EP4689355A1 - Longeron creux pour fabrication d'une aube composite avec injection de resine - Google Patents

Longeron creux pour fabrication d'une aube composite avec injection de resine

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EP4689355A1
EP4689355A1 EP24723411.5A EP24723411A EP4689355A1 EP 4689355 A1 EP4689355 A1 EP 4689355A1 EP 24723411 A EP24723411 A EP 24723411A EP 4689355 A1 EP4689355 A1 EP 4689355A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
cavity
spar
cover
conduit
Prior art date
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Pending
Application number
EP24723411.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mattéo MINERVINO
Vincent Joudon
Franck Bernard Léon Varin
Johann FEUNTEUN
Foucault DE FRANCQUEVILLE
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 EP4689355A1 publication Critical patent/EP4689355A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29D99/0025—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings
    • B29D99/0028—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings hollow blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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    • B29C70/72—Encapsulating inserts having non-encapsulated projections, e.g. extremities or terminal portions of electrical components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • B29C35/16—Cooling
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    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating

Definitions

  • TITLE HOLLOW SPAR FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BLADE WITH RESIN INJECTION
  • the invention relates to a spar used in the manufacture of an aircraft turbomachine blade and a method of manufacturing such a spar.
  • the state of the art includes documents WO-2010/061139-A2 and FR- 3.109.115-A1, US-2012/082563-A1, GB-680-014-A, US-4-156-582-A, DE- 566-638-C.
  • New generations of engines require blades with compact roots because their blades are designed to pivot around their radial axes in order to adapt their incidence to different flight regimes. This is the case, for example, in the context of a ducted turbomachine with dual flow, of the outlet guide vanes or OGV which are located downstream of the fan blades. This is also the case for the propeller blades of unducted turbomachines of the “open rotor” type.
  • This feature is added to the need to attach the blade to the disk or hub that carries it as deeply as possible, that is, as close as possible to the axis of the disk or hub. It is therefore necessary to significantly reduce the size of the blade root.
  • the blade in operation is subject to numerous constraints. Indeed, the blade root is mainly subjected to bending and tensile stresses, in particular due to centrifugal forces on the blade and due to possible impacts with birds.
  • the roots of the blades of "open rotor" type turbomachines can be subjected to alternating bending stresses caused by the intense bending vibrations exerted on the blades due to the absence of a nacelle conditioning the air flow, as is usually the case on engines faired.
  • the feet are pre-stressed in the hub and are therefore subjected to an additional circumferential mechanical load.
  • the blades used in this type of application generally include blades made of a composite material in order to improve their thermomechanical resistance capacity and reduce their mass.
  • the composite material can be made from a preform obtained by three-dimensional weaving (or 3D weaving) or two-dimensional weaving (2D weaving) of fibers. This weaving is intended to form a fiber reinforcement and is embedded in a matrix formed by injecting a resin during an RTM (resin transfer molding) or VARTM (vacuum assisted resin transfer molding) injection process.
  • Three-dimensional weaving is generally the one preferred in this type of application, because it offers better resistance to delamination.
  • the expression “three-dimensional weaving” or “3D weaving” means a weaving method in which warp yarns are linked to weft yarns on several layers.
  • the 3D weaving has an interlock structure (or reinforcement).
  • the interlock weaving has improved impact resistance, in particular compared to a 2D weaving.
  • the preform is woven in a single piece.
  • the composite material can be monolithic or have a core, for example foam, to form a composite sandwich material.
  • a core for example foam
  • the latter provides rigidity and lightness to the final part.
  • a honeycomb core such as a honeycomb or foam between two monolithic fibrous reinforcement skins or layers (densified by a resin or not impregnated by a resin) makes it possible, on the one hand, to considerably increase the bending stiffness of the final part and, on the other hand, to control the mass in parallel by introducing a low-density material at the core (for the core), where the mechanical loading is low.
  • the blade has a cavity intended to receive a first part of a metal spar, a second part of which, external to the blade, forms the foot of the blade.
  • the first part of the spar is coated with glue and then inserted into the blade preform, then the assembly is placed in a two-part mold which is closed.
  • the mold is then heated to a so-called injection temperature which allows good diffusion of the resin, generally an organic resin, into the fibers.
  • a vacuum is created in the mold, then the resin is injected.
  • a consolidation step during which the mold is maintained at a baking temperature, generally higher than the injection temperature, to ensure crosslinking of the resin.
  • the invention proposes a hollow spar capable of being easily cooled.
  • the invention proposes a spar for a turbomachine blade, in particular an aircraft blade, said spar comprising a body having an elongated shape along a main axis and comprising along said main axis a first part configured to be inside a blade of the blade, and a second part configured to be outside the blade. of the blade and to form a blade root, characterized in that the body comprises a cavity which opens into an external surface of said first part, forming an opening, and in that the spar further comprises:
  • an internal cooling circuit comprising at least a first conduit which is delimited between the plug and walls of said cavity and at least a second conduit which communicates with said at least first conduit, which passes through at least the second part and which opens outside the second part.
  • said at least one second conduit is arranged near a median axis of the second part
  • the spar comprises at least two second conduits which each communicate with opposite ends of said at least one first conduit,
  • the stopper comprises a cover which closes the opening of the cavity, a plug which extends into the cavity from said cover, and a rib which extends from said plug in contact with the internal face of the cavity between said orifices, sealingly delimiting two chambers in the cavity,
  • the external surface of the first part is arranged substantially transversely relative to the axis of the body, at one end of said body which is opposite its second part,
  • the buffer comprises: • two side edges arranged in a sealed manner in contact with the side surfaces of the cavity,
  • the stamp is plate-shaped
  • the pad is of a complementary shape to the cavity and it comprises at least one helical groove which is hollowed out in the periphery of the pad along an entire length of said pad, this helical groove comprising a first end opening opposite the cover on a first side of the rib in a first of the two chambers, and a second end located near the cover,
  • the passage extends through the buffer and has a first end which communicates with the second end of the helical groove and a second end which communicates with a second of the two chambers,
  • the passage passes through the tampon along the entire length of the tampon and its second end opens opposite the cover on a second side of the rib in the second of the two chambers,
  • the tampon comprises two helical channels which are hollowed out in its periphery, which are of the same pitch and which are arranged in a double helix arrangement along the entire length of the tampon, and which comprise first ends which open opposite the cover each on one side of the rib respectively in the first and second chambers and second ends situated close to the cover,
  • the passage crosses the buffer transversely and opens at its first and second ends into the second ends of the gutters
  • the cover is formed in a lid which extends over the external surface of the first part, closing the opening, said lid being glued to said external surface,
  • the cap is made of thermoplastic material, preferably by injection by additive manufacturing,
  • the stopper is made by molding and machining a foam, in particular polymethacrylimide, having a density of between 0.15 and 0.5 kg/m3,
  • the first part of the body and the cavity have respective sections elongated transversely with respect to the main axis
  • the sections of the first part of the body and of the cavity have edges which are substantially homothetic to the intrados and extrados edges of the blade of the vane
  • the at least one first conduit extends only in the first part
  • the at least one second conduit extends only in the second part
  • the at least one first conduit and the at least one second conduit are connected at the junction of the first and second parts.
  • the present invention also relates to a blade for an aircraft turbomachine, comprising a blade and a root, this blade comprising a spar as described above, a first part of which is inside the blade and a second part of which is outside the blade to form said root.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a spar for a turbomachine blade of the type described above, characterized in that it comprises the steps of:
  • Figure 1 is a schematic axial sectional view of an example of a turbomachine to which the invention applies;
  • Figure 2 is a side view of a turbomachine blade according to the invention.
  • FIG. 3 is a detailed view of the foot of the blade of Figure 2;
  • Figure 4 is a perspective view cut through a transverse plane of the blade of Figure 2;
  • Figure 5 is a schematic view of a molding installation for molding a turbomachine blade using a spar according to the invention
  • Figure 6 is a sectional view of the body of a spar according to the invention.
