EP4758060A1 - Aube de turbomachine monobloc - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une aube (7) pour une turbomachine comprenant : - un manchon (13), comprenant une partie de fixation (14) configurée pour être reliée à un mécanisme de calage variable d'une turbomachine, un évidement (17) traversant étant formé dans la partie de fixation (14) du manchon (13), l'évidement (17) étant délimité par une paroi interne du manchon (13); - une structure fibreuse (20) obtenue par tissage tridimensionnel de torons, la structure fibreuse (20) comprenant : - un pied de pale (22) comprenant une portion d'attache (23) configurée pour être insérée dans l'évidement (17) de la partie de fixation (14) du manchon (13), - une pale à profil aérodynamique (12) raccordée au pied de pale (22); - un insert (24), configuré pour être inséré dans l'évidement (17) de la partie de fixation (14) du manchon (13) et plaquer le pied de pale (22) contre la paroi interne (18) du manchon (13).

Description

TITRE : AUBE DE TURBOMACHINE MONOBLOC

DOMAINE DE L’INVENTION

L’invention concerne de manière générale le domaine des turbomachines, et notamment des aubes de turbomachine.

L’invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, une aube destinée à être utilisée dans un rotor de soufflante non-carénée de moteur d’aéronef.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE

L’intérêt des moteurs à soufflante non-carénée est que le diamètre de la soufflante n’est pas limité par la présence d’un carénage, de sorte qu’il est possible de concevoir un moteur présentant un fort taux de dilution (connu sous l’anglicisme « By Pass Ratio » ou BPR), et par conséquent une consommation réduite de carburant. Ainsi, dans ce type de moteur, les aubes de la soufflante peuvent présenter une grande envergure.

De plus, ces moteurs comprennent généralement un mécanisme permettant de modifier l’angle de calage des aubes afin d’adapter la poussée générée par la soufflante en fonction des différentes phases de vol.

Cependant, la conception de telles aubes nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes.

D’un côté, le dimensionnement de ces aubes doit permettre des performances aérodynamiques optimales, notamment maximiser le rendement et fournir la poussée tout en minimisant les pertes. L’amélioration des performances aérodynamiques de la soufflante tend vers une augmentation du taux de dilution, ce qui se traduit par une augmentation du diamètre externe, et donc de l’envergure de ces aubes.

D’un autre côté, il est également nécessaire de garantir une résistance aux contraintes mécaniques pouvant s’exercer sur ces aubes tout en limitant leur signature acoustique.

Par ailleurs, sur les architectures à soufflante non-carénée, le démarrage du moteur est généralement effectué avec un calage très ouvert. En effet, un calage très ouvert permet de consommer la puissance par le couple, ce qui assure la sécurité machine en garantissant des régimes de soufflante faibles.

Or, avec un calage très ouvert, les aubes subissent un écoulement aérodynamique turbulent, complètement décollé, qui génère une excitation vibratoire large bande. En particulier, sur des aubes à large corde et de grande envergure, l’effort de flexion est intense, bien que le régime moteur ne soit pas maximal.

En fonctionnement normal, à savoir durant les phases au sol et en vol, le calage est modifié de sorte que l’angle de calage soit plus fermé. L’écoulement aérodynamique est alors parfaitement sain, notamment recollé au profil aérodynamique. Les sollicitations large bande disparaissent puisque le régime de rotation est plus élevé, et l’effort de flexion est maîtrisé. Néanmoins, le moteur étant non caréné, l’incidence vue par les différentes aubes de soufflante en fonction de leur position angulaire varie en fonction de l’angle d’attaque de l’avion, créant un moment cyclique de flexion (couramment appelé moment 1 P) sur les aubes. Ce moment cyclique de flexion génère alors de fortes contraintes de flexion sur les aubes en plus des efforts centrifuges dus à leur rotation.

Ces aubes peuvent être réalisées en matériau métallique. Si les aubes en matériau métallique ont une bonne résistance mécanique, elles présentent toutefois l’inconvénient d’avoir une masse relativement importante.

La fabrication d’aubes en matériau composite est une solution intéressante pour alléger le poids des aubes. Toutefois, des aubes en matériau composites peuvent présenter des fragilités au vu des efforts aérodynamiques intenses auxquelles elles sont soumises. Ces efforts aérodynamiques peuvent donc endommager les aubes et/ou le moyeu dans la zone d’interface entre ces aubes et le moyeu du rotor de la soufflante, au niveau du pied de l’aube.

Afin de pallier ces inconvénients, différentes solutions existent dans l’art antérieur. La plupart utilisent des éléments de renfort, notamment en pied d’aube, et ajoutent différents éléments structurels pour permettre, par exemple, la fixation de l’aube au mécanisme de calage. Les documents de brevet W02022/018353 et W02022/208002 décrivent l’ajout d’éléments de renforts et d’éléments structurels notamment en pieds d’aube.

Ces solutions présentent toutefois l’inconvénient de devoir fabriquer plusieurs éléments dans des matériaux pouvant être différents et de devoir les assembler à l’aide de moyens de fixation. De telles aubes peuvent ainsi être relativement longues à fabriquer.

BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION

Un des buts de l’invention est donc de proposer une aube adaptée pour être utilisée avec un mécanisme de calage variable et dans un environnement du type « Open Rotor » tout en étant capable de résister à des efforts aérodynamiques intenses, sous la contrainte d’un encombrement limité et d’une masse minimale, l’aube comportant un nombre limité d’éléments structurels et étant rapide à fabriquer.

Un autre but de l’invention est de proposer une aube comprenant un matériau composite et adaptée pour être utilisée avec un mécanisme de calage variable et dans un environnement du type « Open Rotor » qui comprenne un nombre limité d’éléments structurels et qui puisse être réalisée de manière simple et rapide, sans nécessiter un grand nombre d’opérations.

Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, une aube pour une turbomachine comprenant :

- un manchon, comprenant une partie de fixation configurée pour être reliée à un mécanisme de calage variable d’une turbomachine, un évidement traversant étant formé dans la partie de fixation du manchon, l’évidement étant délimité par une paroi interne du manchon présentant une longueur L ;

- une structure fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel de torons, la structure fibreuse comprenant :

- un pied de pale comprenant une portion d’attache configurée pour être insérée dans l’évidement de la partie de fixation,

- une pale à profil aérodynamique raccordée au pied de pale ;

- un insert, configuré pour être inséré dans l’évidement de la partie de fixation du manchon et plaquer le pied de pale contre la paroi interne du manchon, de sorte que la portion d’attache soit positionnée directement au contact de la paroi interne du manchon, et ce, sur au moins 30% de la longueur L de la paroi interne du manchon.

L’aube est ainsi formée de peu d’éléments qui s’assemblent les uns avec les autres de manière à former une aube monobloc. La pale et le pied de pale étant formés par la même structure fibreuse, il n’y a pas de discontinuité entre la pale et le pied de pale. Par ailleurs, le pied de pale est coincé entre l’insert et le manchon et la structure fibreuse est ainsi solidement assemblée avec le pied d’aube. De manière connue, il est possible d’ajouter un joint de colle entre le manchon et la structure fibreuse pour favoriser la transmission d’efforts entre ces éléments.

L’aube peut ainsi résister à des efforts aérodynamiques important tout en ayant une masse limitée et peut ainsi être utilisée avec un mécanisme de calage variable et dans un environnement du type « Open Rotor ». Par ailleurs, les éléments formant l’aube étant en nombre limité, l’aube est rapide à fabriquer.

La paroi interne du manchon présente une longueur allant d’une première ouverture du manchon à une deuxième ouverture du manchon, la deuxième ouverture étant opposée à la première ouverture. De préférence, le pied de pale, en particulier la portion d’attache du pied de pale, est positionné directement au contact de la paroi interne du manchon sur au moins 40% de la longueur L de la paroi interne du manchon, plus préférentiellement sur 60 % de la longueur L, et peut s’étendre sur toute la longueur de la paroi interne du manchon.

Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention pouvant être pris seuls ou en combinaison : le pied de pale comprend en outre une jupe s’étendant autour de la portion d’attache du manchon et la partie de fixation comprend en outre un flasque annulaire, et une face d’extrémité de la jupe du pied de pale est configurée pour venir en appui contre le flasque ; la paroi interne du manchon comporte une portion en creux entraînant un élargissement de l’évidement dans une direction radiale et la portion d’attache comporte une surépaisseur configurée pour se loger dans la portion en creux ; le manchon comporte en outre une partie de liaison monobloc avec la partie de fixation et dans laquelle se prolonge l’évidement, le pied de pale étant configuré pour être inséré dans la partie de liaison ; la partie de liaison du manchon s’étend entre la portion d’attache et la jupe du pied de pale ; le manchon comprend en outre une butée s’étendant depuis la paroi interne, l’insert étant configuré pour plaquer le pied de pale contre la butée ; la butée est formée par une réduction de section de l’évidement dans la partie de liaison du manchon ; une section transversale de la partie de liaison du manchon est aplatie dans une direction ; la partie de fixation du manchon présente une surface externe ayant une forme de révolution dans laquelle est formée au moins une gorge circulaire propre à former un chemin de roulement pour au moins un roulement ; la partie de fixation du manchon présente une forme de révolution et la partie de liaison du manchon comprend une première portion, raccordée à la partie de fixation, et une deuxième portion raccordée à la première portion, la première portion présentant une forme de révolution dont une section décroît de la partie de fixation du manchon en direction de la deuxième portion, la deuxième portion présentant une section transversale réduite dans une direction de l’espace ; et le manchon est métallique. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’une aube selon le premier aspect, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : réaliser la structure fibreuse comportant la portion d’attache par tissage tridimensionnel, insérer la portion d’attache dans l’évidement du manchon et contre la paroi interne, positionner l’insert dans l’évidement de manière à bloquer la portion d’attache contre la paroi interne, et insérer la structure fibreuse, le manchon et l’insert dans un moule pour obtenir une préforme à profil aérodynamique.

Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à injecter une résine dans le moule, après insertion de la structure fibreuse, le manchon et l’insert dans ledit moule, de manière à obtenir l’aube selon le premier le premier aspect, ladite aube étant monobloc.

Le procédé peut également comprendre une étape consistant à positionner la jupe du pied de pale sur la partie de liaison avant d’insérer la structure fibreuse, le manchon et l’insert.

