EP4532899A1

EP4532899A1 - Procédé de fabrication d'un carter intermédiaire auto-raidi et carter intermédiaire obtenu par ce procédé

Info

Publication number: EP4532899A1
Application number: EP23728088.8A
Authority: EP
Inventors: Rémi Roland Robert MERCIER; Patrick Dunleavy
Original assignee: Safran SA
Current assignee: Safran SA
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2023-05-24
Publication date: 2025-04-09
Also published as: WO2023227849A1; FR3135916A1; US20260192528A1; FR3135916B1; CN119256147A

Abstract

Procédé de fabrication d'un carter intermédiaire auto-raidi et carter intermédiaire obtenu par ce procédé Un aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un carter intermédiaire auto-raidi pour turbomachine, comportant les étapes suivantes : - fabrication par drapage d'au moins une première préforme, - fabrication par drapage d'au moins une deuxième préforme, - positionnement côte à côte de la première et de la deuxième préforme pour former un assemblage comportant une surface intérieure uniforme et une surface extérieure à relief, - drapage de la surface intérieure de l'assemblage de sorte à consolider ledit assemblage, et - co-cuisson de l'assemblage consolidé. Un autre aspect de l'invention concerne un carter intermédiaire auto-raidi pour turbomachine, obtenu par ce procédé.

Description

DESCRIPTION

TITRE : Procédé de fabrication d’un carter intermédiaire auto-raidi et carter intermédiaire obtenu par ce procédé

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

[0001] La présente invention concerne un procédé pour fabriquer de façon automatisée un carter intermédiaire auto-raidi pour turbomachine. Elle concerne également un carter intermédiaire auto-raidi obtenu par ce procédé.

[0002] L’invention trouve des applications dans le domaine de l’aéronautique et, en particulier, dans le domaine de la fabrication de pièces composites à géométrie complexe comme certaines pièces de turbomachines.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

[0003] Dans une turbomachine d’aéronef, tel qu’un turboréacteur à double corps, on désigne habituellement par « carter intermédiaire », un carter dont le moyeu est sensiblement agencé entre le carter du compresseur basse pression et le carter du compresseur haute pression. En effet, un turboréacteur comprend classiquement quatre carters extérieurs disposés, de l'amont vers l'aval, dans l'ordre suivant : le carter d'entrée d'air, le carter de soufflante (ou fan), le carter intermédiaire et le carter d'inverseur de poussée. Ces quatre carters forment la limite extérieure de la veine des gaz au sein du turboréacteur. Un exemple d’un tel turboréacteur, s'étendant selon l’axe central A, est représenté schématiquement sur la figure 1. Ce turboréacteur 10 comporte, de l'amont vers l'aval, le carter d'entrée d'air 11 , qui forme l'entrée du turboréacteur, le carter de soufflante 12, qui est disposé autour des aubes de la soufflante 15, le carter intermédiaire 13, qui est relié à des bras radiaux 16 et supporte l'ensemble des rotors et stators du turboréacteur, et le carter d'inverseur de poussée 14 qui s'étend jusqu'à la sortie du turboréacteur.

[0004] Le carter intermédiaire est une pièce structurelle globalement cylindrique, supportant une virole de carter intermédiaire, ou VCI. Le carter intermédiaire peut supporter également un ou plusieurs raidisseurs ayant des fonctions mécaniques. Certains raidisseurs peuvent, par exemple, former les bras radiaux et/ou permettre l’accroche d’équipement (comme une conduite ou un calculateur), voire former une cloison anti-feu. Un carter intermédiaire supportant une virole et/ou des raidisseurs est appelé « carter auto-raidi ».

[0005] Classiquement, les carters auto-raidis sont des pièces métalliques usinées d’un seul tenant. Il a également été proposé des carters fabriqués en matériaux composites, par exemple par tissage 3D et moulage par injection de résine liquide (procédé connu sous le nom de RTM pour Resin Transfer Molding, en termes anglo- saxons). Les viroles et raidisseurs sont fabriqués séparément et assemblés par collage sur la structure de carter. Cependant, ces techniques de fabrication des carters auto- raidis sont coûteuses et complexes à mettre en œuvre car elles nécessitent un grand nombre d’opérations qui sont très peu automatisées.

[0006] Il existe donc un réel besoin d’une technique automatisée permettant de fabriquer à moindre coût des carters auto-raidis.

RESUME DE L’INVENTION

[0007] Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de complexité des techniques de fabrication des carters auto-raidis, le demandeur propose un procédé de fabrication d’un carter auto-raidi automatisé dans lequel plusieurs préformes composites sont assemblées et maintenues par drapage et co-cuisson de l’assemblage.

