 et de son extrémité externe 12, notamment dans le cas d’une turbomachine 100 carénée.
Une hauteur de l’aube 1 correspond à une distance le long de l’axe radial entre l’extrémité interne 11 et l’extrémité externe 12 de l’aube 1 . L’extrémité externe 12 de l’aube 1 correspond à une tête de l’aube 1. Une hauteur de la pale 13 correspond à une distance le long de l’axe radial entre une extrémité interne et une extrémité externe de la pale 13. Une hauteur du pied 14 correspond à une distance le long de l’axe radial entre une extrémité interne et une extrémité externe du pied 14. L’extrémité externe 12 de l’aube 1 correspond à l’extrémité externe de la pale 13, et l’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond à l’extrémité interne du pied 14. L’extrémité interne de la pale 13 peut correspondre à l’extrémité externe du pied 14.
Les peaux 2, 3 du renfort fibreux sont séparées par la cavité intérieure 4 qui est ouverte au niveau de l’extrémité interne de l’aube 1 , ce qui permet de réduire encore la masse de l’aube 1 en comparaison avec une aube 1 conventionnelle. Dans le cas où les peaux 2, 3 sont obtenues par tissage tridimensionnel et sont monolithiques, la cavité intérieure 4 est obtenue en réalisant une déliaison dans le renfort fibreux entre deux couches successives de chaîne, depuis une zone dite non déliée (comprenant ici la tête 12 de l’aube 1 ) jusqu’à l’extrémité interne 11 des peaux 2, 3, où débouche la cavité intérieure 4 au niveau de l’ouverture 5. Pour cela, au niveau de la déliaison, les torons de chaîne de deux couches successives de l’ébauche fibreuse ne sont pas reliés par des torons de trame. De préférence, la déliaison s’étend au sein de la pale 13 à profil aérodynamique et s’étend jusqu’à l’extrémité interne du pied 14 de l’aube 1 .
Dans la partie de pale du renfort fibreux, la cavité intérieure 4 n’est pas ouverte sur le bord d’attaque 8 ni le bord de fuite 9. Les parties du renfort fibreux formant le bord d’attaque 8 et le bord de fuite 9 ne sont donc pas déliées. Le bord d’attaque 8 et/ou le bord de fuite 9 peuvent être rapportés et fixés sur le renfort fibreux, comme décrit ci-dessous concernant le procédé de fabrication de l’aube 1. En revanche, dans la partie de pied du renfort fibreux, la cavité intérieure 4 peut être ouverte sur les bords amont et aval du pied 14 de l’aube 1 , qui s’étendent dans le prolongement du bord d’attaque 8 et du bord de fuite 9 de la pale 13, respectivement. Les parties de l’ébauche fibreuses formant le bord amont et le bord aval du pied 14 de l’aube 1 peuvent donc être déliées.
On pourra se référer à titre d’exemple au document EP2588758 au nom de la Demanderesse pour plus de détails sur la réalisation de déliaisons.
La première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 correspondent aux parties des peaux 2, 3, qui sont situées en une position radialement interne par rapport à la déliaison effectuée dans le renfort fibreux. La première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 peuvent s’étendre sur toute la hauteur du pied 14 de l’aube 1 et sur au moins une partie de la hauteur de la pale 13 de l’aube 1 , voire sur sensiblement toute la hauteur de la pale 13 de l’aube 1 lorsque la déliaison est située sensiblement au niveau de l’extrémité externe 12 de l’aube 1. Ainsi, la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 sont adaptées pour définir ensemble des parois extérieures du pied 14 et d’au moins une partie de la pale 13 de l’aube 1 , de sorte que la cavité intérieure 4 comprend une partie de pied et une partie de pale. La cavité intérieure 4 s’étend ainsi sur toute la hauteur du pied 14 de l’aube 1 , et sur au moins une partie de la hauteur de la pale 13, voire sur sensiblement toute la hauteur de la pale 13.
La première peau 2 et la deuxième peau 3 peuvent s’écarter 101 l’une de l’autre vers l’extrémité interne 11 de l’aube 1 suivant la direction d’épaisseur Y de l’aube 1. La cavité intérieure 4 est située en une position radialement externe par rapport à l’ouverture 5 et présente ainsi une épaisseur maximale au niveau de l’ouverture 5, c’est-à-dire au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1.
Une plaque 10 peut être fixée sous et contre la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 et être située sous et contre l’ouverture 5 et le renfort 6. La plaque 10 permet de faire une liaison entre la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31.
