FR2947910A1 - Procede de mise au point et d'etalonnage d'un outil de controle non destructif de pieces d'une turbomachine - Google Patents

Abstract

Procédé de mise au point d'un outil de contrôle non destructif de pièces d'un moteur de turbomachine, comprenant les étapes (10, 12) consistant à : a) réaliser (18) par prototypage des pièces du moteur à partir d'un modèle numérique du moteur (14), puis assembler (20) ces pièces pour la réalisation d'une maquette tridimensionnelle à l'échelle, et b) vérifier (50) la possibilité du passage de l'outil de contrôle à travers des orifices d'accès de la maquette jusqu'à ce qu'une extrémité distale de cet outil soit située au voisinage d'une pièce à contrôler, et valider (56) l'outil ou modifier (58) sa configuration ou celle des orifices d'accès en fonction des résultats de cette vérification.

Description

PROCEDE DE MISE AU POINT ET D'ETALONNAGE D'UN OUTIL DE CONTROLE NON DESTRUCTIF DE PIECES D'UNE TURBOMACHINE

La présente invention concerne un procédé de mise au point et d'étalonnage d'un outil de contrôle non destructif de pièces d'un moteur, en particulier de turbomachine, ainsi qu'une maquette tridimensionnelle à l'échelle pour l'exécution de ce procédé. Le contrôle non destructif (CND) de pièces d'un moteur permet de vérifier l'état de ces pièces sans les dégrader. Des techniques de contrôle non destructif sont notamment le ressuage, la magnétoscopie, la détection par courants de Foucault ou par ultrasons, etc. Dans le cas d'un moteur de turbomachine, il est préférable que ce contrôle ait lieu directement sur le moteur monté sous l'aile d'un avion pour éviter la dépose du moteur et son démontage au moins partiel pour avoir accès aux pièces à contrôler. Le contrôle des pièces in situ permet en effet de limiter la durée d'immobilisation de l'avion, et est plus économique. Il existe donc un besoin d'outils bien adaptés au contrôle non destructif in situ des pièces d'un moteur de turbomachine d'un type donné. Les pièces à contrôler d'un moteur de turbomachine sont souvent situées dans des zones difficilement accessibles par des outils de contrôle traditionnels. II faut tester ces outils en condition réelle, c'est-à-dire sur un moteur opérationnel, pour mettre au point ces outils, en fonction notamment de l'environnement spécifique aux pièces à contrôler, ainsi que pour les étalonner.

Dans la technique actuelle, il est possible de simuler sur un modèle numérique du moteur le passage d'un outil de contrôle à travers des orifices et/ou des passages d'accès du moteur, jusqu'à ce qu'une extrémité distale de cet outil soit située au niveau d'une pièce à contrôler. Cependant, cette solution ne permet pas de prendre en compte tous les problèmes liés à l'environnement des pièces du moteur, si bien qu'il est nécessaire de répéter ce test sur un moteur opérationnel pour valider l'outil.