[0008] On appelle « co-cuisson » le fait de cuire simultanément plusieurs préformes composites, fabriquées séparément et assemblées pour former une unique pièce soumise à la cuisson.

[0009] Dans la suite de la description et les revendications, le terme « cuisson » sera compris comme une cuisson au sens propre, par exemple pour les matériaux comme les résines époxy qui doivent être cuites, ou une consolidation, par exemple pour les matériaux de type thermoplastiques qui nécessitent une consolidation.

[0010] On appelle « préforme pré-imprégnée », un élément composite semi-fini comportant des fibres imprégnées de résine et mises en forme par moulage. Les préformes pré-imprégnées seront, dans la suite de la description, nommées simplement préformes.

[0011] Dans la description qui suit, la notion d’intérieur et d’extérieur est définie en fonction du positionnement radial, par rapport à l’axe central A du turboréacteur. Ainsi, une surface intérieure est une surface plus proche de l’axe central A qu’une surface extérieure d’une même pièce.

[0012] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter intermédiaire auto-raidi pour turbomachine, comportant les étapes suivantes : a) fabrication par drapage d’au moins une première préforme, b) fabrication par drapage d’au moins une deuxième préforme, c) positionnement côte à côte de la première et de la deuxième préforme pour former un assemblage comportant une surface intérieure uniforme et une surface extérieure à relief, d) drapage de la surface intérieure de l’assemblage de sorte à consolider ledit assemblage, et e) co-cuisson de l’assemblage consolidé.

[0013] Ce procédé permet une fabrication automatisée des carters intermédiaires auto-raidis, ce qui assure un gain en termes de coût, par rapport aux techniques actuelles, ainsi qu’une qualité homogène

[0014] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de fabrication selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la première préforme comporte une section sensiblement en forme de U, une jambe amont de la section en U formant une bride de carter, une jambe aval de la section en U formant une portion d’un raidisseur. la deuxième préforme comporte une section sensiblement en forme de L, un bras de la section en L formant, avec la jambe aval de la section en U de la première préforme, le raidisseur. le drapage de la surface intérieure de l’assemblage comporte une section sensiblement en forme de L. le procédé comporte, entre l’étape c) d’assemblage et l’étape d) de drapage, une étape de pose d’un matériau de comblement pour combler un espace, sur la surface intérieure, entre la première préforme et la deuxième préforme. la première préforme, la deuxième préforme et le drapage sont sensiblement cylindriques. la première préforme, la deuxième préforme et le drapage sont partiellement cylindriques. le procédé comporte, en plus des étapes a) et b) de fabrication des première et deuxième préformes, une étape supplémentaire de fabrication d’au moins une troisième préforme, cette troisième préforme étant assemblée avec la première et la deuxième préforme au cours de l’étape c) d’assemblage. chaque préforme est constituée d’au moins deux secteurs préformés accolés. le procédé comporte, avant ou après l’étape d) de drapage, une étape de formation de plis localement, pour former au moins un raidisseur supplémentaire.

[0015] Un deuxième aspect de l’invention concerne un carter intermédiaire auto- raidi pour turbomachine, obtenu par le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0016] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles :

[0017] La figure 1 , déjà décrite, représente un turbomoteur comportant un carter intermédiaire selon l’état de la technique ;

[0018] La figure 2 représente, selon une vue en coupe schématique, une portion d’un carter intermédiaire auto-raidi selon l’invention ;

[0019] La figure 3 représente, selon une vue fonctionnelle, les étapes du procédé de fabrication d’un carter intermédiaire auto-raidi selon l’invention ;

[0020] La figure 4 représente, selon des vues en perspective simplifiées, les différentes préformes assemblées selon le procédé de fabrication de l’invention pour obtenir un exemple de secteur de carter intermédiaire auto-raidi ; [0021] La figure 5 représente, selon une vue schématique en coupe, un exemple dimensionné de préformes de la figure 4 ; et

[0022] La figure 6 représente, selon une vue schématique en coupe, un autre exemple de préformes assemblées selon le procédé de l’invention pour obtenir un autre exemple de carter intermédiaire auto-raidi.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0023] Un exemple de réalisation d’un procédé pour fabriquer de façon automatisée un carter intermédiaire auto-raidi est décrit en détails ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.

[0024] Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.