L’aube 1 peut être une aube de redresseur à calage variable. Le redresseur comprend un moyeu monté fixe par rapport au carter 101 de la turbomachine 100, et est donc non tournant. Les aubes 1 de redresseur s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe longitudinal X. L’aube 1 comprend alors un mécanisme d’actionnement permettant de modifier l’angle de calage de l’aube afin d’adapter les performances de la turbomachine 100 aux différentes phases de vol. De plus, chaque aube 1 comprend une attache, ou pivot, disposée au niveau du pied 14 de l’aube 1. L’attache est montée rotative par rapport au moyeu autour de l’axe de calage. Plus précisément, l’attache est montée rotative à l’intérieur d’un logement ménagé dans le moyeu, par l’intermédiaires de billes ou d’autres éléments roulants. Ainsi, chaque pied 14 de l’aube 1 de redresseur est monté pivotant suivant un axe de calage et relié à un système de changement de pas monté dans la turbomachine 100.
Renfort
Un renfort 6 (en anglais « Spar filler »), illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 2, est un sous-composant de l’aube 1 . Le renfort 6 est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure 4 de sorte à boucher l’ouverture 5. En outre, le renfort 6 permet d’aider au formage et/ou au compactage des peaux tissées tridimensionnellement.
Le renfort 6 comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant. Les découpes peuvent présenter des longueurs supérieures ou égales à 1 mm. Le tackifiant peut comprendre une résine époxy solubilisée dans un solvant.
Le renfort 6 décrit ci-dessus permet de combler l’ouverture 5 entre la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 , de former correctement les peaux tissés 3D et d’apporter une résistance mécanique améliorée une fois la pièce polymérisée, en particulier une raideur en flexion, au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1 qui est une zone où les contraintes sont les plus grandes. Le renfort 6 permet donc un compromis satisfaisant entre raideur et masse pour améliorer la tenue mécanique de l’aube 1 , par exemple comparé à l’ajout d’un longeron ou comparé à une augmentation de l’épaisseur des peaux 2, 3 extérieures composites. La rigidification de la zone située au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1 permet de réduire les contraintes dans les peaux 2, 3 extérieures composites en comparaison d’une solution dont la cavité serait remplie uniquement de mousse ou munie d’un insert tel que décrit dans le document FR 3 063 514 A1. L’augmentation de la raideur permet également de limiter le déplacement de l’extrémité externe 12 de l’aube 1.
Le mélange de découpes de fibre et de tackifiant permet de créer un renfort 6 présentant un volume significatif et un profil, c’est-à-dire une géométrie, complexe avec de fortes variations de dimensions, en particulier de fortes variations d’épaisseur sur une hauteur réduite. Le renfort 6 peut ainsi boucher la cavité intérieure 4 de l’aube 1 , en particulier au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube 1 située au niveau de la zone de fixation de l’aube 1 sur un carter 101 de la turbomachine 100.
En outre, le mélange de découpes de fibre et de tackifiant permet d’obtenir un renfort qui présente une cohésion suffisante pour assurer son rôle de renfort structurel de l’aube 1. L’utilisation de simples découpes de fibre seules ne permettrait pas une telle cohésion.
En outre, le mélange de découpes de fibre et de tackifiant est simple et rapide à fabriquer. Enfin, l’utilisation d’un tel mélange, en particulier contenant des fibres courtes de longueurs supérieures ou égales à 1 mm, permet de maîtriser exactement la composition du renfort 6 obtenu, par exemple la quantité de fibres et le taux volumique de fibres.
Le renfort 6 peut présenter une rigidité supérieure à 15 (+/-5) GPa dans la direction radiale R de l’aube 1 . Ainsi, le renfort 6 contribue à la raideur globale de l’aube 1 , pour limiter le risque de flambage et améliorer le placement fréquentiel de l’aubage comprenant l’aube 1.
Le taux volumique de fibres du renfort 6 est de préférence compris entre 20% et 50%, par exemple entre 30% et 45%, de sorte à assurer des propriétés mécaniques du renfort 6 optimales.
Le renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure 4 de l’aube 1 au niveau de l’ouverture 5. Ainsi, le renfort 6 est disposé dans la cavité intérieure 4 de sorte à boucher l’ouverture 5. Le renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions la cavité intérieure 4 sur toute une hauteur du renfort 6, le renfort 6 étant disposé dans une partie de la cavité intérieure 4 de sorte à remplir au moins partiellement ladite cavité intérieure 4. Plus particulièrement, le renfort 6 peut comprendre une partie de pied disposée dans la partie de pied de la cavité intérieure 4 et une partie de pale disposée dans la partie de pale de la cavité intérieure 4. La partie de pied du renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement aux dimensions de la partie de pied de la cavité intérieure 4 de sorte que la partie de pied du renfort 6 bouche entièrement la partie de pied de la cavité intérieure 4. La partie de pale du renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement aux dimensions d’une partie de la partie de pale de la cavité intérieure 4 de sorte que la partie de pale du renfort 6 bouche partiellement la partie de pale de la cavité intérieure 4.