La découverte de problèmes ou de difficultés non constatés auparavant génère des retards dans la mise au point de cet outil et peut même entraîner l'abandon de certains types de contrôle de la pièce considérée. Une solution à ce problème serait de fabriquer une partie d'un moteur opérationnel dédiée à la mise au point des outils de contrôle des pièces de cette partie de moteur. Cependant, les pièces réelles nécessaires ne sont pas toujours disponibles et le coût d'une telle réalisation serait prohibitif. Il serait également envisageable de réaliser cette partie de moteur avec des pièces rebutées pour réduire le coût de fabrication. Cependant, cela obligerait à réaliser cette partie de moteur seulement après la conception et la construction des moteurs, et donc à tester et mettre au point les outils de contrôle après la construction de ces moteurs, ce qui présente beaucoup d'inconvénients. Il est au contraire souhaitable que la mise au point des outils de contrôle ait lieu parallèlement à la conception et à la construction des premiers moteurs destinés à être commercialisés, de façon à ce que les contrôles non destructifs des pièces de ces moteurs puissent être définis et proposés aux acquéreurs des moteurs avec une garantie de bonne exécution.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. Elle propose à cet effet un procédé de mise au point d'un outil de contrôle non destructif de pièces d'un moteur, en particulier de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) réaliser par prototypage des pièces et/ou des ensembles de pièces d'une partie du moteur à partir d'un modèle numérique de cette partie du moteur, puis assembler ces pièces et/ou ensembles de pièces pour la réalisation d'une maquette tridimensionnelle à l'échelle, et b) vérifier la possibilité du passage de l'outil de contrôle à travers des orifices et/ou des passages d'accès de la maquette jusqu'à ce qu'une extrémité distale de cet outil soit située au voisinage d'une pièce à contrôler, et valider l'outil ou modifier sa configuration ou celle des orifices d'accès en fonction des résultats de cette vérification. Le procédé selon l'invention comprend essentiellement deux étapes : une première étape a) dans laquelle une maquette en trois dimensions (3D) et à l'échelle d'une partie du moteur est réalisée par l'assemblage de pièces et/ou ensembles de pièces réalisés par prototypage à partir d'un modèle numérique de cette partie du moteur, tel que les fichiers CAO (conception assistée par ordinateur) de ce moteur, puis une seconde étape dans laquelle on vérifie que l'outil de contrôle peut passer à travers des orifices et/ou des passages d'accès de la maquette jusqu'à ce que son extrémité distale soit située au voisinage de la pièce à contrôler. Dans le cas où les résultats de cette vérification sont positifs, l'outil de contrôle est validé. Dans le cas contraire, la configuration de l'outil de contrôle et/ou des orifices et passages d'accès de la maquette peut être modifiée de façon à faciliter l'insertion de l'outil de contrôle dans la maquette jusqu'à la pièce à contrôler. La maquette selon l'invention est fidèle à l'environnement moteur et est réalisée par prototypage, ce qui est plus économique que la fabrication d'une partie de moteur dédiée à la mise au point des outils de contrôle non destructif. Cette maquette peut être réalisée avant la fabrication du moteur et dans un délai relativement court. Cette maquette est non opérationnelle, au contraire d'une partie de moteur dédiée à la mise au point d'un outil de contrôle, telle que celle utilisée dans la technique antérieure.

Les pièces de la maquette sont au moins pour certaines pourvues d'orifices de passage de l'outil de contrôle, et/ou définissent entre elles des espaces pour le passage de cet outil. Les pièces et/ou les ensembles de pièces de la maquette sont avantageusement assemblés entre eux de façon amovible.

Ces pièces ou ensembles de pièces sont réalisés par une technique de prototypage telle que la stéréolithographie ou le frittage laser, et sont donc réalisées en matière plastique ou en métal. Préférentiellement, le procédé comprend, à l'étape a), une étape consistant à réaliser des pièces ou des ensembles de pièces coupés selon des plans passant par l'axe du moteur et/ou des orifices d'accès, l'étape b) étant réalisée sur ces pièces ou ensembles de pièces coupés pour la visualisation du passage de l'outil. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend, à l'étape a), une étape consistant à prendre en compte les tolérances dimensionnelles et/ou les jeux du modèle numérique de la partie du moteur, de façon à réaliser une maquette tridimensionnelle ayant la configuration la plus défavorable pour le passage de l'outil de contrôle. Ceci permet de réaliser une maquette à partir des configurations des pièces les plus pénalisantes, c'est-à-dire en prenant en compte les tolérances dimensionnelles et les jeux de montage des pièces les plus défavorables réduisant les espaces de passage de l'outil de contrôle. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend, à l'étape b), des étapes consistant à monter au moins une pièce réelle dans la maquette, à passer l'outil à travers des orifices et/ou des passages de la maquette jusqu'à ce que l'extrémité distale de cet outil soit située au voisinage de la pièce réelle, puis à étalonner cet outil in situ sur la pièce réelle. Cette pièce réelle comprend avantageusement un ou des défauts étalons. Le procédé selon l'invention permet dans ce cas de mettre au point et d'étalonner l'outil de contrôle non destructif. La présente invention concerne également une maquette tridimensionnelle à l'échelle d'une partie d'un moteur, en particulier de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est formée d'une pluralité de pièces et/ou ensembles de pièces non opérationnelles dont au moins certains sont amovibles et remplaçables par des pièces réelles ou des pièces étalons.