Par ailleurs, la réalisation de la structure fibreuse peut comporter la réalisation d’une première languette et d’une deuxième languette, la première et la deuxième languettes comportant chacune deux bords latéraux biseautés sur au moins une partie de leur longueur et étant destinées à former ensemble la portion d’attache, et, lors de l'insertion de la structure fibreuse dans le moule, la première et la deuxième languettes peuvent être assemblées en joignant deux à deux les bords latéraux biseautés de la première languette avec les bords latéraux biseautés de la deuxième languette de manière à former une portion d’attache cylindrique

Selon un troisième aspect, l’invention propose une soufflante comportant au moins une aube selon le premier aspect ou obtenue selon le procédé du deuxième aspect.

Selon un quatrième aspect, l’invention propose une turbomachine comportant une soufflante selon le troisième aspect.

Selon un cinquième aspect, l’invention propose un aéronef comportant une soufflante selon le troisième aspect ou une turbomachine selon le quatrième aspect.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : [Fig. 1] La figure 1 représente de manière schématique un exemple de moteur incluant une soufflante non-carénée ;

[Fig. 2] La figure 2 représente de manière schématique une aube de soufflante selon un mode de réalisation de l’invention assemblée à un mécanisme de calage ;

[Fig. 3] La figure 3 représente de manière schématique une aube de soufflante selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 4a] La figure 4a représente de manière schématique un manchon selon un premier mode de réalisation de l’invention selon une vue en perspective ;

[Fig. 4b] La figure 4b représente de manière schématique le manchon de la figure 4a selon une vue de profil ;

[Fig. 4c] La figure 4c représente de manière schématique le manchon des figures 4a et 4b dans lequel sont insérés la portion d’attache et l’insert ;

[Fig. 4d] La figure 4d représente de manière schématique l’ensemble manchon/portion d’attache/insert de la figure 4c inséré dans le mécanisme de calage ;

[Fig. 5a] La figure 5a représente de manière schématique une structure fibreuse selon un mode de réalisation en vue partielle et de face ;

[Fig. 5b] La figure 5b représente de manière schématique la structure fibreuse de la figure 5a selon une vue en coupe transversale ;

[Fig. 5c] La figure 5c représente de manière schématique la portion d’attache de la structure fibreuse des figures 5a et 5b selon une vue en coupe transversale ;

[Fig. 6] La figure 6 représente de manière schématique un insert selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 7a] La figure 7a représente de manière schématique un manchon selon un deuxième mode de réalisation de l’invention selon une vue en perspective ;

[Fig. 7b] La figure 7b représente de manière schématique le manchon de la figure 7a selon une vue de profil ;

[Fig. 7c] La figure 7c représente de manière schématique une aube de soufflante selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 8] La figure 8 représente de manière schématique un procédé de fabrication d’une aube selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 9a] La figure 9a représente l’aube obtenue selon le procédé de la figure 8 en vue de face ; et

[Fig. 9b] La figure 9b représente l’aube obtenue selon le procédé de la figure 8 en vue de profil. DESCRIPTION DETAILLEE D’UN EXEMPLE DE REALISATION

Sur la figure 1 , le moteur 1 représenté est un moteur de type « Open Rotor », en configuration couramment qualifiée de « pusher » (i.e. la soufflante est placée à l’arrière du générateur de puissance avec une entrée d’air située sur le côté, à droite sur la figure 1 ).

Le moteur comprend une nacelle 2 destinée à être fixée à un fuselage d’un aéronef, et une soufflante 3 non-carénée. La soufflante 3 comprend deux rotors de soufflante contrarotatifs 4 et 5. Autrement dit, lorsque le moteur 1 est en fonctionnement, les rotors 4 et 5 sont entraînés en rotation par rapport à la nacelle 2 autour d’un même axe de rotation X (qui coïncide avec un axe principal du moteur), en sens opposés.

Dans l’exemple illustré sur la figure 1 , le moteur 1 est un moteur de type « Open Rotor », en configuration « pusher », à rotors de soufflante contrarotatifs. Cependant, l’invention n’est pas limitée à cette configuration. L’invention s’applique également à des moteurs de type « Open Rotor », en configuration « puller » (i.e. la soufflante est placée en amont du générateur de puissance avec une entrée d’air située avant, entre ou juste derrière les deux rotors de soufflante).

En outre, l’invention s’applique également à des moteurs présentant des architectures différentes, telles qu’une architecture comprenant un rotor de soufflante comprenant des aubes mobiles et un stator de soufflante comprenant des aubes fixes, ou bien un unique rotor de soufflante.

L’invention est applicable à des architectures de type turbopropulseur (comprenant un unique rotor de soufflante).

Sur la figure 1 , chaque rotor de soufflante 4, 5 comprend un moyeu 6 monté rotatif par rapport à la nacelle 2 et une pluralité d’aubes 7 selon un mode de réalisation de l’invention, lesdites aubes étant fixées au moyeu 6. Les aubes 7 s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe de rotation X du moyeu.