Le renfort 6 peut présenter une forme évasée vers le bas, c’est-à-dire une forme en entonnoir inversé. Ainsi, une forme du renfort 6 correspond sensiblement à une forme de la cavité intérieure 4 de l’aube 1 au niveau des parties d’extrémité de l’aube 1 qui s’écartent l’une de l’autre suivant la direction d’épaisseur Y de l’aube 1.
Par la suite, il est fait référence à une fibre découpée. Il est entendu que les découpes peuvent être réalisées dans une seule fibre ou dans plusieurs fibres, les plusieurs fibres étant découpées pour obtenir les découpes.
La fibre peut fibre une fibre de carbone telle qu’une fibre IM7 ou une fibre T1100. En variante, la fibre peut être une fibre de verre. La fibre peut être une fibre sur-ensimée.
Les découpes peuvent présenter des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm. Ainsi, les découpes sont encore plus courtes, la fibre à partir de laquelle les découpes sont obtenues peut être plus courte, et la composition du renfort 6 peut être maîtrisée avec une meilleure répétabilité. La fibre découpée peut être un lé de préimprégné comprenant des fibres, par exemple des fibres de carbone.
La fibre découpée peut être une fibre recyclée. L’utilisation d’une fibre recyclée et découpée pour un sous-composant de type renfort 6 d’une pièce structurelle de type aube 1 d’une turbomachine permet de réduire le coût du renfort 6, et de fabriquer rapidement un renfort 6 de forme complexe. La fibre recyclée peut par exemple être une fibre issue d’une fin de bobine, par exemple d’une fin de bobine non utilisée à la fin d’une campagne de tissage, ou issue d’une chute de la préforme tissée de l’aube 1 , par exemple d’une découpe de fils de surface (en anglais « trimming ») de la préforme tissée de l’aube 1 , etc.
En variante, la fibre découpée peut être une fibre neuve. L’utilisation d’une fibre neuve peut permettre d’adapter et d’améliorer les propriétés mécaniques du renfort 6 en fonction des propriétés souhaitées.
Le tackifiant peut comprendre entre 20% et 85% en masse de résine époxy et entre 15% et 80% en masse de solvant, de préférence environ 25% en masse de résine époxy et environ 75% en masse de solvant. De telles proportions massiques d’environ 25% résine époxy et d’environ 75% de solvant permettent d’obtenir un tackifiant présentant des propriétés optimales pour la réalisation du renfort 6. Lorsque la proportion de résine époxy est augmentée jusqu’à environ 85%, la cohésion du mélange de tackifiant et de découpes de fibre est encore assurée.
La résine époxy peut être par exemple de la résine PR520, du DGEBA ou du DGEBF. La résine PR520 présente de bonnes propriétés tackifiantes. La résine époxy, en particulier la résine PR520, est solubilisée dans un solvant pour obtenir le tackifiant. En effet, à température ambiante, la résine PR520 présente une viscosité importante, ce qui rend le mélange de la résine PR520 non solubilisée avec les découpes de fibre difficile voire impossible. En outre, il n’est pas nécessaire d’apporter une grande quantité de résine époxy aux découpes de fibre pour assurer la cohésion du mélange. Par conséquent, solubiliser la résine époxy dans un solvant ne nuit pas à la cohésion du renfort 6.
Le solvant peut être de l’acétone, ou tout autre solvant compatible de la résine époxy utilisée, c’est-à-dire permettant de solubiliser la résine époxy. Le mélange de résine PR520 et d’acétone permet d’obtenir un tackifiant présentant des propriétés satisfaisantes. En particulier, le tackifiant peut comprendre environ 25% en masse de résine PR520 et environ 75 % en masse d’acétone, pour obtenir un tackifiant présentant des propriétés optimales pour la réalisation du renfort 6.
Le mélange peut comprendre entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée. Un ratio d’environ 75% en masse de tackifiant et d’environ 25% en masse de fibre coupée permet d’obtenir une texture de mélange idéale pour la fabrication du renfort 6.
Le renfort 6 est délimité radialement par une bordure interne et une bordure externe opposée à la bordure interne. Une distance, par exemple une distance moyenne, entre la bordure interne et la bordure externe du renfort 6, correspond à une hauteur du renfort 6. La bordure interne du renfort 6 peut être disposée au niveau de l’ouverture 5. Le renfort 6 peut s’étendre entre la bordure interne et la bordure externe sur au moins une partie de la hauteur du pied 14 de l’aube 1 et le cas échéant sur au moins une partie de la hauteur de l’aube 1 .