[0025] Un exemple d’un carter intermédiaire auto-raidi 100 est représenté schématiquement en coupe sur la figure 2. Ce carter intermédiaire auto-raidi 100, appelé simplement carter par la suite, comporte une structure de base 110, supportant une bride de carter 120, un raidisseur principal 130, des zones de fixation 140 et des raidisseurs supplémentaires 135. La structure de base 110 a une forme sensiblement cylindrique qui peut être formée d’une seule pièce ou au moyen de plusieurs secteurs assemblés. La figure 2 montre un exemple d’un secteur de la structure de base 110. Il est entendu que plusieurs secteurs, sensiblement identiques en termes de dimensions, peuvent être réalisés séparément selon le procédé de fabrication décrit par la suite et assemblés ultérieurement, par exemple, avec une zone de recouvrement entre chaque secteur de sorte à assurer une continuité de la matière.

[0026] Ce carter 100 selon l’invention est fabriqué à partir de plusieurs préformes, assemblées les unes avec les autres et dont l’assemblage est consolidé par drapage d’une surface dudit assemblage. Un exemple du procédé de fabrication d’un carter selon l’invention est représenté sur les figures 3 et 4. Ces figures 3 et 4 montrent les étapes de fabrication d’une partie du carter 100 et notamment de la partie amont du carter 100 intégrant la bride 120 du carter et le raidisseur principal 130.

[0027] Selon cet exemple, le procédé de fabrication 200 selon l’invention comporte: une étape 210 de fabrication par drapage d’une première préforme P1 , une étape 220 de fabrication par drapage d’une deuxième préforme P2, une étape 230 de positionnement des première et deuxième préformes P1 , P2, côte à côte et alignées de sorte que les deux préformes, assemblées, forment la structure de base 110, avec une surface intérieure Pi sensiblement uniforme et une surface extérieure à reliefs, une étape 240 de drapage de la surface intérieure de l’assemblage de sorte à consolider ledit assemblage, et une étape 250 de cuisson de l’assemblage drapé.

[0028] Dans l’exemple des figures 3 et 4, la première préforme P1 correspond à la virole amont du carter. Cette préforme P1 (dessin A de la figure 4) présente une section en forme sensiblement de U, c'est-à-dire une section comportant une base 121 ainsi qu’une jambe amont 122 et une jambe aval 123 qui s’étendent de façon sensiblement perpendiculaire de part et d’autre de la base 121 . La deuxième préforme P2 (dessin B de la figure 4) correspond à la virole aval du carter et présente une section sensiblement en forme de L, c'est-à-dire une section comportant une base 131 et un bras 132 s’étendant perpendiculairement à la base 131. Les jambes 122 et 123 de la préforme P1 peuvent être de hauteurs différentes. La jambe aval 123 de la préforme P1 et le bras 132 de la préforme P2 sont de préférence de même hauteur.

[0029] Après fabrication aux étapes 210 et 220 des préformes, respectivement P1 et P2, lesdites préformes P1 et P2 sont alignées l’une avec l’autre (étape 230), c'est- à-dire qu’elles sont positionnées dans la continuité l’une de l’autre, avec la jambe aval 123 de la préforme P1 accolée au bras 132 de la préforme P2. Cet alignement, ou juxtaposition, des préformes P1 et P2 génère un assemblage P4 comportant : une surface intérieure Pi quasi-continue, formée par les bases 121 et 131 des préformes P1 , P2, et une surface extérieure à relief, c'est-à-dire comportant des proéminences formées par les jambes 122, 123 de la préforme P1 et le bras 132 de la préforme P2.

[0030] Après l’étape 230 de positionnement des préformes P1 et P2, une étape 240 consiste à draper la surface intérieure Pi de l’assemblage P4 de sorte à consolider l’ensemble. Ce drapage de la surface intérieure, représenté par la référence P3 sur le dessin C de la figure 4, recouvre non seulement ladite surface intérieure de l’assemblage mais également la surface amont 122a de la jambe amont 122 de la préforme P1 . Ce drapage P3 présente donc une section est en forme de L, dont le bras 124 est de forme et dimensions similaires à celles de la jambe amont 122 de la préforme P1 et dont la forme et les dimensions de la base 125 sont similaires à celles des bases 121 et 131 des préformes P1 et P2 juxtaposées. Le drapage P3 forme donc la face intérieure 110i de la structure de base 110, tandis que la surface extérieure à relief des préformes P1 , P2 juxtaposées constitue la face extérieure 110e de la structure de base 110.

[0031] Chaque préforme P1 , P2 peut être réalisée d’une seule et même pièce. Au contraire, les préformes P1 , P2 peuvent être constituée de deux ou plusieurs secteurs préformés, accolés les uns aux autres pour former une préforme. Ces différents secteurs de préforme seront drapés par le même drapage P3 au cours de l’étape 240.