Comme illustré sur la figure 2, la soufflante 3 comprend en outre un mécanisme d’actionnement 8 permettant de modifier collectivement l’angle de calage des aubes des rotors, afin d’adapter les performances du moteur aux différentes phases de vol. A cet effet, chaque aube 7 comprend un pied d’aube 9 et une pale à profil aérodynamique 12. Le pied d’aube 9 est monté rotatif par rapport au moyeu 6 autour d’un axe de calage Y. Plus précisément, le pied d’aube 9 est montée rotatif à l’intérieur d’un dispositif d’attache 10 ménagé dans le moyeu 6, par l’intermédiaires de billes 11 ou d’autres éléments roulants. La pale à profil aérodynamique 12 présente une première extrémité reliée au pied d’aube 9 et une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité. La partie de pale 12 à profil aérodynamique est destinée à s’étendre dans une veine d’air du moteur, lorsque le moteur est en fonctionnement, afin de générer une portance. En revanche, le pied d’aube 9 est destiné à s’étendre hors de la veine d’air.

Selon un premier mode de réalisation décrit en référence aux figures 3, 4a et 4b, l’aube 7 comporte un manchon 13 comportant une partie de fixation 14 configurée pour être reliée à un mécanisme de calage variable d’une turbomachine, notamment à l’intérieur du dispositif d’attache 10. Le manchon 13 comporte un évidement 17 délimité par une paroi interne 18 du manchon 13.

En référence aux figures 3, 5a et 5b, l’aube 7 comporte également une structure fibreuse 20 obtenue par tissage tridimensionnel. La structure fibreuse 20 comporte un pied de pale 22 comprenant une portion d’attache 23 configurée pour être insérée dans l’évidement 17 formé par la partie de fixation 14 du manchon 13.

La structure fibreuse 20 comporte également une pale 21 à profil aérodynamique raccordée au pied de pale 22.

L’aube 7 comporte également un insert 24 représenté sur la figure 6 et qui est configuré pour être inséré dans l’évidement 17 de la partie de fixation 14 du manchon et plaquer le pied de pale 22 contre la paroi interne 18 du manchon 13.

L’aube 7 est ainsi formée de peu d’éléments qui s’assemblent les uns avec les autres de manière à former une aube monobloc. La pale 21 et le pied de pale 22 étant formés par la même structure fibreuse 20, il n’y a pas de discontinuité entre la pale 21 et le pied de pale 22. Par ailleurs, le pied de pale 22 est coincé entre l’insert 24 et le manchon 13 et la structure fibreuse 20 est ainsi solidement assemblée avec le pied d’aube 9.

L’aube 7 peut ainsi résister à des efforts aérodynamiques important tout en ayant une masse limitée et peut ainsi être utilisée avec un mécanisme de calage variable et dans un environnement du type « Open Rotor ». Par ailleurs, les éléments formant l’aube 7 étant en nombre limité, l’aube 7 est rapide à fabriquer.

En référence à la figure 5a, le pied de pale 22 comporte en outre une jupe 25 qui s’étend autour de la portion d’attache 23. La jupe 25 est formée par la même structure fibreuse 20 que la pale 21 et la portion d’attache 23. Ainsi, la portion d’attache 23 d’une part, et la jupe 25, d’autre part, sont formées par le prolongement des torons formant la pale 21. Cette continuité entre la pale 21 et la portion d’attache 23, et entre la pale 21 et la jupe 25, permet à l’aube 7 de résister de façon optimisée aux efforts aérodynamiques qu’elle subit.

La structure fibreuse 20, et notamment la pale à profil aérodynamique 12, est propre à être placée dans un flux d’air lorsque le moteur est en fonctionnement afin de générer une portance.

Comme illustré sur la figure 5b, la structure fibreuse 20 comprend deux peaux 22’, qui sont raccordées l’une à l’autre et s’étendent globalement l’une en face de l’autre. Les peaux 22’ sont conformées de sorte à définir ensemble un intrados I, un extrados E, un bord d’attaque 15 et un bord de fuite 15’. De manière connue en soi, le bord d’attaque 15 est configuré pour s’étendre en regard de l'écoulement des gaz entrant dans la turbomachine. Il correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement extrados. Le bord de fuite 15’ quant à lui correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados.

Les peaux 22’ de la structure à profil aérodynamique sont réalisées dans un matériau composite comprenant la structure fibreuse 20 densifié par une matrice. Elles sont donc monolithiques et sont réalisées d’une seule pièce selon un mode de réalisation non limitatif.

La matrice comprend typiquement une matière organique (thermodurcissable, thermoplastique ou élastomère) ou une matrice en carbone. Par exemple, la matrice peut comprendre une matière plastique, typiquement un polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide. Les fibres de la structure fibreuse 20 comprennent au moins l’un des matériaux suivants : carbone, verre, aramide, polypropylène et/ou céramique. La matrice et les fibres des matériaux composites.

La portion d’attache 23 et la jupe 25 sont formées par des déliaisons dans le tissage tridimensionnel. De préférence, au moins une partie des torons formant la portion d’attache 23 et/ou la jupe 25 s’étendent depuis une extrémité libre 28 de la pale 12 jusqu’à une extrémité libre 23’ de la portion d’attache 23 et/ou une extrémité libre 25’ de la jupe 25.

De cette manière, la structure tridimensionnelle de la structure fibreuse 20 s’étend jusque dans le manchon 13 et optionnellement autour de ce dernier et cette continuité contribue à la résistance de l’aube aux efforts aérodynamiques qu’elle subit.