La hauteur du renfort 6 peut être supérieure à 3% de la hauteur de l’aube 1 , par exemple être supérieure à 5% de la hauteur de l’aube 1 , par exemple être supérieure à 10% de la hauteur de l’aube 1 . La hauteur du renfort 6 peut être inférieure à 50% de la hauteur de l’aube 1 , par exemple être inférieure à 25% de la hauteur de l’aube 1 , par exemple être inférieure à 15% de la hauteur de l’aube 1 , par exemple être inférieure à 10% de la hauteur de l’aube 1 . A titre d’exemple non limitatif, la hauteur du renfort 6 peut être comprise entre 5% et 15% de la hauteur de l’aube 1 .
Dans un premier mode de réalisation, le renfort 6 s’étend au-dessous de, c’est-à-dire en une position radialement plus interne que, la ligne d’écoulement secondaire Fs délimitant l’espace d’écoulement du flux secondaire de la turbomachine 100. Ainsi, le renfort 6 s’étend dans une partie seulement du pied 14 de l’aube 1 . La raideur de l’aube 1 est donc augmentée au niveau du pied 14 de l’aube 1 et l’impact de masse du fait de la présence du renfort 6 sur l’aube 1 est limité. Par exemple, la hauteur du renfort 6 peut être inférieure à 50 mm. La hauteur du renfort 6 peut être inférieure à environ 10% de la hauteur de l’aube 1 , voire inférieure à environ 5% de la hauteur de l’aube 1 , voire inférieure à environ 3% de la hauteur de l’aube 1 .
Dans un deuxième mode de réalisation, le renfort 6 s’étend dans une partie du pied 14 de l’aube 1 et dans une partie de la pale 13. Une extrémité amont de la bordure externe du renfort 6, c’est-à-dire une extrémité du renfort située du côté du bord d’attaque 8 de l’aube 1 , s’étend au-dessus de, c’est-à-dire en une position radialement plus externe que, la ligne de flux secondaire Fs au niveau du bord d’attaque 8 de l’aube 1 . Une extrémité aval de la bordure externe du renfort 6, c’est-à-dire une extrémité du renfort située du côté du bord de fuite 9 de l’aube 1 , s’étend en-dessous de, c’est-à-dire en une position radialement plus interne que, la ligne de flux secondaire Fs au niveau du bord de fuite 9 de l’aube 1 . Ainsi, la raideur de l’aube 1 est augmentée au niveau du pied 14 de l’aube 1 et au niveau du bord d’attaque 8 de l’aube 1 , où sont localisées une grande partie des contraintes, tout en limitant l’impact de masse sur l’aube 1 comprenant le renfort 6. Par exemple, la hauteur du renfort 6 peut être comprise entre 50 mm et 100 mm. La hauteur du renfort 6 peut être comprise entre environ 3% et environ 20% de la hauteur de l’aube 1 , par exemple être comprise entre environ 10% et environ 15% de la hauteur de l’aube 1 .
Dans un troisième mode de réalisation, le renfort 6 s’étend dans le pied 14 de l’aube 1 et dans au moins une partie de la pale 13 de l’aube 1 , une bordure externe du renfort 6 s’étendant radialement au-dessus de, c’est-à-dire en une position radialement plus externe que, la ligne de flux secondaire Fs. Ainsi, le renfort 6 s’étend dans le pied 14 de l’aube 1 sur toute la hauteur du pied 14 de l’aube 1 , et s’étend en outre dans la pale 13 de l’aube 1 , sur au moins une partie de la hauteur de la pale 13, voire sur sensiblement toute la hauteur de la pale 13. Ainsi, la raideur de l’aube 1 est encore augmentée, à la fois au niveau du pied 14 de l’aube 1 et au niveau du bord d’attaque 8 et du bord de fuite 9 de la pale 13. Par exemple, la hauteur du renfort 6 peut être supérieure à 100 mm. La hauteur du renfort 6 peut être supérieure à environ 5% de la hauteur de l’aube 1 , voire supérieure à environ 10% de la hauteur de l’aube 1 , voire supérieure à environ 20% de la hauteur de l’aube 1 , voire supérieure à environ 50% de la hauteur de l’aube 1 .
Matériau de remplissage
L’aube 1 peut en outre comprendre un matériau de remplissage 41 disposé dans la cavité intérieure 4 radialement entre le renfort 6 et l’extrémité externe 12 de l’aube 1. Le matériau de remplissage 41 s’étend ainsi radialement au-dessus du renfort 6, c’est-à-dire en une position radialement plus externe que le renfort 6, à distance de l’ouverture 5. Le matériau de remplissage 41 peut être disposé contre le renfort 6, c’est-à-dire au contact de la bordure externe du renfort 6.