Cette maquette comprend avantageusement des pièces ou des ensembles de pièces non opérationnelles coupées selon des plans passant par l'axe du moteur et/ou par des orifices d'accès. Au moins certaines des pièces et/ou certains des ensembles de pièces de la maquette peuvent être réalisés dans un matériau transparent ou semi-transparent, pour mieux visualiser l'outil de contrôle lors de son insertion dans la maquette. L'invention concerne encore l'utilisation de la maquette tridimensionnelle telle que décrite ci-dessus pour l'exécution du procédé selon l'invention. L'invention concerne enfin l'utilisation de la maquette tridimensionnelle telle que décrite ci-dessus pour l'entraînement d'opérateurs au montage et au démontage de la partie du moteur. La maquette selon l'invention permet en effet à des opérateurs de s'entraîner au montage et au démontage des pièces du moteur sans risque de dégradation de pièces réelles, et préalablement à ou en parallèle de l'étape de construction du moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un organigramme représentant les différentes étapes du procédé selon l'invention de mise au point d'un outil de contrôle non destructif de pièces d'un moteur ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un moteur de turbomachine, dans un format CAO ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une maquette tridimensionnelle de la partie du moteur de la figure 2, et - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en perspective de la maquette de la figure 3 et représentent des étapes du procédé selon l'invention de vérification et d'étalonnage d'un outil de contrôle, respectivement. La figure 1 est un organigramme illustrant les différentes étapes du procédé selon l'invention de mise au point et d'étalonnage d'un outil de contrôle non destructif de pièces d'un moteur, en particulier de turbomachine. Ce procédé comprend essentiellement deux étapes 10, 12 : une première étape 10 dans laquelle une maquette tridimensionnelle non opérationnelle et à l'échelle d'une partie du moteur est réalisée par assemblage de pièces et/ou ensembles de pièces fabriquées par prototypage à partir d'un modèle numérique du moteur, puis une seconde étape 12 dans laquelle un outil de contrôle est introduit dans la maquette à travers des orifices et/ou des passages d'accès de celle-ci en vue de le valider ou de le modifier, puis de l'étalonner.