Concernant la formation de la portion d’attache 23 et comme illustré sur la figure 5c, chaque peau comporte une languette 60 (62) positionnée à l’opposé de l’extrémité libre 28, la languette 60 d’une peau étant destinée à être assemblée avec la languette 62 de l’autre peau pour former la portion d’attache 23 cylindrique. Les languettes 60 et 62 sont réalisées lors du tissage à plat. La préforme de la structure fibreuse 20 est divisée en deux dans l’épaisseur en réalisant des déliaisons. On obtient alors les languettes 60 et 62 plates indépendantes qui sont chacune reliées à une des peaux 22’ puisqu’il y a continuité des torons. Cette continuité des torons permet le transfert des charges mécaniques entre la pale 21 et le pied de pale 22.

Comme décrit plus en détails plus loin, les languettes plates 60 et 62 sont ensuite mises en forme en demi-cylindre pour former une portion d’attache 23 cylindrique.

Par ailleurs, chaque languette 60 (62) comporte un premier bord latéral 60a (62a) et un deuxième bord latéral 60b (62b) qui sont biseautés sur au moins une partie de leur longueur. Comme représenté sur la figure 5c, les deux languettes 60 et 62 sont assemblées en joignant deux à deux les bords biseautés de manière à former la portion d’attache 23 cylindrique et comportant une épaisseur relativement constante sur toute sa circonférence.

En référence aux figures 4c, 4b et 4c, la portion d’attache 23 comporte en outre une surépaisseur 23” qui provient d’un épaississement progressif de la structure fibreuse 20 formant ladite portion d’attache 23, au niveau de son extrémité libre 23’. Cette surépaisseur 23” est configurée pour s’insérer dans une portion en creux 18’ de la paroi interne 18. Ainsi, la portion 18’ élargit l’évidement 17 et le reste de la partie de la paroi 18 rétrécit l’évidement 17. De cette manière, lorsque l’insert est positionné dans l’évidement 17, toute translation de la portion d’attache 23 en éloignement de l’extrémité libre 23’ est empêchée par la partie de la paroi 18 qui rétrécit l’évidement 17 et forme une butée.

En effet, lorsque la soufflante est en rotation, l’aube 7 subit des efforts centrifuges orientés selon une direction radiale par rapport à l’axe de rotation de la soufflante, qui tendent à séparer la pale à profil aérodynamique 12 du manchon 13. La surépaisseur 23” contribue à empêcher la séparation de la pale 12 et du manchon 13. L’aube 7 peut également comprendre une ou deux cavités, de préférence deux cavités 26, permettant d’accueillir chacune une pièce de conformation 27. Les cavités 26 sont formées par des déliaisons dans le tissage. Chaque pièce de conformation 27 est formée en un matériau rigide et léger de manière à alléger la masse de la pale 12 tout en lui permettant de conserver sa forme aérodynamique.

Le matériau rigide formant la ou les pièce(s) de conformation est de préférence alvéolé, par exemple une mousse, et formé par exemple en polymethacrylimide (PMI) préalablement usiné. Alternativement, le matériau rigide alvéolé peut être un matériau en nid d’abeille d’aluminium préalablement étanchéifié.

La ou les pièce(s) de conformation 27 permet(tent) de donner l’épaisseur et la forme souhaitée à la pale à profil aérodynamique 12 de l’aube 7, tout en utilisant un matériau plus léger que d’autres éléments de la pale. Cependant, selon une variante de réalisation possible, les cavités peuvent rester vides et ne pas être remplies par des pièces de remplissage.

Selon ce premier mode de réalisation et en référence aux figures 3, 4a à 4d, la partie de fixation 1 présente une symétrie de révolution autour de l’axe Y. Par ailleurs, la partie de fixation 14 comporte une surface externe 30 présentant différents reliefs.

La partie de fixation 14 comporte à son extrémité par laquelle est insérée la portion d’attache 23 un premier flasque annulaire 29. Ce premier flasque annulaire 29 forme une butée contre laquelle une face d’extrémité 25’ de la jupe 25 du pied de pale 22 est configurée pour venir en appui.

La partie de fixation 14 comporte également un deuxième flasque annulaire 29’ à son extrémité libre opposée à l’extrémité par laquelle est insérée la structure fibreuse 20.

La partie de fixation 14 comporte également une première gorge circulaire 32 et une deuxième gorge circulaire 34 permettant de former un chemin de roulement sur au moins un roulement, par exemple un roulement à billes. La partie de fixation 14 permet ainsi au pied d’aube 9 d’être monté rotatif à l’intérieur du dispositif d’attache 10 ménagé dans le moyeu 6.

Le manchon 13 est de préférence métallique et monolithique.

Comme précédemment décrit, le manchon 13 comporte une paroi interne 18 qui délimite l’évidement 17. Dans ce premier mode de réalisation, l’évidement 17 forme un cylindre de diamètre constant et qui s’élargi à l’approche de l’extrémité libre du manchon 13 formant un bord intérieur biseauté. La paroi 18 comporte ainsi une portion en creux 18’ qui élargi l’évidement 17 dans une direction radiale. La surépaisseur 23” de la portion d’attache 23 vient alors s’insérer dans la portion en creux 18’ de manière à empêcher toute translation de la portion d’attache 23 en éloignement de l’extrémité libre 23’ lorsque l’insert 24 est positionné dans l’évidement 17. La partie de la paroi 18 qui possède un diamètre constant forme alors une butée pour la surépaisseur 23”.