  • Figure 7 is a side view of the cap of a first embodiment of a spar according to the invention.
  • Figure 8 is a sectional view of the first embodiment of a spar according to the invention.
  • Figure 9 is a sectional view of a second embodiment of a spar according to the invention.
  • Figure 10 is a sectional view of a third embodiment of a spar according to the invention.
  • Figure 11 is a schematic view of the helical channels and the passage of the plug of the third embodiment of the spar according to the invention.
  • Figure 12 is a block diagram illustrating the manufacturing steps of a method of manufacturing a spar according to the invention
  • Figure 13 is a block diagram of a method of manufacturing a turbomachine blade comprising a spar according to the invention.
  • FIG. 1 shows a turbomachine 10 with a longitudinal axis X which comprises various components which can be made of composite materials, such as blades.
  • the turbomachine 10 of FIG. 1 is, in a non-limiting manner of the invention, a turbomachine 10 with a double body and a pair of counter-rotating propellers 12, 14 of the “open rotor” type intended to be mounted on an aircraft.
  • the invention applies here for example to the blades of these propellers but it could just as well apply to other types of blades, such as for example OGV (Outlet Guide Vanes) used in a secondary flow channel of a shrouded turbomachine with dual flow, without fundamentally changing the nature of the invention.
  • OGV Outlet Guide Vanes
  • the turbomachine 10 shown here mainly comprises, along a central longitudinal axis X and the air flow F circulating in the turbomachine turbomotor from upstream to downstream, a gas generator assembly 16, a propulsion assembly 18 comprising the pair of counter-rotating propellers 12, 14 constituting the unducted fan ("open rotor") and, between the gas generator 16 and the propulsion assembly 18, a transmission assembly 20 of the power delivered by the gas generator 16 towards the propellers 12, 14, at the output of which are driven, respectively, in reverse rotation to each other, two concentric output shafts external 46 and internal 48 secured to respective rotating casings 50, 52 of the upstream 12 and downstream 14 propellers of the propulsion assembly 18.
  • a respective device 54, 56 is provided for changing the pitch of the blades of each propeller to independently vary the setting of the latter according to the different operating phases of the turboshaft engine, in order to optimize the aerodynamic performance thereof.
  • the propellers 12, 14 each comprise blades 58, 60, each with a blade 62, 64 oriented substantially along a radial axis Z and a foot 66, 68 which is rotatably mounted in a pivot (not shown) of axis Z of the associated casing 50, 52.
  • This foot 66, 68 is moved by the respective device 54, 56 for changing the pitch of the blades 58, 60 of each propeller.
  • the blades 58, 60 of the propellers 12, 14 are made of a composite material with a fibrous blade preform embedded in a resin.
  • each blade 58 comprises an aerodynamic blade 62 which extends along an axis which is parallel here to the radial axis Z.
  • the blade 62 comprises an intrados surface 70 and an extrados surface 72 which are opposite along a transverse axis Y (perpendicular to the longitudinal axis X) and which are connected upstream by a leading edge 74 and downstream by a trailing edge 76.
  • the blade 62 comprises a casing 78 made of composite material made from a preform of the blade 62 stiffened by injecting a resin into said preform of the blade 62.
  • the external walls of the casing 78 form the intrados surface 70 and the extrados surface 72.
  • the casing 78 comprises a central cavity 80 receiving a spar 82, preferably metallic.
  • the cavity 80 can also receive a foam core 84, interposed between the spar 82 and the casing 78, as shown here in FIG. 4, but this configuration is not limiting of the invention, the spar 82 being able to occupy the entire cavity 80 of the casing, the blade 62 then being devoid of foam.
  • the spar 82 comprises a body 85 which comprises a first part 86 which occupies the cavity 80 of the casing 78 and a second part arranged outside the casing 78 which forms the foot 66 of the blade 58.
  • the composite material of the preform is obtained from a three-dimensional (or 3D weaving) or two-dimensional (2D weaving) weave of threads.
  • three-dimensional weaving or “3D weaving” a weaving method in which warp threads are linked to weft threads on several layers.
  • the weaving of the composite material of the preform is three-dimensional because it offers better resistance to delamination.
  • the 3D weaving has an interlock structure (or reinforcement). The interlock weaving has improved impact resistance, in particular compared to a 2D weaving.
  • the preform is woven in a single piece.
  • the weaving of the preform is carried out by means of a weaving installation (not shown) comprising a loom which is configured for three-dimensional and/or two-dimensional weaving.
  • the composite material comprises a plurality of warp threads and a plurality of weft threads which are respectively oriented in directions which are perpendicular (in the plane or even in the thickness for 3D weaving).
  • the weaving is advantageously carried out flat in a general longitudinal direction.
  • the yarns or strands used to weave include, for example, carbon, glass, ceramic, silica, silicon carbide, Kevlar, polyamide, alumina fibers or a mixture of these fibers.
  • a method of manufacturing an aircraft turbomachine blade 58 comprising a composite material blade 62 and a metal foot 66, comprises at least the following steps:
  • This configuration corresponds to the basic configuration of an RTM (Resin Transfer Molding) process.
  • the process is a VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) process which generally also comprises an additional step I) of vacuuming the mold 90 which begins after step d) and before step f) during which a vacuum pump 94 performs a vacuum in the mold 90 prior to the injection of the matrix into it.
  • VARTM Vauum Assisted Resin Transfer Molding
  • the injection temperature of the resin to which the mold 90 is subjected is a determined temperature which is quite high (of the order of 160°C for an epoxy resin) and which tends to fluidify the glue with which the spar 82 has been previously coated before the consolidation of the matrix occurs.
  • the glue tends to flow from the spar 82 and to penetrate the fibers of the composite material of the preform 88, thus weakening the assembly of the spar 82 with the preform 88.
  • a blade 58 is subjected in operation, at the junction of its blade 62 with the spar 82, to significant tensile stresses T and bending stresses F. Any weakening of the bonded connection between the spar 82 and the preform 88 must be prohibited.
  • the invention therefore proposes a spar 82 making it possible to remedy this drawback by preventing such creep of the glue during heating of the mold 90.
  • the spar 86 makes it possible to implement in the method a step i) of cooling the spar 82.
  • the method according to the invention comprises a step i) of cooling or maintaining the spar 82 at a third temperature which is lower than the first temperature.
  • This step i) begins before step e) and ends after step f).
  • the consolidation step g) during which the mold 90 is maintained at the second cooking temperature for a determined duration, for example 2 hours, to ensure crosslinking of the resin.
  • this step can begin at any time before step e). However, for practical reasons, as illustrated in FIG. 13, this step i) preferably occurs after step d), i.e. after the introduction of the preform 88 and the spar 82 into the mold 90.
  • the temperature of the spar 82 must be well below the first injection temperature.
  • the spar 82 is maintained at a third temperature which corresponds to ambient temperature, i.e. at a temperature of substantially 20°C.
  • a spar 82 is used which is crossed by at least one internal internal cooling circuit 96, in which a cooling fluid is circulated.
  • the body 85 of the spar 82 has an elongated shape along the main axis Z and it successively comprises along this axis Z the first part 86 which is configured to be inside the blade of the vane, and the second part 67 configured to be outside the blade of the vane and to form the foot 66 of the vane.
  • the body 85 comprises a cavity 98 which opens into an external surface 100 of the first part 86, forming an opening 102, and the spar 82 further comprises a plug 104 which is fixed to the body 85. This plug 104 is engaged in the cavity 98 and closes the opening 102.
  • the internal cooling circuit 96 comprises at least one first conduit 106, which is delimited between the plug 104 and walls 110 of the cavity 98, and at least one second conduit 108 which communicates with said at least first conduit 106, which passes through at least the second part 67 and which opens outside this second part.
  • the at least one first conduit 106 passes through the first part 86 and the at least one second conduit 108 passes through the second part 67. More particularly, the at least one first conduit 106 extends only in the first part 86, the at least one second conduit 108 extends only in the second part 67 and the at least one first conduit 106 and the at least one second conduit 108 are connected at the junction of the first and second parts 86, 67.