Le matériau de remplissage 41 peut présenter une densité inférieure à une densité du renfort 6 et/ou inférieure à une densité du matériau composite des peaux 2, 3 extérieures, le matériau de remplissage 41 étant insérée dans une zone creuse de l’aube 1 qui n’est pas une zone structurale et ne nécessite donc pas d’être renforcée. Le matériau de remplissage 41 peut présenter par exemple une densité de l’ordre d’une centaine de kg/m3 et une raideur de l’ordre d’une centaine de MPa. Le matériau de remplissage 41 peut être intégré dans une ou plusieurs pièces de remplissage, chaque pièce de remplissage étant adaptée pour être disposée dans la cavité intérieure 4 de l’aube 1.
Le matériau de remplissage 41 peut par exemple être une mousse, telle qu’une mousse d’origine organique (polyethacrylimide, polytéréphtalate d'éthylène (PET), polychlorure de vinyle (PVC), polyétherimide (PEI), polyvinyl, carbone, polyisocyanurate, polyuréthane, etc.) ou métallique (notamment en alliage d’aluminium), ou encore un nid d’abeilles du type Nomex® (comprenant des fibres aramides calandrées en feuilles et recouvertes de résine phénolique), en kevlar, en fibres de verre ou encore en aluminium.
Le matériau de remplissage 41 peut être disposé uniquement dans la partie de pale de la cavité intérieure 4, en particulier lorsque le renfort 6 s’étend dans toute la partie de pied de la cavité intérieure 4 et dans une partie de la partie de pale de la cavité intérieure 4. Le matériau de remplissage 41 peut s’étendre dans une partie seulement de la partie de pale de la cavité intérieure 4, ou dans toute la partie de pale de la cavité intérieure 4, en particulier lorsque le renfort 6 s’étend dans une partie seulement de la partie de pied de la cavité intérieure 4. Le matériau de remplissage 41 permet de raidir les peaux 2, 3 extérieures et/ou de conférer aux peaux extérieures 2, 3 la forme finale de la pale 13, avec un impact minimal sur la masse de l’aube 1 .
Procédé de fabrication du renfort
Un procédé de fabrication d’un renfort 6 tel que décrit ci-dessus pour une aube 1 de turbomachine 100 telle que décrite ci-dessus comprend les étapes suivantes :
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant.
Le procédé décrit ci-dessous présente globalement les mêmes avantages que ceux décrits concernant le renfort 6 décrit ci-dessus. Le procédé permet en particulier de créer rapidement un renfort 6 présentant une géométrie complexe.
En outre, le procédé est particulièrement simple à réaliser, en ce qu’il ne nécessite pas d’étape de découpe, ni d’utilisation d’autoclave.
Les caractéristiques de propriétés de la fibre, de composition du tackifiant, de composition du mélange des découpes et du tackifiant, etc., décrites ci-dessus concernant le renfort 6, peuvent indépendamment être utilisées dans les étapes du procédé décrit ci-dessus. En particulier, la fibre découpée dans l’étape E1 peut être une fibre de carbone ou de verre, et peut être une fibre recyclée ou une fibre neuve. Les découpes obtenues à l’issue de l’étape E1 peuvent présenter des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm. La résine époxy utilisée dans l’étape E2 pour préparer le tackifiant peut être une résine PR520. Le solvant utilisé dans l’étape E2 pour préparer le tackifiant peut être de l’acétone. Le tackifiant préparé dans l’étape E2 peut comprendre entre 20% et 85% en masse de résine époxy et entre 15% et 80% en masse de solvant, de préférence environ 25% en masse de résine époxy et environ 75% en masse de solvant. Le mélange des découpes avec le tackifiant préparé dans l’étape E3 peut comprendre entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée. L’étape E1 peut comprendre la découpe d’une ou de plusieurs fibres, de sorte à obtenir les découpes de fibres. L’étape E1 peut correspondre à une découpe simultanée de plusieurs fibres.
L’étape E2 de préparation du tackifiant peut comprendre, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 7, une sous-étape E21 de fourniture de la résine époxy et une sous-étape E22 de fourniture du solvant.
L’étape E3 de mélange des découpes et du tackifiant peut consister à mélanger les fibres coupées et le solvant dans les proportions massiques décrites ci-dessus. Le mélange des découpes et du tackifiant dans l’étape E3 permet d’incorporer le tackifiant aux découpes de fibre.