[0032] Les préformes P1 , P2, tout comme le drapage P3, peuvent être réalisés au moyen de différentes techniques de drapage composite connues comme, par exemple, la technique de placement automatique de fibres (connue sous l’appellation AFP pour Automated Fiber Placement, en termes anglo-saxons), à partir de fibres carbone et d’époxy ou de fibres carbone et de thermoplastique (PAEK).

[0033] Une fois le drapage P3 posé, l’ensemble P5 constitué des préformes P1 , P2 et du drapage P3 forme une structure mono-bloque, soumise à un traitement thermique par cuisson (étape 250). La cuisson de l'étape 250 est réalisée, selon un procédé classique dans le domaine de la fabrication des pièces composites, dans un four ou un autoclave, à une température dépendant du matériau utilisé, par exemple à environ 180°C pour une résine époxy ou environ 360°C pour un matériau thermoplastique.

[0034] Selon certains modes de réalisation, le procédé de fabrication 200 comporte une étape intermédiaire, entre l’étape 230 et l’étape 240, de dépôt d’un matériau de comblement, appelé aussi combleur ou « gap filler » en termes anglo-saxons. Ce combleur est déposé à la jointure des deux préformes P1 et P2, sur la surface intérieure Pi, afin de combler toute éventuelle trouée due à un manque de matière. En effet, l’assemblage des préformes P1 et P2 peut engendrer une trouée, c'est-à-dire un espace sans matière formant un creux dans la surface intérieure Pi. Poser un matériau de comblement permet de combler cette trouée de sorte à s’assurer que la surface intérieure soit lisse et régulière pour recevoir le drapage P3.

[0035] Selon un exemple dimensionné, les préformes P1 et P2 de la figure 4 peuvent comporter chacune douze plis et le drapage P3 comporter soixante plis. L’ensemble P5 peut, par exemple, présenter une épaisseur de la structure de base 110 et de la bride carter 120 de 9,72 mm et une épaisseur du raidisseur principal 130 de 3,24 mm, le pli de matière étant de 0.135 mm. Une fois cuit, l’ensemble P5 forme le carter 100. Dans l’exemple dimensionné de la figure 5, la structure de base 110 du carter 100 présente une longueur de 485 mm. Bien entendu, les valeurs indiquées dans la figure 5 ne sont que des exemples. Les préformes P1 , P2 et le drapage P3 peuvent être réalisés avec un nombre plus élevé ou, au contraire, plus réduit de plis et les dimensions de ces éléments P1 , P2, P3 peuvent varier en fonction de la turbomachine concernée et des besoins.

[0036] La description du procédé de fabrication 200 a été donnée précédemment pour un ensemble P5 formé de deux préformes P1 , P2 et un drapage P3, cet ensemble étant conçu pour obtenir, après cuisson, un carter 100 comportant une bride carter 120 et un raidisseur principal 130. L’homme du métier comprendra que d’autres structures de carters peuvent être obtenues avec le même procédé 200, en adaptant le nombre des préformes à la structure souhaitée. Ainsi, plusieurs préformes peuvent être positionnées les unes à côté des autres, un drapage recouvrant la surface intérieure formée par l’ensemble de ces préformes juxtaposées. Un exemple d’un autre ensemble P5 est représenté pour illustration sur la figure 6. Dans cet exemple de la figure 6, trois préformes P1 , P6, P7 ayant une section en forme sensiblement de U sont assemblées avec une préforme P2 dont la section est en forme de L. La surface intérieure Pi est recouverte d’un drapage P3 ayant une section en forme de L, comme expliqué précédemment. Cet exemple d’ensemble P5 permet, après cuisson, de réaliser un carter 100 ayant une bride carter 120, un raidisseur principal 130 et deux autres raidisseurs 135, ces deux raidisseurs 135 étant obtenus par les jambes juxtaposées des préformes P6 et P7 et par le bras de la préforme P2 juxtaposé avec la jambe aval de la préforme P7.

[0037] Dans certains modes de réalisation, non représentés sur les figures, le carter 100 obtenu avec le procédé de fabrication 200 peut comporter une bride carter aval, c'est-à-dire une bride carter positionnée à l’extrémité de la structure de base 110 opposée à celle où est positionnée la bride carter amont 120.