  • first conduit extends into the second part 67, the cavity 98 extending into the second part 67.
  • at least one second conduit 108 could extend into the first part 98, for example by extending into the thickness of the body 85 and opening laterally into the cavity 98.
  • the spar 85 could comprise only one second conduit 108 communicating with the first conduit 106, these conduits being filled with a cooling fluid. However, in this configuration, the fluid could only evacuate the calories received by the spar 82 by conduction since it could not circulate. Also, preferably, the spar 82 comprises at least two second conduits 108 which each communicate with opposite ends of an associated first conduit 106.
  • FIG. 8 to 10 three embodiments of a spar 82 having only two second conduits 108 communicating with the ends of a first conduit 106 are shown, but it will be understood that without changing the nature of the invention, the spar 82 could have a greater number of pairs of second conduits 108 each associated with a first conduit.
  • the spar 82 could have two cavities 98, two plugs 104 delimiting two first conduits 106 and four second conduits 108 associated in pairs with the ends of a first conduit 106.
  • each second duct 108 is arranged close to the median axis Z of the second part 67. Indeed, as we have seen, the blade 58 being subjected in operation, at the junction of its blade with the spar 82, to significant tensile stresses T and bending stresses F, and the most critical zones for the mechanics being close to the external surface of the root 66, it is desirable that the second ducts 108 be as far away as possible from the external surfaces of the second part 67.
  • the second conduits 108 open through orifices 112 in the same internal face 114 of one of the walls 110 of the cavity.
  • the external surface 100 of the first part 85 is arranged substantially transversely relative to the axis Z of the body 85, at an end of said body that is opposite its second part 67.
  • the internal face 114 into which the conduits 108 open is opposite this external surface 100 and also extends substantially transversely relative to the axis Z of the body 85.
  • the first part 86 of the body 85 and the cavity 98 have respective sections that are elongated transversely relative to the main axis Z.
  • the sections of the first part 86 of the body 85 of the cavity 98 have edges that are substantially homothetic to the intrados surface 70 and extrados surface 72 of the blade of the previously described vane.
  • the plug 104 comprises a cover 116 which closes the opening 102 of the cavity 98, a buffer 118 which extends into the cavity 98 from said cover 116 and a rib 120 which extends from the buffer 118 in contact with the internal face 114 of the cavity between the orifices 112 of the second conduits 108 by sealingly delimiting two chambers 98a, 98b in the cavity 98.
  • the buffer 118 further comprises at least one passage 124 passing through the buffer 118 which places said chambers 98a, 98b in fluid communication. In this way, the two chambers 98a and 98b define the first conduit 106 whose ends are connected to the second conduits 108.
  • the plug 118 comprises two lateral edges 122 arranged in a sealed manner in contact with lateral surfaces of the walls 110 of the cavity 98, and the rib 120, which joins the two lateral edges 122.
  • the plug 118 further comprises a light 123 forming the passage 124.
  • the buffer 118 may be made in the form of a plate.
  • the light 123 is in this case formed in the plate.
  • the plug 118 is of a complementary shape to the cavity 98 and it comprises at least one helical groove 126, 126a, 126b which is hollowed out in the periphery of the plug 118 along an entire length of the plug 118.
  • This helical groove 126 comprises a first end 128 opening opposite the cover 116 on a first side of the rib 120 in a first 98a of the two chambers 98a or 98b, and a second end 130 located near the cover 116.
  • Passage 124 extends through buffer 118 and has a first end 132 which communicates with second end 130 of helical channel 126 and a second end 134 which communicates with the second of the two chambers 98b. More particularly, according to a second embodiment of the invention which has been shown in FIG. 9, the buffer 118 is of a shape complementary to the cavity 98 and it comprises a single helical groove 126, which is hollowed out in the periphery of the buffer 118 along an entire length of the buffer.
  • This helical channel 126 has a first end 128 opening opposite the cover 116 on a first side of the rib 120 in a first 98a of the two chambers 98a, 98b, and a second end 130 located near the cover 116.
  • the passage 124 extends for the most part along the Z axis through the buffer 118 and it has a first end 132 which communicates with the second end 130 of the helical channel 126 and a second end 134 which opens directly into the second of the two chambers 98b.
  • the helical channel 126 and the passage 124 form the first conduit 106.
  • the plug 118 is also of a complementary shape to the cavity 98 but it comprises two helical channels 126a, 126b which are hollowed out in its periphery, which are of the same pitch and which are arranged in a double helix arrangement along the entire length of the plug 118, and which comprise first ends 128a, 128b which open opposite the cover each on one side of the rib 120 respectively in the first and second chambers 98a, 98b and, second ends 130a, 130b located near the cover 116.
  • the passage 124 transversely passes through the buffer 118 and it opens at its first and second ends 132, 134 into the second ends 130a, 130b of the channels 126a, 126b.
  • the two helical channels 126a, 126b and the passage 124 which connects them form the first conduit 106, as shown schematically in FIG. 11.
  • the function of the cover 116 is to close the opening 102.
  • the cover 116 is formed in a cover 136, and preferably in one piece with this cover, this cover 136 extending over the external surface 100 of the first part by closing the opening 102.
  • This cover 136 is glued to the external surface 100.
  • this can be made of a thermoplastic material, preferably by injection, or by additive manufacturing, for all embodiments of the invention.
  • the latter may alternatively be produced by molding and machining a foam, in particular polymethacrylimide, having a density of between 0.15 and 0.5 kg/m3.
  • a foam in particular polymethacrylimide, having a density of between 0.15 and 0.5 kg/m3.
  • the production of the helical channels 126, 126a, 126b is carried out by machining.
  • An example of a material used that satisfies these characteristics is ROHACELL HERO foam (registered trademark).
  • the spar 82 can thus be obtained by a method which firstly comprises a step A) of providing a plug 104, and providing a spar blank having a body of elongated shape similar to that of the body 85 of the spar along a main axis Z and comprising along said axis a first part configured to form the first part 86 of the body 85 of the spar 82 and a second part configured to form the second part 67 of the body 85 of the spar 82.
  • This first part comprising the cavity 98 which opens into an external surface of said first part by forming an opening. This opening will form the opening 102 of the body 85.
  • the method comprises a step B), of machining the at least one second conduit 108 until it opens into said cavity 98.
  • the external surface 100 will also be dressed.
  • the method comprises steps C) of inserting the plug 104 into the cavity 98 and D) of fixing the plug 104 to the body 85.
  • the fixing will be carried out in a very simple manner by applying glue to the external surface 100 or under the cover 136.
  • the invention therefore makes it possible to obtain in a very simple manner a spar 82 comprising an integrated cooling circuit.

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Abstract

L'invention concerne un longeron (82) pour une aube de turbomachine, qui comporte un corps (85) de forme allongée suivant un axe principal (Z) suivant lequel il comporte une première partie (86) configurée pour être à l'intérieur d'une pale de l'aube (58), et une seconde partie (67) configurée pour être à l'extérieur de la pale (62) et pour former un pied (66) de l'aube (58), caractérisé en ce que le corps (85) comporte une cavité (98) qui débouche dans une surface externe (100) de ladite première partie (86) par une ouverture (102), et un bouchon (104) reçu dans la cavité (98) et fermant l'ouverture (102) qui délimite un premier conduit (106) d'un circuit de refroidissement interne (96) qui comporte au moins un deuxième conduit (108) qui traverse au moins la deuxième partie (67) et qui débouche à l'extérieur de la deuxième partie (67).

Description

DESCRIPTION
TITRE : LONGERON CREUX POUR FABRICATION D'UNE AUBE COMPOSITE AVEC INJECTION DE RESINE
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne un longeron utilisé dans la fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef et, un procédé de fabrication d'un tel longeron.
Arrière-plan technique
L'état de l’art comprend les documents WO-2010/061139-A2 et FR- 3.109.115-A1 , US-2012/082563-A1 , GB-680-014-A, US-4-156-582-A, DE- 566-638-C.