Dans un premier exemple de réalisation de l’étape E3, les découpes de fibres sont placées dans un contenant. Le tackifiant est versé dans le contenant, avant le mélange ou progressivement au cours du mélange. L’ensemble de découpes et de tackifiant est mélangé dans le contenant jusqu’à absorption totale du tackifiant par les découpes de fibre. Pour des faibles volumes, il est possible de procéder manuellement au mélange. Pour une application industrielle, il est possible d’utiliser des robots mélangeurs afin de figer les paramètres clés tels que les outils de mélange, la vitesse de rotation, le temps de mélange, etc., et d’améliorer ainsi la répétabilité du mélange.
Dans un deuxième exemple de réalisation de l’étape E3, le tackifiant est pulvérisé sur les découpes de fibres.
En vue de réaliser l’étape E4 de compactage, le mélange de découpes de fibre et de tackifiant est déposé dans une cavité 410 d’un outillage 400 de mise en forme et/ou de compactage et/ou de séchage. L’outillage 400 peut comprendre un moule formant la cavité 410. Le caractère pâteux et visqueux du mélange de découpes de fibre et de tackifiant permet de répartir de manière homogène la fibre dans la cavité 410 de l’outillage 400, y compris pour une cavité 410 présentant une géométrie complexe. En particulier, la cavité 410 du moule de l’outillage 400 peut présenter une contreforme par rapport au renfort 6 à créer, des dimensions de la contreforme correspondant sensiblement à des dimensions de la partie de la cavité intérieure 4 de l’aube 1 dans laquelle le renfort 6 est destiné à être disposé. Le mélange de découpes de fibre et de tackifiant est déposé dans la cavité 410 de sorte à remplir la cavité 410 en vue de créer le renfort 6 présentant la géométrie souhaitée. L’outillage 400 peut alors être refermé en vue de l’étape de compactage E4.
L’étape E4 de compactage permet de compacter le mélange de découpes de fibre et de tackifiant placé dans la cavité 410 pour obtenir les dimensions finales du renfort 6 souhaitées et assurer la cohésion du mélange. L’outillage 400 peut être de type boîte, la boîte comprenant différents inserts à refermer pour assurer le compactage. En variante, l’outillage 400 peut être de type matrice ou poinçon, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 4. Le poinçon vient alors compacter la fibre de manière homogène. Le moule formant la cavité 410 peut être serré, par exemple sous pression.
Le mélange compacté est alors gorgé de solvant. L’étape E5 de séchage permet d’accélérer l’évaporation du solvant, pour obtenir une pièce durcie. L’étape E5 de séchage peut comprendre un cycle de séchage en étuve. L’étape E5 de séchage peut être effectuée dans l’outillage 400. Pour un renfort 6 présentant un taux volumique de fibres d’environ 40% et une cavité d’environ 95 centimètres cubes, l’étape E5 de séchage peut être effectuée pendant une durée d’environ 3 heures et à une température d’environ 120°C. Le cycle de l’étape E5 de séchage peut être adapté en fonction de la nature des découpes de fibres, de la composition du tackifiant, et des proportions massiques du mélange de découpes de fibre et de tackifiant, utilisés pour réaliser le renfort 6.
Le procédé peut comprendre en outre une étape E6 de démoulage du mélange compacté lors de l’étape E4 et séché lors de l’étape E5, afin de retirer le mélange compacté et séché de l’outillage 400. L’outillage 400 ayant préalablement été recouvert de téflon, le démoulage du mélange compacté et séché lors de l’étape E6 est possible en retirant les cales une par une.
Le mélange compacté et séché comprend des interstices qu’une résine va pouvoir venir combler lors d’une co-injection réalisée dans l’étape E11 décrite ci-dessous. En fonction de la résine utilisée, le mélange compacté et séché peut être partiellement polymérisé, ce qui permet d’augmenter sa rigidité, ou peut ne pas être polymérisé. Dans le cas de l’utilisation lors de l’étape E2 d’une résine PR520 pour préparer le tackifiant, le mélange compacté et séché obtenu est partiellement polymérisé, en particulier est suffisamment rigide pour être manipulé et drapé en tant que sous-composant de l’aube 1. En outre, la polymérisation partielle du mélange compacté et séché permet d’obtenir une bonne interface lors de la co-injection du renfort 6 avec le reste des éléments de l’aube 1 lors de l’étape E11 . Dans le cas de l’utilisation lors de l’étape E2 d’une résine époxy sans durcisseur pour préparer le tackifiant, le mélange compacté et séché obtenu n’est pas polymérisé, et est donc moins rigide, mais est néanmoins suffisamment rigide pour pouvoir être utilisé en tant que sous-composant de l’aube 1.