La première étape 10 représentée par les sous-étapes 14, 16, 18 et 20 consiste dans un premier temps à établir (lors de la sous-étape 14) un modèle numérique en trois dimensions (3D) de la partie du moteur ou des pièces et/ou ensembles de pièces de cette partie du moteur. Ce modèle numérique comprend les fichiers CAO de la partie précitée du moteur et permet d'avoir une représentation tridimensionnelle de la partie du moteur, comme cela est représenté en figure 2. Dans l'exemple de la figure 2, cette partie du moteur est un étage de turbine basse-pression comportant un disque 24 portant une rangée annulaire d'aubes 26 tournant à l'intérieur d'un carter 28 sensiblement cylindrique, et une rangée annulaire d'aubes de stator 30, situées en aval du disque 24 et portées à leurs extrémités radialement externes par le carter 28. Le disque 24 est relié par une paroi cylindrique 32 à un autre disque 34 situé en aval des aubes de stator 30. Cette paroi cylindrique 32 porte des léchettes annulaires externes 36 coopérant avec des blocs 38 de matière abradable fixés à la périphérie interne des aubes de stator 30, de façon à former un joint d'étanchéité du type à labyrinthe. Le carter 28 comprend plusieurs parois cylindriques s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et comprenant des orifices 40 de passage de l'outil de contrôle qui est schématiquement représenté par les traits pointillés 46. Dans le cas où les léchettes 36 du joint d'étanchéité doivent être contrôlées par cet outil 46, ce dernier qui a en général une forme allongée est manipulé depuis son extrémité proximale pour passer à travers certains des orifices 40 des parois du carter 28, à travers l'espace annulaire 42 s'étendant axialement entre les bords de fuite des aubes de stator 30 et les bords d'attaque des aubes mobiles portées par le disque 34, puis à travers l'espace annulaire 44 s'étendant axialement entre le bord aval de la plate-forme interne des aubes de stator 30 et le bord amont de ce disque 34, jusqu'à ce que son extrémité distale soit située au niveau des léchettes 36 du joint d'étanchéité. Les fichiers CAO de la partie du moteur comprennent les tolérances dimensionnelles et les jeux entre les différentes pièces de cette partie du moteur. Une sous-étape 16 facultative du procédé selon l'invention peut consister à prendre en compte ces tolérances dimensionnelles et ces jeux de façon à réaliser une maquette représentant la configuration la plus défavorable pour le passage de l'outil de contrôle. A titre d'exemple, les orifices 40 de diamètre D peuvent avoir un diamètre de 0,95D dans la maquette. L'espace annulaire 44 entre le bord aval de la plate-forme interne des aubes de stator 30 et le bord amont du disque 34, qui a une dimension axiale L, peut avoir une dimension axiale de 0,9L dans la maquette. L'étape 10 du procédé consiste ensuite (dans une sous-étape 18) à réaliser la pièce et/ou les ensembles de pièces de cette partie du moteur par prototypage. Toute technique de prototypage peut être utilisée, telle que la stéréolithographie permettant d'obtenir des pièces et/ou ensembles de pièces en matière plastique et donc légères, par frittage laser permettant d'obtenir des pièces et/ou ensembles de pièces en métal à partir d'une poudre métallique chauffée par l'énergie d'un laser, etc. La première étape 10 du procédé comprend ensuite une sous- étape 20 qui consiste à assembler les pièces et/ou ensembles de pièces pour la construction de la maquette tridimensionnelle. Dans l'exemple de la figure 3, une maquette en 3D de la partie de turbine basse-pression représentée en figure 2 a été réalisée. Les différentes pièces et/ou ensemble de pièces de cette maquette sont avantageusement fixés les uns aux autres de manière amovible. C'est par exemple le cas des aubes de stator 30' qui sont formées d'une seule pièce avec les blocs de matière abradable 38' mais qui sont accrochées de manière amovible sur le carter 28'. Les aubes de rotor 26' sont également montées de manière amovible sur les disques 24', 34' qui sont ici partiellement reconstitués et formés d'une seule pièce avec la paroi 32' et les léchettes 36'. Dans le cas où la partie du moteur considérée est un tronçon ou une tranche de forme annulaire dont l'axe correspond à l'axe longitudinal du moteur, il est possible de réaliser une maquette correspondant à un secteur annulaire seulement de cette tranche. Pour cela, le procédé consiste à réaliser des pièces ou ensembles de pièces coupées selon des plans passant par l'axe du moteur et/ou les orifices d'accès. Le fait de réaliser qu'un secteur annulaire de la partie du moteur permet de mieux visualiser les différentes pièces de cette maquette ainsi que le parcours de l'outil de contrôle 46' pour accéder aux pièces à contrôler (en l'espèce les léchettes 36'). Les plans de coupe de la figure 32 passent par l'axe longitudinal du moteur et par les orifices 40' de passage de l'outil 46'. La seconde étape 12 du procédé selon l'invention consiste pour l'essentiel à vérifier la possibilité de passage de l'outil de contrôle 46' dans la maquette et de le valider ou de le modifier en fonction des résultats de cette vérification, puis de l'étalonner. Cette seconde étape comprend cinq sous-étapes 50, 52, 54, 56 et 58 qui sont détaillées dans ce qui suit.

Dans un premier temps (sous-étape 50), l'outil 46' est introduit dans la maquette à travers les orifices 40' du carter 28' (figure 4). Pour cela, l'outil 46' est manipulé depuis son extrémité proximale de façon à ce que son extrémité distale soit située au niveau des pièces à contrôler, qui sont ici les léchettes 36'.

Dans le cas où l'outil 46' est équipé à son extrémité distale d'une sonde de mesure par contact, du type sonde à courants de Foucault, l'extrémité distale doit pouvoir venir en appui sur les léchettes 36' ou sur une zone proche de celle-ci. Si l'extrémité distale de l'outil parvient sans problème au voisinage des léchettes 36', la configuration de cet outil peut être validée lors d'une sous-étape 56, et cet outil peut alors être étalonné. Si ce n'est pas le cas, une sous-étape 58 consiste à modifier la forme et/ou les dimensions de l'outil et/ou des dimensions ou position des orifices d'accès de la maquette, pour faciliter le passage de l'outil jusqu'aux léchettes 36', puis la sous-étape 50 est répétée. L'étalonnage de l'outil 46' (sous-étape 54) est précédé d'une sous-étape 52 dans laquelle au moins une pièce réelle ou une pièce étalon est montée dans la maquette à la place de la pièce et/ou de l'ensemble de pièces correspondante.