Les nouvelles générations de moteurs nécessitent des aubes ayant des pieds compacts car leurs aubes sont prévues pour pivoter autour de leurs axes radiaux afin d’adapter leur incidence aux différents régimes de vol. C’est par exemple le cas, dans le cadre d’une turbomachine carénée à double flux, des aubes directrices de sortie ou OGV qui se trouvent en aval des aubes de la soufflante. C’est aussi le cas des aubes d’hélices de turbomachines non carénées de type « open rotor ».
Cette caractéristique vient s’ajouter au besoin d’attacher l’aube dans le disque ou au moyeu qui la porte le plus profondément possible, c’est-à-dire le plus proche possible de l’axe du disque ou du moyeu. Il est donc nécessaire de réduire fortement l’encombrement du pied de l’aube.
Or, l’aube en fonctionnement est soumise à de nombreuses contraintes. En effet, le pied d’aube est soumis principalement à des sollicitations de flexion et de traction, notamment du fait d’efforts centrifuges sur l’aube et du fait des éventuels impacts avec des oiseaux. En outre, les pieds des aubes de turbomachine de type « open rotor >> peuvent quant à eux être soumis à des sollicitations de flexion alternées causées par les vibrations intenses de flexion s’exerçant sur les aubes du fait de l’absence de nacelle conditionnant le flux d’air, comme c’est le cas habituellement sur les moteurs carénés. Afin de pouvoir s’opposer à ces moments de flexion alternée, les pieds sont précontraints dans le moyeu et sont donc soumis à une charge mécanique circonférentielle supplémentaire.
Les aubes mises en œuvre dans ce type d’application comportent généralement des pales réalisées dans un matériau composite dans le but d’améliorer leur capacité de résistance thermomécanique et de réduire leur masse. Le matériau composite peut être réalisé à partir d’une préforme obtenue par tissage tridimensionnel (ou tissage 3D) ou bidimensionnel (tissage 2D) de fibres. Ce tissage est destiné à former un renfort fibreux et est noyé dans une matrice formée par injection d’une résine lors d’un procédé d’injection RTM (acronyme anglo-saxon de « resin transfer molding >>) ou VARTM (acronyme anglo-saxon de « vacuum assisted resin transfer molding >>).
Le tissage tridimensionnel est généralement celui qui est préféré dans ce type d’application, car il offre une meilleure résistance au délaminage. On entend par l’expression « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D » un mode de tissage dans lequel des fils de chaîne sont liés à des fils de trames sur plusieurs couches. De préférence, mais non limitativement, le tissage 3D présente une structure (ou armature) interlock. Le tissage interlock présente une résistance améliorée aux impacts, notamment par rapport à un tissage 2D. De même, la préforme est tissée en une seule pièce.
Le matériau composite peut être de type monolithique ou comporter une âme, par exemple en mousse, de manière à former un matériau sandwich composite. Ce dernier procure de la rigidité et de la légèreté à la pièce finale. En effet, l’interposition d’une âme alvéolaire telle qu’un nid d’abeille ou d’une mousse entre deux peaux ou couches de renfort fibreux monolithiques (densifiées par une résine ou non imprégnées par une résine) permet d’une part, d’augmenter considérablement la raideur en flexion de la pièce finale et d’autre part, de maîtriser en parallèle la masse via l’introduction d’une matière à faible densité à cœur (pour l’âme), là où le chargement mécanique est faible.
Enfin la pale comporte une cavité destinée à recevoir une première partie d'un longeron métallique, dont une deuxième partie, externe à la pale, forme le pied de l’aube. Lors de sa fabrication, la première partie du longeron est enduite de colle puis insérée dans la préforme de pale puis l’ensemble est déposé dans un moule en deux parties qui est refermé. Le moule est alors réchauffé jusqu’à une température dite d’injection qui permet une bonne diffusion de la résine, généralement une résine organique, dans les fibres. Dans le cas d’un procédé VARTM, le vide est fait dans le moule, puis la résine est alors injectée. Puis s'ensuit une étape de consolidation au cours de laquelle le moule est maintenu à une température de cuisson, généralement supérieure à la température d'injection, pour assurer la réticulation de la résine.
Cette conception classique comporte un risque de fluage du film de colle. En effet, le vide pratiqué dans la cavité du moule de -1 bar (= -1.105 Pa) et la baisse de viscosité concomitante du film de colle exposé à la montée en température de la préforme avant la consolidation tendent à provoquer l’écoulement de la colle en profondeur dans les torons de fibre de la préforme par capillarité. Cette dispersion de la colle ou fluage dans la préforme, diminue l’épaisseur du joint de colle et compromet l’assemblage du longeron à la préforme.
Une telle dispersion est donc à proscrire dans le cadre d’un collage structural.
Résumé de l'invention
Pour remédier à cet inconvénient, on propose de refroidir le longeron après sa dépose dans le moule et pendant toute la durée de l'injection de la résine. Le refroidissement du longeron permet avantageusement de maintenir le longeron à une température inférieure à la température d’injection, ce qui permet d’éviter le fluage de la colle et sa dispersion dans le matériau composite de la préforme. Pour ce faire, l'invention propose un longeron creux apte à être aisément refroidi.
Dans ce but, l'invention propose un longeron pour une aube de turbomachine, en particulier d'aéronef, ledit longeron comportant un corps ayant une forme allongée suivant un axe principal et comportant suivant ledit axe principal une première partie configurée pour être à l'intérieur d'une pale de l'aube, et une seconde partie configurée pour être à l’extérieur de la pale de l'aube et pour former un pied de l’aube, caractérisé en ce que le corps comporte une cavité qui débouche dans une surface externe de ladite première partie en formant une ouverture, et en ce que le longeron comporte en outre :
- un bouchon qui est fixé au corps, ce bouchon étant engagé dans la cavité et obturant l'ouverture, et
- un circuit de refroidissement interne comportant au moins un premier conduit qui est délimité entre le bouchon et des parois de ladite cavité et au moins un deuxième conduit qui communique avec ledit au moins premier conduit, qui traverse au moins la deuxième partie et qui débouche à l'extérieur de la deuxième partie.
Selon d'autres caractéristiques du longeron :
- ledit au moins un deuxième conduit est agencé à proximité d’un axe médian de la deuxième partie,
- le longeron comporte au moins deux deuxièmes conduits qui communiquent chacun avec des extrémités opposées dudit au moins un premier conduit,
- lesdits au moins deux deuxièmes conduits débouchent par des orifices dans une même face interne de la cavité,
- le bouchon comporte un opercule qui obture l'ouverture de la cavité, un tampon qui s'étend dans la cavité à partir dudit opercule, et une nervure qui s'étend à partir dudit tampon au contact de la face interne de la cavité entre lesdits orifices en délimitant de manière étanche deux chambres dans la cavité,
- au moins un passage traversant ledit tampon met lesdites chambres en communication fluidique,
- la face interne est opposée à l'ouverture,
- la surface externe de la première partie est agencée sensiblement transversalement par rapport à l'axe du corps, à une extrémité dudit corps qui est opposée à sa deuxième partie,
- selon un premier mode de réalisation de l'invention, le tampon comporte : • deux bords latéraux agencés de manière étanche au contact de surfaces latérales de la cavité,
• la nervure, joignant les deux bords latéraux,
• une lumière traversant ledit tampon et formant le passage,
- le tampon est en forme de plaque,
- selon des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention, le tampon est de forme complémentaire de la cavité et il comporte au moins une rigole hélicoïdale qui est creusée dans la périphérie du tampon suivant toute une longueur dudit tampon, cette rigole hélicoïdale comportant une première extrémité débouchant à l'opposé de l'opercule d'un premier côté de la nervure dans une première des deux chambres, et une deuxième extrémité située à proximité de l'opercule,
- le passage s'étend à travers le tampon et comporte une première extrémité qui communique avec la deuxième extrémité de la rigole hélicoïdale et une seconde extrémité qui communique avec une seconde des deux chambres,
- plus particulièrement, dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, le passage traverse le tampon suivant toute la longueur du tampon et sa seconde extrémité débouche à l'opposé de l'opercule d'un second côté de la nervure dans la seconde des deux chambres,
- dans le troisième mode de réalisation de l'invention, le tampon comporte deux rigoles hélicoïdales qui sont creusées dans sa périphérie, qui sont de même pas et qui sont agencées selon une disposition de double hélice suivant toute la longueur du tampon, et qui comportent des premières extrémités qui débouchent à l'opposé de l'opercule chacune d'un côté de la nervure respectivement dans les première et deuxième chambres et, des deuxièmes extrémités situées à proximité de l'opercule,
- le passage traverse transversalement le tampon et débouche à ses première et deuxième extrémités dans les deuxièmes extrémités des rigoles,
- l'opercule est formé dans un couvercle qui s'étend sur la surface externe de la première partie en obturant l'ouverture, ledit couvercle étant collé à ladite surface externe,
- la surface externe de la première partie est plane et usinée, - le bouchon est réalisé en matériau thermoplastique, de préférence par injection par fabrication additive,
- le bouchon est réalisé par moulage et usinage d'une mousse, notamment polymethacrylimide, ayant une densité comprise entre 0.15 et 0.5 kg/m3,
- la première partie du corps et la cavité présentent des sections respectives allongées transversalement par rapport à l'axe principal,
- les sections de la première partie du corps et de la cavité ont des bords qui sont sensiblement homothétiques de bords d'intrados et d'extrados de la pale de l'aube,
- dans les trois modes de réalisation de l'invention, de préférence, l’au moins un premier conduit s’étend seulement dans la première partie, l’au moins un deuxième conduit s’étend seulement dans la seconde partie, et l’au moins un premier conduit et l’au moins un deuxième conduit sont reliés à la jonction des première et seconde parties.