L’extrémité libre du manchon forme une première ouverture 33 et le manchon 13 comprend en outre une deuxième ouverture 33’ opposée à la première ouverture 33. La paroi interne 18 du manchon 13 présente ainsi une longueur L allant de la première ouverture 33 à la deuxième ouverture 33’.

Selon une variante de réalisation possible, la portion en creux peut avoir une autre forme et peut être placée à une autre position le long de la paroi 18.

Par ailleurs, selon une autre variante de réalisation non représentée, la paroi 18 peut s’épaissir à son extrémité opposée à l’extrémité libre de manière à réduire le diamètre de l’évidement 17 et former une butée permettant de bloquer l’insert 24 et de coincer la portion d’attache 23 contre la paroi 18 de manière optimisée.

La figure 4d représente le manchon dans lequel sont insérés la portion d’attache 23 et l’insert 24, le manchon étant disposé dans le dispositif d’attache 10, les éléments roulants 11 étant disposés dans les gorges circulaires 32 et 34.

Dans ce mode de réalisation, la portion d’attache 23 est positionnée directement au contact de la paroi interne 18 du manchon 13, et ce, sur toute la longueur de la paroi interne 18. Cependant, selon une variante de réalisation possible, la portion d’attache peut être au contact de seulement 20 % de la longueur L, d’au moins 40 % de la longueur ou d’au moins 60% de la longueur.

En référence à la figure 6, l’insert 24 comporte un corps cylindrique 40 comportant une extrémité libre 41 et une extrémité de blocage 42 opposée à l’extrémité libre 41. L’extrémité de blocage 42 est, dans ce mode de réalisation, une extrémité arrondie. Selon la variante de réalisation dans laquelle le manchon 13 comporte une butée, l’extrémité de blocage 42 qui est arrondie permet à l’insert 24 de coincer la portion d’attache 23 contre la butée.

Selon d’autres modes de réalisation possibles, l’extrémité de blocage peut avoir une autre forme pouvant s’adapter à une butée pouvant également présenter une autre forme.

L’insert 24 est de préférence métallique.

Selon un deuxième mode de réalisation illustrée sur les figures 7a, 7b et 7c, le manchon 13 diffère du premier mode de réalisation en ce qu’il comporte une partie de liaison 16 qui prolonge le manchon 13 longitudinalement à partir du flaque annulaire 29. L’évidement 17 et la paroi interne 18 délimitant l’évidement 17 se prolongent alors à l’intérieur de la partie de liaison 16.

Selon ce mode de réalisation, la deuxième ouverture 33’ correspond à l’extrémité libre de la partie de liaison 16.

La partie de liaison 16 du manchon 13 comprend une première portion 37, raccordée à la partie de fixation 14, et une deuxième portion 38 raccordée à la première portion 37, la première portion 37 présentant une forme de révolution dont une section décroît de la partie de fixation 14 du manchon 13 en direction de la deuxième portion 38, la deuxième portion 38 présentant une section transversale réduite dans une direction de l’espace, notamment selon un axe perpendiculaire à l’axe X et à l’axe Y.

Autrement dit, selon une vue de profil de l’aube 7, la partie de liaison 16 du manchon 13 possède une section transversale qui se réduit en éloignement de la partie de fixation 14 et est ainsi aplatie selon une direction perpendiculaire aux axes X et Y. Cette réduction de la section transversale permet à la partie de liaison 16 de s’inscrire dans le profil aérodynamique de la structure fibreuse 20. L’évidement 17 possède ainsi également une réduction de section permettant de former une butée 36.

Lorsque le pied de pale 22 est positionné à l’intérieur du manchon 13, il s’étend alors contre au moins une partie de la portion principale 19 et à l’intérieur de la partie de liaison 16 et notamment contre la butée 36.

Cette butée 36 permet à l’insert 24 de venir plaquer le pied de pale 22 à l’intérieur du manchon 13, et notamment contre la paroi interne 18. Pour cela, l’insert 24 possède une forme complémentaire d’au moins une partie de la paroi interne 18, notamment de toute la portion intérieure de la partie de fixation 14 jusqu’à la butée 36.

La partie de liaison 16 du manchon 13, selon une vue de face de l’aube 7, comporte une section qui augmente en éloignement de la partie de fixation 14 et présente notamment une forme en queue d’aronde.

Cette forme est adaptée à la forme complémentaire de la jupe 25 qui peut ainsi recevoir la partie de liaison 16 du manchon 13 de sorte que la partie de liaison 16 du manchon 13 s’étende entre la portion d’attache 23 et la jupe 25 du pied de pale 22. La jupe 25 entoure ainsi la partie de liaison 16 de manière à être au contact de sa surface extérieure et la portion d’attache 23 est alors plaquée contre la surface intérieure de la partie de liaison 16. En complément, un joint de colle peut être ajouté en surface interne du manchon 13 pour améliorer la jonction mécanique avec le pied de pale 22

La jupe 25 constitue ainsi un élément supplémentaire pour assembler la structure fibreuse 20 au manchon 13.