Dans l'exemple de la figure 5, l'ensemble formé par les aubes de stator 30', leur plate-forme portant les blocs 38' de matière abradable et leurs moyens d'accrochage sur le carter 28', est remplacé par des pièces similaires réelles 30", 38" comportant des défauts étalons. Ces pièces réelles s'adaptent parfaitement à la maquette du fait de la réalisation fidèle et à l'échelle de la maquette.

L'outil 46' est introduit dans la maquette lors de la sous-étape 54, comme indiqué précédemment, pour détecter les défauts étalons des pièces réelles 30", 38". Dans le cas où ces défauts étalons sont détectés sans problème, l'outil peut être validé lors de la sous-étape 56. Dans le cas contraire, il peut être nécessaire de modifier sa forme et/ou ses dimensions, voire celles des orifices d'accès 40' de la maquette, lors de la sous-étape 58, puis la sous-étape 50 ou 54 est répétée. Le procédé selon l'invention permet de tester et/ou d'étalonner tout type d'outil de contrôle non destructif, tel que par magnétoscopie, ressuage, ultrasons, courants de Foucault, etc.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de mise au point d'un outil (46') de contrôle non destructif de pièces d'un moteur, en particulier de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes (10, 12) consistant à : a) réaliser par prototypage des pièces et/ou des ensembles de pièces d'une partie du moteur à partir d'un modèle numérique de cette partie du moteur (14, 18), puis assembler ces pièces et/ou ensembles de pièces pour la réalisation d'une maquette tridimensionnelle à l'échelle (20), et b) vérifier (50) la possibilité du passage de l'outil de contrôle à travers des orifices (40') et/ou des passages d'accès de la maquette jusqu'à ce qu'une extrémité distale de cet outil soit située au voisinage d'une pièce (36') à contrôler, et valider (56) l'outil ou modifier (58) sa configuration ou celle des orifices d'accès en fonction des résultats de cette vérification.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces et/ou ensembles de pièces sont réalisés en matériau plastique par stéréolithographie ou en métal par frittage laser.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'étape a), une étape consistant à réaliser des pièces ou des ensembles de pièces coupés selon des plans passant par l'axe du moteur et/ou des orifices d'accès, l'étape b) étant réalisée sur ces pièces ou ensembles de pièces coupés pour la visualisation du passage de l'outil.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'étape a), une étape (16) consistant à prendre en compte les tolérances dimensionnelles et/ou les jeux du modèle numérique de la partie du moteur, de façon à réaliser une maquette tridimensionnelle ayant la configuration la plus défavorable pour le passage de l'outil de contrôle.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'étape b), des étapes (52, 54) consistant à monter aumoins une pièce réelle dans la maquette, à passer l'outil de contrôle à travers les orifices et/ou passages d'accès de la maquette jusqu'à ce que l'extrémité distale de cet outil soit située au voisinage de la pièce réelle, puis à étalonner cet outil in situ sur la pièce réelle.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce réelle comprend un ou des défauts étalons.
7. 7. Maquette tridimensionnelle à l'échelle d'une partie d'un moteur, en particulier de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est formée d'une pluralité de pièces et/ou ensembles de pièces non opérationnelles dont au moins certains sont amovibles et remplaçables par des pièces réelles ou des pièces étalons.
8. 8. Maquette selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des pièces ou des ensembles de pièces non opérationnelles coupées selon des plans passant par l'axe du moteur et/ou par des orifices d'accès.
9. 9. Maquette selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'au moins certaines des pièces et/ou certains des ensembles de pièces sont réalisés dans un matériau transparent ou semi-transparent.
10. 10. Utilisation de la maquette tridimensionnelle selon l'une des revendications 7 à 9 pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.
11. 11. Utilisation de la maquette tridimensionnelle selon l'une des revendications 7 à 9 pour l'entraînement d'opérateurs au montage et au démontage de la partie du moteur.25