La présente invention concerne également une aube pour une turbomachine d’aéronef, comportant une pale et un pied, cette aube comportant un longeron tel que décrit ci-dessus dont une première partie est à l’intérieur de la pale et une seconde partie est à l’extérieur de la pale pour former ledit pied.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un longeron pour une aube de turbomachine du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :
A) fourniture d'un bouchon, et fourniture d'une ébauche de longeron ayant un corps de forme allongée suivant un axe principal et comportant suivant ledit axe une première partie configurée pour former la première partie du corps du longeron et une seconde partie configurée pour former la seconde partie du corps du longeron, ladite première partie comportant une cavité qui débouche dans une surface externe de ladite première partie en formant une ouverture,
B) usinage de l'au moins un deuxième conduit jusqu'à ce qu'il débouche dans ladite cavité,
C) insertion du bouchon dans la cavité, D) fixation du bouchon au corps.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d’un exemple de turbomachine à laquelle s’applique l’invention ;
[Fig. 2] La figure 2 est une vue de côté d’une aube de turbomachine selon l’invention ;
[Fig. 3] La figure 3 est une vue de détail du pied de l’aube de la figure 2 ;
[Fig. 4] La figure 4 est une vue en perspective coupée par un plan transversal de l’aube de la figure 2 ;
[Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique d’une installation de moulage pour le moulage d'une aube de turbomachine à l'aide d'un longeron selon l'invention ;
[Fig. 6] La figure 6 est une vue en coupe du corps d'un longeron selon l'invention ;
[Fig. 7] La figure 7 est une vue de côté du bouchon d'un premier mode de réalisation d'un longeron selon l'invention ;
[Fig. 8] La figure 8 est une vue en coupe du premier mode de réalisation d'un longeron selon l'invention ;
[Fig. 9] La figure 9 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un longeron selon l'invention ;
[Fig. 10] La figure 10 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation d'un longeron selon l'invention ;
[Fig. 11] La figure 11 est une vue schématique des rigoles hélicoïdales et du passage du bouchon du troisième mode de réalisation du longeron selon l'invention ;
[Fig. 12] La figure 12 est un diagramme-bloc illustrant les étapes de fabrication d'un procédé de fabrication d'un longeron selon l'invention ; [Fig. 13] La figure 13 est un diagramme-bloc d’un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine comportant un longeron selon l’invention.
Description détaillée de l'invention
L'invention qui va être à présent décrite ici s'applique ici à un longeron pour une aube de turbomachine mais il sera compris qu'elle peut s'appliquer à tout longeron utilisé dans la fabrication de tout type de pièces pouvant être réalisés en matériaux composites, sans limitation de l'invention.
On a représenté sur la vue en coupe axiale et partielle de la figure 1 une turbomachine 10 d’axe longitudinal X qui comprend divers organes pouvant être réalisés en matériaux composites, tels que des aubes.
La turbomachine 10 de la figure 1 est, de manière non limitative de l'invention, une turbomachine 10 à double corps et à doublet d’hélices contrarotatives 12, 14 de type « open rotor » destinée à être montée sur un aéronef. L’invention s’applique ici par exemple aux aubes de ces hélices mais elle pourrait tout aussi bien s’appliquer à d’autres types d’aubes, comme par exemple des aubes directrices de sorties OGV (acronyme anglo-saxon de Outlet Guide Vanes) utilisées dans un canal de flux secondaire d’une turbomachine carénée à double flux, sans changer fondamentalement la nature de l’invention.
La turbomachine 10 représentée ici comporte principalement, selon un axe longitudinal central X et le flux d’air F circulant dans la turbomachine turbomoteur d’amont en aval, un ensemble générateur de gaz 16, un ensemble de propulsion 18 comprenant le doublet d’hélices contrarotatives 12, 14 constituant la soufflante non carénée (« open rotor ») et, entre le générateur de gaz 16 et l’ensemble de propulsion 18, un ensemble de transmission 20 de la puissance délivrée par le générateur de gaz 16 en direction des hélices 12, 14, en sortie duquel sont entraînés, respectivement, en rotation inverse l’un de l’autre, deux arbres concentriques de sortie externe 46 et interne 48 solidaires de carters tournants 50, 52 respectifs des hélices amont 12 et aval 14 de l’ensemble de propulsion 18. Il est prévu pour chaque hélice 12, 14 un dispositif 54, 56 respectif de changement du pas des pales de chaque hélice pour faire varier indépendamment le calage de celles-ci en fonction des différentes phases de fonctionnement du turbomoteur, afin d’optimiser les performances aérodynamiques de celui-ci.
Comme l’illustre figure 2, les hélices 12, 14 comportent chacune des aubes 58, 60 avec chacune une pale 62, 64 orientée sensiblement selon un axe radial Z et un pied 66, 68 qui est monté rotatif dans un pivot (non représenté) d’axe Z du carter associé 50, 52. Ce pied 66, 68 est mû par le dispositif 54, 56 respectif de changement du pas des pales 58, 60 de chaque hélice.
Dans cet exemple de réalisation, les aubes 58, 60 des hélices 12, 14 sont réalisées dans un matériau composite avec une préforme de pale fibreuse noyé dans une résine.
Comme on peut le voir à la figure 4 qui représente plus spécifiquement une aube 58, chaque aube 58 comprend une pale 62 aérodynamique qui s’étend suivant un axe qui est parallèle ici à l’axe radial Z. La pale 62 comprend une surface intrados 70 et une surface extrados 72 qui sont opposées suivant un axe transversal Y (perpendiculaire à l’axe longitudinal X) et qui sont reliées en amont par un bord d’attaque 74 et en aval par un bord de fuite 76.
La pale 62 comporte une enveloppe 78 en matériau composite réalisée à partir d’une préforme de la pale 62 rigidifiée par injection d’une résine dans ladite préforme de la pale 62. Les parois externes de l’enveloppe 78 forment la surface intrados 70 et la surface extrados 72. L’enveloppe 78 comporte une cavité centrale 80 recevant un longeron 82, de préférence métallique.