La jupe 25 possède une forme complémentaire de la forme de la partie de liaison 16 du manchon 13. De préférence, la jupe 25 présente une forme de queue d’aronde, la partie la plus étroite étant située à l’extrémité libre de la jupe 25, qui est l’extrémité la plus proche de la partie de fixation 14.

Ainsi, l’assemblage entre la structure fibreuse 20 et le manchon 13 peut résister à la force centrifuge qui s’exerce sur la pale 21 lorsque l’aube 7 est en rotation.

En effet, lorsque la soufflante est en rotation, l’aube 7 subit des efforts centrifuges orientés selon une direction radiale par rapport à l’axe de rotation de la soufflante, qui tendent à séparer la pale à profil aérodynamique 12 du manchon 13. La portion d’attache 23 et la jupe 25 permettent, de par leur forme et la manière dont elles sont assemblées avec le manchon 13 et l’insert 24, d’empêcher la séparation de la pale 12 et du manchon 13. Le manchon 13 est de préférence métallique et monolithique. La partie de fixation 14 et la partie de liaison 16 sont ainsi indissociables et restent solidement alignées malgré les efforts aérodynamiques exercées sur l’aube 7.

Selon le deuxième mode de réalisation, le corps cylindrique 40 épouse étroitement la portion principale 19 et l’extrémité de blocage 42 épouse étroitement la butée 36, ce qui signifie que lorsque le pied de pale 22 est positionné dans l’évidement 17 et que l’insert est également positionné dans l’évidement 17, le pied de pale 22 est au contact de la portion principale 19, de la butée 36 et d’au moins une partie du corps cylindrique 40 et de l’extrémité de blocage 42.

Selon une variante préférée de ce deuxième mode de réalisation, le manchon 13 possède également une portion en creux 18’ décrite pour le premier mode de réalisation et permettant d’accueillir une surépaisseur 23’ de la structure fibreuse 20.

Selon une autre variante du deuxième mode de réalisation, la partie de liaison peut être plus courte et par exemple ne comporter que la première portion 37 cylindrique.

Procédé de fabrication de l’aube

En référence à la figure 8, un procédé de fabrication 50 d’une aube 7 comporte une étape 51 consistant à réaliser la structure fibreuse 20 comportant la portion d’attache 23 par tissage tridimensionnel, la portion d’attache 23 étant réalisée en formant des déliaisons dans le tissage.

De préférence, cette étape comporte également la fabrication de la jupe 25 dans la structure fibreuse 20 en réalisant également des déliaisons dans le tissage.

Par ailleurs, le tissage est réalisé de sorte à former les deux cavités 26 dans lesquelles sont insérées des pièces de conformation 27.

Le procédé 50 comporte ensuite l’étape 52 consistant à insérer la portion d’attache 23 dans l’évidement 17 du manchon 13 et de positionner ladite portion d’attache 23 contre la paroi interne 18.

Dans une étape 53, l’insert 24 est positionné dans l’évidement 17 de manière à bloquer la portion d’attache 23 contre la paroi interne 18. De préférence, le corps cylindrique 40 bloque une partie de la portion d’attache 23 contre la portion principale 19 et l’extrémité de blocage 42 bloque une autre partie de la portion d’attache 23 contre la butée 36.

De préférence, le procédé 50 comporte en outre une étape 54 consistant à positionner la jupe 25 du pied de pale 22 sur la partie de liaison 16 de sorte que la jupe 25 soit plaquée contre la partie de liaison 16. Une fois la structure fibreuse 20, le manchon 13 et l’insert 24 assemblés, l’aube 7 ainsi formée est insérée dans un moule pour obtenir une préforme à profil aérodynamique. Dans une étape 55, une résine liquide est alors injectée dans le moule selon le procédé RTM pour obtenir l’aube monobloc 7 représentée sur les figures 9a et 9b. La résine peut être notamment une résine époxy, une résine thermoplastique ou une résine polybismaléimide (BMI).

Lors de l’injection de la résine, cette dernière imprègne toute la structure fibreuse 20 et s’insère ainsi notamment entre l’insert 24 et la paroi 18 et autour de la partie de liaison 16. La résine permet ainsi de maintenir les différents éléments assemblés, à savoir la structure fibreuse 20, le manchon 13 et l’insert 24, en un seul bloc.

De préférence, la réalisation 51 de la structure fibreuse 20 comporte la réalisation d’une première languette 60 et d’une deuxième languette 62, la première et la deuxième languettes 60 et 62 comportant chacune deux bords latéraux biseautés 60a, b et 62a, b sur au moins une partie de leur longueur. Les bords latéraux biseautés sont destinés à former ensemble la portion d’attache 23. Lors de l'insertion 55 de la structure fibreuse 20 dans le moule, la première et la deuxième languettes 60 et 62 sont assemblées en joignant deux à deux les bords latéraux biseautés 60a et 60b de la première languette 60 avec les bords latéraux biseautés 62a et 62b de la deuxième languette 62 de manière à former une portion d’attache 23 cylindrique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Aube (7) pour une turbomachine comprenant :

- un manchon (13), comprenant une partie de fixation (14) configurée pour être reliée à un mécanisme de calage variable d’une turbomachine, un évidement (17) traversant étant formé dans la partie de fixation (14) du manchon (13), l’évidement (17) étant délimité par une paroi interne (18) du manchon (13) présentant une longueur L ;