Procédé de fabrication de l’aube
Une aube 1 telle que décrite ci-dessus peut être obtenue à l’aide du procédé de fabrication qui suit, et qui est illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 7. Ceci n’est cependant pas limitatif, d’autres procédés pouvant être envisagés pour la réalisation d’une telle aube 1. Le procédé de fabrication de l’aube 1 peut comprendre les étapes suivantes :
Réalisation d’une préforme composite de l’aube 1 composite lors d’une étape E0, ladite préforme comprenant une première peau 2 extérieure et une deuxième peau 3 extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe 12 de l’aube 1 , la première peau 2 comprenant une première partie d’extrémité interne 21 , la deuxième peau 3 comprenant une deuxième partie d’extrémité interne 31 , la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure 4 de l’aube 1 débouchant dans une ouverture 5 au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube 1 , l’extrémité interne 11 étant radialement opposée à l’extrémité externe 12 ;
Fabrication d’un renfort 6 au moyen d’un procédé de fabrication d’un renfort 6 tel que décrit ci-dessus, le renfort 6 présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure 4 au niveau de l’ouverture 5 ;
Mise en place du renfort 6 dans la cavité intérieure 4 de la préforme d’aube 1 de sorte à boucher l’ouverture 5 ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube 1 et le renfort 6 lors d’une étape E11 .
Ce procédé permet d’injecter le renfort 6 en même temps que le reste de l’aube 1. Ainsi, le renfort 6 est lié aux peaux 2, 3 de l’aube 1 sans utilisation de colle ni traitement de surface. En outre, le renfort 6 assure la bonne compaction des peaux 2, 3 de l’aube 1 dans les rayons lors de la mise en forme, assurant le taux volumique de fibre voulu dans les rayons.
La préforme fibreuse de l’aube 1 peut être réalisée lors de l’étape EO par exemple par tissage tridimensionnel ou tricotage. Dans un exemple de réalisation, l’ébauche fibreuse est tissée en trois dimensions avec réalisation d’une déliaison afin d’obtenir les deux peaux 2, 3 et la cavité intérieure 4, ainsi que décrit ci-dessus concernant l’aube 1. Les deux peaux 2, 3 sont monolithiques au niveau de la tête 12 de l’aube 1 , du bord d’attaque 8 et du bord de fuite 9 de la pale 13. La cavité intérieure 4 est ouverte au niveau du pied 14 de l’aube 1 et s’étend jusqu’au sein de la pale 13.
La fabrication de la préforme de l’aube 1 peut comprendre une étape de découpe de fils de surface de la préforme tissée (en anglais, « Trimming »), notamment lorsque des fils de la préforme restent non tissés et dépassent.
Un matériau de remplissage 41 peut être placé dans la cavité intérieure 4, suite à la mise en place du renfort 6 dans la cavité intérieure 4 ou précédemment à cette mise en place.
Lors de l’étape E10, le renfort 6 peut être placé dans la cavité intérieure 4 par exemple en appui contre le matériau de remplissage 41. Le renfort 6 bouche la cavité intérieure 4 de l’aube 1 au niveau de l’ouverture 5.
L’ensemble formé par la préforme fibreuse, le matériau de remplissage 41 et le renfort 6 peuvent alors être placés dans un moule d’injection. Le moule d’injection peut présenter une contreforme de dimensions correspondant sensiblement aux dimensions de l’aube 1 finale moulée, à savoir de la pale 13 et du pied 14 de l’aube 1 souhaitées. Le moule est ensuite fermé, par exemple par une paroi qui bouche l’ouverture 5, en vue de réaliser l’injection. La résine injectée lors de l’étape E11 , qui forme la « matrice » du matériau composite, est une matière généralement plastique. La résine est injectée dans le moule d’injection de manière à imprégner le renfort fibreux des peaux 2, 3, le matériau de remplissage 41 et le renfort 6.
L’injection de la matrice peut être réalisée par une technique d’injection du type RTM ou VARRTM. Dans le cas d’une matière plastique, la matrice injectée est par exemple une composition liquide thermodurcissable contenant un précurseur organique du matériau de la matrice. Le précurseur organique se présente habituellement sous forme d’un polymère, tel qu’une résine, éventuellement dilué dans un solvant. De manière connue en soi, la matière plastique est ensuite chauffée de manière à provoquer sa polymérisation, par exemple par réticulation. A cet effet, le moule d’injection est placé dans une étuve. La pièce obtenue peut ensuite être démoulée hors du moule d’injection.
Optionnellement, un bord d’attaque 8 peut être inséré dans la partie amont de la préforme de l’aube 1. Une couche extérieure formant le bord d’attaque 8 est alors placée sur la préforme pour réaliser l’appairage du bord d’attaque 8. Puis, le bord d’attaque 8 est passé à l’autoclave pour être collé à la préforme.