Eventuellement, la cavité 80 peut aussi recevoir un cœur en mousse 84, interposé entre le longeron 82 et l’enveloppe 78, comme représenté ici à la figure 4, mais cette configuration n’est pas limitative de l’invention, le longeron 82 pouvant occuper toute la cavité 80 de l’enveloppe, la pale 62 étant alors dépourvue de mousse. Le longeron 82 comporte un corps 85 qui comporte une première partie 86 qui occupe la cavité 80 de l’enveloppe 78 et une seconde partie agencée à l’extérieur de l’enveloppe 78 qui forme le pied 66 de l’aube 58.
Le matériau composite de la préforme est obtenu à partir d’un tissage tridimensionnel (ou tissage 3D) ou bidimensionnel (tissage 2D) de fils. Dans la présente invention, nous entendons par l’expression « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D » un mode de tissage dans lequel des fils de chaîne sont liés à des fils de trames sur plusieurs couches. De préférence, le tissage du matériau composite de la préforme est tridimensionnel car il offre une meilleure résistance au délaminage. De préférence, mais non limitativement, le tissage 3D présente une structure (ou armature) interlock. Le tissage interlock présente une résistance améliorée aux impacts, notamment par rapport à un tissage 2D. De même, la préforme est tissée en une seule pièce.
Le tissage de la préforme est réalisé au moyen d’une installation de tissage (non représentée) comprenant un métier à tisser qui est configuré au tissage tridimensionnel et/ou bidimensionnel. Le matériau composite comprend une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame qui sont orientés respectivement dans des directions qui sont perpendiculaires (dans le plan voire dans l’épaisseur pour le tissage 3D). Le tissage est avantageusement réalisé à plat suivant une direction générale longitudinale.
Les fils ou torons utilisés pour réaliser le tissage comprennent par exemple des fibres de carbone, de verre, de céramique, de silice, de carbure de silicium, de kevlar, de polyamide, d’alumine ou un mélange de ces fibres.
Comme l’illustrent les figures 5 et 13, pour obtenir une telle aube 58 de turbomachine, un procédé de fabrication d’une aube 58 de turbomachine d’aéronef comportant une pale 62 en matériau composite et un pied métallique 66, comprend au moins les étapes suivantes :
- un étape a) de fourniture d’une préforme 88 de pale par tissage de fibres, et de fourniture d’un longeron métallique 82 dont le corps 85 comporte une première partie 86 configurée pour être insérée dans une cavité 80 de ladite préforme et une seconde partie 67 configurée pour rester à l’extérieur de la préforme et pour former le pied 66 de l’aube 58,
- une étape b) d’application de colle sur la première partie 86 du longeron 82,
- une étape c) d’introduction de la première partie 86 du corps 85 du longeron 82 recouverte de colle dans la cavité 80 de la préforme 88,
- une étape d) de dépose du longeron 82 et de la préforme 88 dans un moule 90 en deux parties 90A, 90B et de fermeture du moule 90,
- une étape e) chauffage du moule 90 jusqu’à une première température prédéterminée à l’aide d’un moyen 91 de chauffage du moule 90,
- une étape f) d’injection une résine dans le moule 90 à l’aide d’un cylindre injecteur 92 afin d’imprégner la préforme 88,
- une étape g) de consolidation de la résine au cours de laquelle le moule 90 est maintenu à une deuxième température de cuisson, généralement supérieure à la première température, pendant une durée déterminée pour assurer la réticulation de la résine.
Cette configuration correspond à la configuration de base d’un procédé RTM (Resin Transfer Molding). De préférence, le procédé est un procédé VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) qui comporte généralement de plus une étape supplémentaire I) de tirage au vide du moule 90 qui débute postérieurement à l’étape d) et antérieurement à l’étape f) au cours de laquelle une pompe à vide 94 effectue un tirage au vide dans le moule 90 préalablement à l’injection de la matrice dans celui-ci.
Un problème se pose du fait de la différence entre la température d’utilisation de la colle utilisée pour encoller le longeron 82 et la première température à laquelle s'effectue l’injection de la résine. En effet, la température d’injection de la résine à laquelle est soumis le moule 90 est une température déterminée qui est assez élevée (de l’ordre de 160°C pour une résine époxyde) et qui tend à fluidifier la colle dont le longeron 82 a été préalablement enduit avant que la consolidation de la matrice ne se produise. De ce fait la colle tend à s’écouler du longeron 82 et à pénétrer les fibres du matériau composite de la préforme 88, affaiblissant ainsi l’assemblage du longeron 82 avec la préforme 88. Or comme le montre la figure 3, une aube 58 est soumise en fonctionnement, à la jonction de sa pale 62 avec le longeron 82, à des sollicitations de traction T et de flexion F importantes. Tout affaiblissement de la liaison collée entre le longeron 82 et la préforme 88 doit être proscrit.
L’invention propose donc un longeron 82 permettant de remédier à cet inconvénient en empêchant un tel fluage de la colle lors du chauffage du moule 90.
Dans ce cadre, le longeron 86 permet de mettre en œuvre dans le procédé une étape i) de refroidissement du longeron 82.
Comme l’illustre la figure 13, le procédé selon l’invention comporte une étape i) de refroidissement ou de maintien du longeron 82 à une troisième température qui est inférieure à la première température. Cette étape i) débute avant l’étape e) et se termine après l’étape f). S'ensuit alors l'étape g) de consolidation au cours de laquelle le moule 90 est maintenu à la deuxième température de cuisson pendant une durée déterminée, par exemple 2h, pour assurer la réticulation de la résine.
Il sera compris que cette étape peut débuter à n’importe quel moment avant l’étape e). Toutefois, pour des aspects pratiques, comme l’illustre la figure 13, cette étape i) intervient préférentiellement après l’étape d) c’est-à- dire après l’introduction de la préforme 88 et du longeron 82 dans le moule 90.
De manière pratique, la température du longeron 82 doit être bien inférieure à la première température d’injection. Pour une température d’injection déterminée de l’ordre de 160°C degrés, au cours de l’étape i) on maintient le longeron 82 à une troisième température qui correspond à la température ambiante, c’est-à-dire à une température de sensiblement 20°C.
Comme l’illustre la figure 5 qui est relative à une installation de moulage 104 et aux figures 8 à 10 relatives à un longeron 82 conforme à l’invention, on utilise un longeron 82 qui est traversé par au moins un circuit interne de refroidissement interne 96, dans lequel on fait circuler un fluide de refroidissement.
Plus particulièrement, comme l’illustrent les figures 8 à 10, le corps 85 du longeron 82 présente une forme allongée suivant l’axe principal Z et il comporte successivement suivant cet axe Z la première partie 86 qui est configurée pour être à l'intérieur de la pale de l'aube, et la seconde partie 67 configurée pour être à l’extérieur de la pale de l'aube et pour former le pied 66 de l’aube.
Conformément à l’invention, comme l’illustrent les figures 6 à 10, le corps 85 comporte une cavité 98 qui débouche dans une surface externe 100 de la première partie 86 en formant une ouverture 102, et le longeron 82 comporte en outre un bouchon 104 qui est fixé au corps 85. Ce bouchon 104 est engagé dans la cavité 98 et obture l'ouverture 102.
Conformément à l’invention, comme l’illustrent les figures 8 à 10, le circuit de refroidissement interne 96 comporte au moins un premier conduit 106, qui est délimité entre le bouchon 104 et des parois 110 de la cavité 98, et au moins un deuxième conduit 108 qui communique avec ledit au moins premier conduit 106, qui traverse au moins la deuxième partie 67 et qui débouche à l'extérieur de cette deuxième partie.
De préférence et de manière non limitative de l’invention, l’au moins un premier conduit 106 traverse la première partie 86 et l’au moins un deuxième conduit 108 traverse la deuxième partie 67. Plus particulièrement, l’au moins un premier conduit 106 s’étend seulement dans la première partie 86, l’au moins un deuxième conduit 108 s’étend seulement dans la seconde partie 67 et l’au moins un premier conduit 106 et l’au moins un deuxième conduit 108 sont reliés à la jonction des première et seconde parties 86, 67.