- une structure fibreuse (20) obtenue par tissage tridimensionnel de torons, la structure fibreuse (20) comprenant :

- un pied de pale (22) comprenant une portion d’attache (23) configurée pour être insérée dans l’évidement (17) de la partie de fixation (14) du manchon (13),

- une pale à profil aérodynamique (12) raccordée au pied de pale (22) ;

- un insert (24), configuré pour être inséré dans l’évidement (17) de la partie de fixation (14) du manchon (13) et plaquer le pied de pale (22) contre la paroi interne (18) du manchon (13), de sorte que la portion d’attache (23) soit positionnée directement au contact de la paroi interne du manchon (13), et ce, sur au moins 20% de la longueur L de la paroi interne (18) du manchon (13).

2. Aube selon la revendication 1 , dans laquelle le pied de pale (22) comprend en outre une jupe (25) s’étendant autour de la portion d’attache (23) du manchon (13) et la partie de fixation (14) comprend en outre un flasque annulaire (29), et dans laquelle une face d’extrémité (25’) de la jupe (25) du pied de pale (22) est configurée pour venir en appui contre le flasque (29).

3. Aube selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la paroi interne du manchon comporte une portion en creux entraînant un élargissement de l’évidement (17) dans une direction radiale et dans laquelle la portion d’attache (23) comporte une surépaisseur (23”) configurée pour se loger dans la portion en creux.

4. Aube selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le manchon (13) comporte en outre une partie de liaison (16) monobloc avec la partie de fixation (14) et dans laquelle se prolonge l’évidement (17), le pied de pale étant configuré pour être inséré dans la partie de liaison (16).

5. Aube selon la revendication 4 lorsqu’elle dépend de la revendication 2, dans laquelle la partie de liaison (16) du manchon (13) s’étend entre la portion d’attache (23) et la jupe (25) du pied de pale (22).

6. Aube selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le manchon (13) comprend en outre une butée (36) s’étendant depuis la paroi interne (18), l’insert (24) étant configuré pour plaquer le pied de pale (22) contre la butée (36).

7. Aube selon la revendication 6 lorsqu’elle dépend des revendications 4 ou 5, dans laquelle la butée (36) est formée par une réduction de section de l’évidement (17) dans la partie de liaison (16) du manchon (13).

8. Aube selon l’une des revendications 4 à 7, dans laquelle une section transversale de la partie de liaison (16) du manchon (13) est aplatie dans une direction.

9. Aube selon l’une des revendications 4 à 8, dans laquelle la partie de fixation (14) du manchon (13) présente une forme de révolution et la partie de liaison (16) du manchon (13) comprend une première portion (37), raccordée à la partie de fixation (14), et une deuxième portion (38) raccordée à la première portion (37), la première portion (37) présentant une forme de révolution dont une section décroît de la partie de fixation (14) du manchon (13) en direction de la deuxième portion (38), la deuxième portion (38) présentant une section transversale réduite dans une direction de l’espace.

10. Aube selon l’une des revendications 1 à 9, dans laquelle la partie de fixation (14) du manchon (13) présente une surface externe (30) ayant une forme de révolution dans laquelle est formée au moins une gorge circulaire (32, 34) propre à former un chemin de roulement pour au moins un roulement.

11 . Aube selon l’une des revendications 1 à 10, dans laquelle le manchon (13) est métallique.

12. Procédé de fabrication d’une aube selon l’une des revendications 1 à 11 , comprenant les étapes suivantes :

- réaliser (51 ) la structure fibreuse (20) comportant la portion d’attache (23) par tissage tridimensionnel,

- insérer (52) la portion d’attache (23) dans l’évidement (17) du manchon (13) et contre la paroi interne (18),

- positionner (53) l’insert (24) dans l’évidement (17) de manière à bloquer la portion d’attache (23) contre la paroi interne (18), et

- insérer (55) la structure fibreuse (20), le manchon (13) et l’insert (24) dans un moule pour obtenir une préforme à profil aérodynamique.

13. Procédé selon la revendication 12, comportant en outre une étape (55) consistant à injecter une résine dans le moule, après insertion de la structure fibreuse (20), le manchon (13) et l’insert (24) dans ledit moule, pour obtenir l’aube (7) selon l’une des revendications 1 à 11 , ladite aube étant monobloc.

14. Procédé de fabrication selon la revendication 12 ou 13 lorsqu’elles dépendent de la revendication 4, comportant en outre une étape (54) consistant à positionner la jupe (25) du pied de pale (22) sur la partie de liaison (16) avant d’insérer la structure fibreuse (20), le manchon (13) et l’insert (24).

15. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la réalisation (51 ) de la structure fibreuse (20) comporte la réalisation d’une première languette et d’une deuxième languette, la première et la deuxième languettes comportant chacune deux bords latéraux biseautés sur au moins une partie de leur longueur et étant destinées à former ensemble la portion d’attache (23), et dans lequel, lors de l'insertion (55) de la structure fibreuse (20) dans le moule, la première et la deuxième languettes sont assemblées en joignant deux à deux les bords latéraux biseautés de la première languette avec les bords latéraux biseautés de la deuxième languette de manière à former une portion d’attache (23) cylindrique.