[0038] Dans certains modes de réalisation, des éléments intermédiaires ou des raidisseurs supplémentaires sont réalisés sur la structure de base 110, par ajout de plis localement. Les raidisseurs 135 de la figure 2 peuvent, par exemple, être réalisés par une succession de plis aux emplacements choisis. Ainsi, au lieu de réaliser des raidisseurs 135 comme expliqué avec la figure 6, les raidisseurs 135 peuvent être obtenus par application de plusieurs plis successivement les uns sur les autres aux emplacement choisis. De même, des éléments intermédiaires, comme des emplacements de fixations 140, peuvent être réalisés par application de plusieurs plis localement les uns sur les autres. Ces plis peuvent être déposés sur la face extérieure 110e de l’ensemble P5 ou sur la face intérieure 110i dudit ensemble P5. Ces plis sont soumis à la cuisson en même temps que tous les autres éléments de l’ensemble P5. Une seule et même étape de cuisson 240 est donc réalisée au cours du procédé de fabrication 200 quel que soit le nombre de préformes et/ou de plis ajoutés.

[0039] Quel que soit le mode de réalisation, le procédé de fabrication 200 offre l’avantage d’être moins onéreux que les techniques de fabrications actuelles car il est automatisé, ne nécessite qu’une unique étape de cuisson et ne nécessite plus d’intervention humaine pour le collage des éléments entre eux. Son automatisation permet en outre d’assurer un niveau de qualité homogène.

[0040] Les figures décrites précédemment montrent une section de carter 100. Il est entendu qu’un carter peut être fabriqué dans son intégralité avec le procédé selon l’invention. Un carter de forme sensiblement cylindrique, ou toute autre structure s’étendant à 360°, peut donc être réalisé d’une seule pièce au moyen de ce procédé. Au contraire, des carters ou structures peuvent être réalisés par secteurs, par exemple deux demi-carters ou structures s’étendant sur 180° ou même moins. Les secteurs de carters ou structures réalisés avec le procédé selon l’invention sont alors partiellement cylindriques. Le procédé de fabrication selon l’invention permet également de fabriquer des carters ou structures à géométrie complexe, comme une géométrie à double ou à triple courbure ; dans ce cas, la forme et la section des préformes à assembler sont déterminées en fonction de la géométrie du carter. [0041] Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, le procédé de fabrication selon l’invention et le carter obtenu par ce procédé comprennent divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

[Revendication 1] Procédé (200) de fabrication d’un carter intermédiaire auto-raidi (100) pour turbomachine, comportant les étapes suivantes mises en œuvre les unes à la suite des autres : a) fabrication (210) par drapage d’au moins une première préforme (P1), b) fabrication (220) par drapage d’au moins une deuxième préforme (P2), c) positionnement côte à côte (230) de la première et de la deuxième préforme (P1 , P2) pour former un assemblage (P4) comportant une surface intérieure (Pi) uniforme et une surface extérieure (110e) à relief, d) drapage (240) de la surface intérieure (Pi) de l’assemblage de sorte à consolider ledit assemblage, et e) co-cuisson (250) de l’assemblage consolidé.

[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première préforme (P1 ) comporte une section sensiblement en forme de U, une jambe amont (122) de la section en U formant une bride de carter (120), une jambe aval (123) de la section en U formant une portion d’un raidisseur (130).

[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième préforme (P2) comporte une section sensiblement en forme de L, un bras (132) de la section en L formant, avec la jambe aval (123) de la section en U de la première préforme, le raidisseur (130).

[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le drapage (P3) de la surface intérieure de l’assemblage (P4) comporte une section sensiblement en forme de L.

[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte, entre l’étape c) d’assemblage et l’étape d) de drapage, une étape de pose d’un matériau de comblement pour combler un espace, sur la surface intérieure (Pi), entre la première préforme et la deuxième préforme.

[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première préforme (P1 ), la deuxième préforme (P2) et le drapage (P3) sont sensiblement cylindriques.

[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première préforme (P1 ), la deuxième préforme (P2) et le drapage (P3) sont partiellement cylindriques.

[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte, en plus des étapes a) et b) de fabrication des première et deuxième préformes, une étape supplémentaire de fabrication d’au moins une troisième préforme (P6, P7), cette troisième préforme étant assemblée avec la première et la deuxième préforme au cours de l’étape c) d’assemblage.

[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque préforme (P1 , P2) est constituée d’au moins deux secteurs préformés accolés.

[Revendication 10] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte, avant ou après l’étape d) de drapage, une étape de formation de plis localement, pour former au moins un raidisseur supplémentaire (135).

[Revendication 11] Carter intermédiaire auto-raidi (100) pour turbomachine, caractérisé en ce qu’il est obtenu par le procédé de fabrication (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.