Cette configuration n'est pas limitative de l'invention et on pourrait par exemple envisager que le premier conduit s'étende dans la deuxième partie 67, la cavité 98 s'étendant dans la deuxième partie 67. De même, l'au moins un deuxième conduit 108 pourrait se prolonger dans la première partie 98, par exemple en se prolongeant dans l'épaisseur de corps 85 et en débouchant latéralement dans la cavité 98.
Le longeron 85 pourrait ne comporter qu’un seul deuxième conduit 108 communiquant avec le premier conduit 106, ces conduits étant remplis d’un fluide de refroidissement. Toutefois, dans cette configuration, le fluide ne pourrait évacuer les calories reçues par le longeron 82 que par conduction puisqu’il ne pourrait circuler. Aussi, de préférence, le longeron 82 comporte au moins deux deuxièmes conduits 108 qui communiquent chacun avec des extrémités opposées d’un premier conduit 106 associé.
Sur les figures 8 à 10, on a représenté trois modes de réalisation d’un longeron 82 ne comportant que deux deuxièmes conduits 108 communiquant avec les extrémités d’un premier conduit 106, mais il sera compris que sans changer la nature de l’invention, le longeron 82 pourrait comporter un nombre supérieur de paires de deuxièmes conduits 108 associées chacun à un premier conduit. Par exemple le longeron 82 pourrait comporter deux cavités 98, deux bouchons 104 délimitant deux premiers conduits 106 et quatre deuxième conduits 108 associés par paires aux extrémités d’un premier conduit 106.
De préférence également, chaque deuxième conduit 108 est agencé à proximité de l’axe médian Z de la deuxième partie 67. En effet, comme on l’a vu l’aube 58 étant soumise en fonctionnement, à la jonction de sa pale avec le longeron 82, à des sollicitations de traction T et de flexion F importantes, et les zones les plus critiques pour la mécanique étant proches de la surface externe du pied 66, il est souhaitable que les deuxièmes conduits 108 soient les plus éloignés possible des surfaces externes de la deuxième partie 67.
On va à présent décrire en référence aux figures 7 à 10 des premier à troisième modes de réalisation de l’invention.
D’une manière générale, les deuxièmes conduits 108 débouchent par des orifices 112 dans une même face interne 114 d'une des parois 110 de la cavité. De préférence, et de manière non limitative de l'invention, la surface externe 100 de la première partie 85 est agencée sensiblement transversalement par rapport à l'axe Z du corps 85, à une extrémité dudit corps qui est opposée à sa deuxième partie 67. La face interne 114 dans laquelle débouche les conduits 108 est opposée à cette surface externe 100 et s'étend aussi sensiblement transversalement par rapport à l'axe Z du corps 85. Dans les exemples qui ont été représentés ici, la première partie 86 du corps 85 et la cavité 98 présentent des sections respectives allongées transversalement par rapport à l'axe principal Z. Les sections de la première partie 86 du corps 85 de la cavité 98 ont des bords qui sont sensiblement homothétiques des surface d'intrados 70 et d'extrados 72 de la pale de l'aube précédemment décrite.
D'une manière générale, le bouchon 104 comporte un opercule 116 qui obture l'ouverture 102 de la cavité 98, un tampon 118 qui s'étend dans la cavité 98 à partir dudit opercule 116 et une nervure 120 qui s'étend à partir du tampon 118 au contact de la face interne 114 de la cavité entre les orifices 112 des deuxièmes conduits 108 en délimitant de manière étanche deux chambres 98a, 98b dans la cavité 98, Le tampon 118 comporte en outre au moins un passage 124 traversant le tampon 118 qui met lesdites chambres 98a, 98b en communication fluidique. De la sorte, les deux chambres 98a et 98b définissent le premier conduit 106 dont les extrémités sont reliées au deuxièmes conduits 108.
Dans le premier mode de réalisation du bouchon 104 qui a été représenté à la figure 7, le tampon 118 comporte deux bords latéraux 122 agencés de manière étanche au contact de surfaces latérales des parois 110 de la cavité 98, et la nervure 120, qui joint les deux bords latéraux 122. Le tampon 118 comporte en outre une lumière 123 formant le passage 124.
Sans limitation de l'invention, le tampon 118 peut être réalisé sous la forme d'une plaque. La lumière 123 est en ce cas formée dans la plaque.
Selon des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention qui ont été représentés aux figures 9 et 10 le tampon 118 est de forme complémentaire de la cavité 98 et il comporte au moins une rigole hélicoïdale 126, 126a, 126b qui est creusée dans la périphérie du tampon 118 suivant toute une longueur du tampon 118. Cette rigole hélicoïdale 126 comporte une première extrémité 128 débouchant à l'opposé de l'opercule 116 d'un premier côté de la nervure 120 dans une première 98a des deux chambres 98a ou 98b, et une deuxième extrémité 130 située à proximité de l'opercule 116.
Le passage 124 s'étend à travers le tampon 118 et il comporte une première extrémité 132 qui communique avec la deuxième extrémité 130 de la rigole hélicoïdale 126 et une seconde extrémité 134 qui communique avec la seconde des deux chambres 98b. Plus particulièrement, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 9, le tampon 118 est de forme complémentaire de la cavité 98 et il comporte une seule rigole hélicoïdale 126, qui est creusée dans la périphérie du tampon 118 suivant toute une longueur du tampon. Cette rigole hélicoïdale 126 comporte une première extrémité 128 débouchant à l'opposé de l'opercule 116 d'un premier côté de la nervure 120 dans une première 98a des deux chambres 98a, 98b, et une deuxième extrémité 130 située à proximité de l'opercule 116. Le passage 124 s'étend en majeure partie suivant l'axe Z à travers le tampon 118 et il comporte une première extrémité 132 qui communique avec la deuxième extrémité 130 de la rigole hélicoïdale 126 et une seconde extrémité 134 qui débouche directement dans la seconde des deux chambres 98b.
Dans ce cas, la rigole hélicoïdale 126 et le passage 124 forment le premier conduit 106.
Plus particulièrement, selon un troisième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 10, le tampon 118 est aussi de forme complémentaire de la cavité 98 mais il comporte deux rigoles hélicoïdales 126a, 126b qui sont creusées dans sa périphérie, qui sont de même pas et qui sont agencées selon une disposition de double hélice suivant toute la longueur du tampon 118, et qui comportent des premières extrémités 128a, 128b qui débouchent à l'opposé de l'opercule chacune d'un côté de la nervure 120 respectivement dans les première et deuxième chambres 98a, 98b et, des deuxièmes extrémités 130a, 130b situées à proximité de l'opercule 116.
Dans ce mode de réalisation, le passage 124 traverse transversalement le tampon 118 et il débouche à ses première et deuxième extrémités 132, 134 dans les deuxièmes extrémités 130a, 130b des rigoles 126a, 126b.
Dans ce cas, les deux rigoles hélicoïdales 126a, 126b et le passage 124 qui les relie forment le premier conduit 106, comme représenté schématiquement à la figure 11 .
Dans les trois modes de réalisation qui ont été décrits ici, la fonction de l'opercule 116 est d'obturer l'ouverture 102. A cet effet, il pourrait s'adapter exactement à l'ouverture 102. Toutefois, de manière préférentielle de l'invention, l'opercule 116 est formé dans un couvercle 136, et de préférence d'une seule pièce avec ce couvercle, ce couvercle 136 s'étendant sur la surface externe 100 de la première partie en obturant l'ouverture 102. Ce couvercle 136 est collé à la surface externe 100.
En ce qui concerne le matériau du bouchon 104, celui-ci peut être réalisé en un matériau thermoplastique, de préférence par injection, ou par fabrication additive, pour tous les modes de réalisation de l'invention.
En ce qui concerne plus spécifiquement les deuxième et troisième modes de réalisation du bouchon 104, celui-ci peut en variante être réalisé par moulage et usinage d'une mousse, notamment polymethacrylimide, ayant une densité comprise entre 0.15 et 0.5 kg/m3. En particulier, la réalisation des rigoles hélicoïdales 126, 126a, 126b est effectuée par usinage. Un exemple de matériau utilisé satisfaisant à ces caractéristiques est la mousse ROHACELL HERO (marque déposée).