Puis, une ou plusieurs étapes de finitions et/ou de parachèvements divers peuvent être réalisées. Par exemple, la pièce démoulée peut être détourée par usinage afin de supprimer les sur-longueur et d’obtenir une pièce présentant la forme désirée, malgré une éventuelle rétractation des fibres du renfort fibreux pendant la polymérisation de la matière plastique. Les épaisseurs sacrificielles sont notamment usinées afin d’obtenir les surfaces de référence du pied 14 de l’aube 1. Des passages traversants sont par ailleurs usinés dans les peaux 2, 3 afin de recevoir le système de fixation. Le cas échéant, des lamages sont également usinés autour des passages traversants.

Claims

REVENDICATIONS
1. Renfort (6) pour une aube (1 ) de turbomachine (100), l’aube (1 ) comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1 ), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21 ), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31 ), la première partie d’extrémité interne (21 ) et la deuxième partie d’extrémité interne (31 ) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1 ) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11 ) de l’aube (1 ), l’extrémité interne (11 ) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12), dans lequel le renfort (6) est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5), et dans lequel le renfort (6) comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant, les découpes présentant des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, le tackifiant comprenant une résine époxy solubilisée dans un solvant, .
2. Renfort (6) selon la revendication 1 , dans lequel dans lequel les découpes sont obtenues à partir d’un lé de préimprégné comprenant des fibres de carbone, de préférence dans lequel le lé de préimprégné est recyclé.
3. Renfort (6) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le tackifiant comprend entre 20% et 85% en masse de résine époxy, de préférence environ 25% en masse de résine époxy, dans lequel la résine époxy est de préférence de la résine PR520 et le solvant est de préférence de l’acétone.
4. Renfort (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le mélange comprend entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée.
5. Renfort (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les découpes présentent des longueurs comprises entre 3 mm et 6 mm.
6. Aube (1 ) de turbomachine (100), comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1 ), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21 ), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31 ), la première partie d’extrémité interne (21 ) et la deuxième partie d’extrémité interne (31 ) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1 ) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11 ) de l’aube (1 ), l’extrémité interne (11 ) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12), l’aube (1 ) comprenant en outre un renfort (6) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le renfort (6) présente des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure (4) au niveau de l’ouverture (5), le renfort (6) étant disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5).
7. Aube (1 ) selon la revendication 6, comprenant en outre un matériau de remplissage (41 ) disposé dans la cavité intérieure (4) radialement entre le renfort (6) et l’extrémité externe (12) de l’aube (1 ).
8. Turbomachine (100) non carénée, comprenant :
- un carter (101 ) ;
- une soufflante (200) ayant un moyeu (201 ) de soufflante (200) et des pales périphériques (202) de soufflante (200), solidaires du moyeu (201 ) de soufflante (200), le moyeu (201 ) de soufflante (200) ayant une partie aval (203) de moyeu (201 ) qui est entourée par une surface interne (102) d’une partie amont (103) du carter (101 ) et qui dépasse de la partie amont (103) du carter (101 ), le moyeu (201 ) de soufflante (200) étant monté à rotation par rapport à la partie amont (103) du carter (101 ) autour de l’axe longitudinal (X) ; et
- au moins une aube (1 ) de redresseur selon la revendication 6 ou la revendication 7, ladite aube (1 ) étant située en aval par rapport aux pales périphériques (202) de soufflante (200), ladite aube (1 ) étant montée sur une surface externe de la partie amont (103) du carter (101 ) au niveau d’une extrémité interne de l’aube (1 ), le renfort (6) étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube (1 ).
9. Procédé de fabrication d’un renfort selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 pour une aube (1 ) de turbomachine (100), comprenant les étapes suivantes :
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant.
10. Procédé de fabrication d’une aube (1 ) de turbomachine (100) selon la revendication 6 ou la revendication 7, comprenant les étapes suivantes :
Réalisation d’une préforme composite de l’aube (1 ) composite (E0), ladite préforme comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1 ), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21 ), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31 ), la première partie d’extrémité interne (21 ) et la deuxième partie d’extrémité interne (31 ) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1 ) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11 ) de l’aube (1 ), l’extrémité interne (11 ) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12) ;
Fabrication d’un renfort (6) au moyen d’un procédé selon la revendication 9, le renfort (6) présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure (4) au niveau de l’ouverture (5) ; Mise en place du renfort (6) dans la cavité intérieure (4) de la préforme d’aube (1 ) de sorte à boucher l’ouverture (5) ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube (1 ) et le renfort (6) (E11 ).
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