Comme l'illustre la figure 12, le longeron 82 peut ainsi être obtenu par un procédé qui comporte en premier lieu une étape A) de fourniture d'un bouchon 104, et fourniture d'une ébauche de longeron ayant un corps de forme allongée analogue à celle du corps 85 du longeron suivant un axe principal Z et comportant suivant ledit axe une première partie configurée pour former la première partie 86 du corps 85 du longeron 82 et une seconde partie configurée pour former la seconde partie 67 du corps 85 du longeron 82. Cette première partie comportant la cavité 98 qui débouche dans une surface externe de ladite première partie en formant une ouverture. Cette ouverture formera l'ouverture 102 du corps 85.
Puis le procédé comporte une étape B), d'usinage de l'au moins un deuxième conduit 108 jusqu'à ce qu'il débouche dans ladite cavité 98. Selon la façon dont a été obtenu l'ébauche de longeron, on réalisera aussi un dressage de la surface externe 100.
Puis le procédé comporte des étapes C) d'insertion du bouchon 104 dans la cavité 98 et D) de fixation du bouchon 104 au corps 85. Généralement la fixation sera effectuée de manière très simple par application de colle sur la surface externe 100 ou sous le couvercle 136. L'invention permet donc d'obtenir de manière très simple un longeron 82 comportant un circuit de refroidissement intégré.

Claims

REVENDICATIONS
1. Longeron (82) pour une aube (58) de turbomachine, en particulier d'aéronef, ledit longeron (82) comportant un corps (85) ayant une forme allongée suivant un axe principal (Z) et comportant suivant ledit axe principal (Z) une première partie (86) configurée pour être à l'intérieur d'une pale (62) de l'aube (58), et une seconde partie (67) configurée pour être à l’extérieur de la pale (62) de l'aube (58) et pour former un pied (66) de l’aube (58), le corps (85) comportant une cavité (98) qui débouche dans une surface externe (100) de ladite première partie (86) en formant une ouverture (102), et en ce que le longeron (82) comporte en outre :
- un bouchon (104) qui est fixé au corps (85), ce bouchon (104) étant engagé dans la cavité (98) et obturant l'ouverture (102), et
- un circuit de refroidissement interne (96) comportant au moins un premier conduit (106) qui est délimité entre le bouchon (104) et des parois (110) de ladite cavité (98) et au moins deux deuxièmes conduits (108) qui communiquent chacun avec des extrémités opposées dudit au moins premier conduit (106), qui traversent au moins la deuxième partie (67) et qui débouchent à l'extérieur de la deuxième partie (67), caractérisé en ce que :
- lesdits au moins deux deuxièmes conduits (108) débouchent par des orifices (112) dans une même face interne (114) de la cavité (98),
- le bouchon (104) comporte un opercule (116) qui obture l'ouverture (102) de la cavité (98), un tampon (118) qui s'étend dans la cavité (98) à partir dudit opercule (116), et une nervure (120) qui s'étend à partir dudit tampon (118) au contact de la face interne (114) de la cavité (98) entre lesdits orifices (112) en délimitant de manière étanche deux chambres (98a, 98b) dans la cavité (98),
- au moins un passage (124) traversant ledit tampon (118) met lesdites chambres (98a, 98b) en communication fluidique.
2. Longeron (82) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face interne (114) est opposée à l'ouverture (102).
3. Longeron (82) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface externe (100) de la première partie (86) est agencée sensiblement transversalement par rapport à l'axe (Z) du corps (85), à une extrémité dudit corps (85) qui est opposée à sa deuxième partie (67).
4. Longeron (82) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tampon (118) comporte :
- deux bords latéraux (122) agencés de manière étanche au contact de surfaces latérales de la cavité (98),
- la nervure (120), joignant les deux bords latéraux (122),
- une lumière (123) traversant ledit tampon et formant le passage (124).
5. Longeron (82) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- le tampon (118) est de forme complémentaire de la cavité (98) et il comporte au moins une rigole hélicoïdale (126, 126a, 126b) qui est creusée dans la périphérie du tampon (118)suivant toute une longueur dudit tampon (118), cette rigole hélicoïdale (126, 126a, 126b) comportant une première extrémité (128,128a, 128b) débouchant à l'opposé de l'opercule (116) d'un premier côté de la nervure (120) dans une première (98a) des deux chambres (98a, 98b), et une deuxième extrémité (130, 130a, 130b) située à proximité de l'opercule (116),
- le passage (124) s'étend à travers le tampon (118) et comporte une première extrémité (132) qui communique avec la deuxième extrémité (130, 130a, 130b) de la rigole hélicoïdale (126, 126a, 126b) et une seconde extrémité (134) qui communique avec une seconde (98b) des deux chambres (98a, 98b).
6. Longeron (82) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le passage (124) traverse le tampon suivant toute la longueur du tampon (118) et en ce que sa seconde extrémité (134) débouche à l'opposé de l'opercule (116) d'un second côté de la nervure (120) dans la seconde (98b) des deux chambres (98a, 98b).
7. Longeron (82) selon la revendication 5, caractérisé en ce que :
- le tampon (118) comporte deux rigoles hélicoïdales (126a, 126b) qui sont creusées dans sa périphérie, qui sont de même pas et qui sont agencées selon une disposition de double hélice suivant toute la longueur du tampon (118), et qui comportent des premières extrémités (128a, 128b) qui débouchent à l'opposé de l'opercule (116) chacune d'un côté de la nervure (120) respectivement dans les première et deuxième chambres (98a, 98b) et des deuxièmes extrémités (130a, 130b) situées à proximité de l'opercule,
- le passage (124) traverse transversalement le tampon (118) et débouche à ses première et deuxième extrémités (132, 134) dans les deuxièmes extrémités (130a, 130b) des rigoles (126a, 126b).
8. Longeron (82) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'opercule (116) est formé dans un couvercle (136) qui s'étend sur la surface externe (100) de la première partie (86) en obturant l'ouverture (102), ledit couvercle (136) étant collé à ladite surface externe (100).
9. Longeron (82) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bouchon (104) est réalisé :
- en matériau thermoplastique, de préférence par injection, ou par fabrication additive, ou par moulage et usinage d'une mousse, notamment polymethacrylimide, ayant une densité comprise entre 0,15 et 0,5 kg/m3.
10. Longeron (82) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (86) du corps (85) et la cavité (98) présentent des sections respectives allongées transversalement par rapport à l'axe principal (Z).
11. Longeron (82) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
- l’au moins un premier conduit (106) s’étend seulement dans la première partie (86),
- l’au moins un deuxième conduit (108) s’étend seulement dans la seconde partie (67), et
- l’au moins un premier conduit (106) et l’au moins un deuxième conduit (108) sont reliés à la jonction des première et seconde parties (86, 67).
12. Aube (58) pour une turbomachine d’aéronef, comportant une pale (62) et un pied (66), cette aube (58) comportant un longeron selon l’une des revendications précédentes dont une première partie (67) est à l’intérieur de la pale (62) et une seconde partie est à l’extérieur de la pale (62) pour former ledit pied (66).
13. Procédé de fabrication d'un longeron (82) selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :
A) fourniture d'un bouchon (104), et fourniture d'une ébauche de longeron ayant un corps (85) de forme allongée suivant un axe principal (Z) et comportant suivant ledit axe une première partie configurée pour former la première partie (86) du corps (85) du longeron (82) et une seconde partie configurée pour former la seconde partie (67) du corps (85) du longeron (82), ladite première partie comportant une cavité (98) qui débouche dans une surface externe (100) de ladite première partie en formant une ouverture (102), B) usinage de l'au moins un deuxième conduit (108) jusqu'à ce qu'il débouche dans ladite cavité (98),
C) insertion du bouchon (104) dans la cavité (108,
D) fixation du bouchon (104) au corps (85).
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