FR2964426A1 - Movable fin for turbo machine e.g. turbojet engine, of aircraft, has blade formed of wires or filaments connected together by binder, and vibration damping device arranged at interior of winglet and including viscoelastic material element - Google Patents

Movable fin for turbo machine e.g. turbojet engine, of aircraft, has blade formed of wires or filaments connected together by binder, and vibration damping device arranged at interior of winglet and including viscoelastic material element Download PDF

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Abstract

The fin has a blade (116) formed of wires or filaments connected together by a binder. The blade defines a leading edge (116c) and a trailing edge (116d) between an extrados wall and an intrados wall. The blade includes a top (116b) provided at a blade end opposed to a bottom part. The blade top is provided with a winglet (116a) or vane, where the winglet includes a vibration damping device (20). The vibration damping device is arranged at an interior of the winglet, and includes a viscoelastic material element.

Description

L'invention concerne les aubes mobiles en matériau composite, comprenant un pied et une pale formée de fils ou de filaments, liés entre eux par un liant, ladite pale définissant un bord d'attaque et un bord de fuite entre lesquels s'étendent une paroi d'extrados et une paroi d'intrados, et à son extrémité opposée audit pied, un sommet. Dans de tels matériaux composites : - les fils ou filaments (de tels filaments pouvant être constitués de fibres ou analogues), sont réalisés dans différents matériaux possibles, y compris la fibre de verre, la fibre de carbone, mais également des fibres métalliques ou céramiques, ou encore un mélange parmi ces matériaux, et - le liant est de préférence de la résine, et en particulier de la résine thermodurcissable mais on envisage également d'utiliser d'autres types de liant ou de matrice comme des matrices céramiques, et ce pour former des CMC pour composite à matrice céramique. The invention relates to blades made of composite material, comprising a foot and a blade formed of threads or filaments, bonded together by a binder, said blade defining a leading edge and a trailing edge between which extend a extrados wall and an intrados wall, and at its end opposite said foot, a vertex. In such composite materials: - the son or filaments (such filaments may be made of fibers or the like), are made of different possible materials, including fiberglass, carbon fiber, but also metal or ceramic fibers or a mixture of these materials, and - the binder is preferably resin, and in particular thermosetting resin but it is also envisaged to use other types of binder or matrix such as ceramic matrices, and to form CMCs for ceramic matrix composite.

Sur les moteurs turbopropulseur à hélices ou sur les moteurs à hélices rapides contrarotatives (encore appelés « open-rotor »), l'extrémité des pales ou aubes de l'hélice est le siège de phénomènes aérodynamiques non stationnaires, notamment la présence d'un vortex qui a pour inconvénient de dissiper de l'énergie (et donc détériorer le rendement de l'hélice), et de provoquer des nuisances acoustiques, surtout s'il est placé en amont d'une deuxième hélice formant un second étage comme dans les moteurs de type open-rotor. En effet, en présence d'un second étage, la performance aérodynamique de ce second étage est dégradée à l'emplacement du vortex libéré par le premier étage car le flux incident est non stationnaire et tourbillonnaire. Pour se prémunir de l'influence de ce vortex sur le second étage d'hélices, on réduit sa hauteur de manière à ce que le vortex passe au dessus du sommet de la seconde hélice. Cependant, du fait de cette réduction de hauteur, on est obligé d'augmenter la charge aérodynamique sur la partie de l'aubage restant, mais on se retrouve alors souvent limité par les critères de conception aérodynamique liés à cette charge (décollements, flottement, tolérance aux écarts de calage...). Pour les moteurs à hélices rapides contra-rotatives, une autre solution existante à la présence du vortex (qui dégrade performance et acoustique sur l'étage aval) est d'augmenter la distance entre les deux On turboprop engines with propellers or with counter-rotating propellers (also called "open-rotor" propellers), the end of the blades or blades of the propeller is the seat of non-stationary aerodynamic phenomena, in particular the presence of a vortex which has the disadvantage of dissipating energy (and therefore deteriorate the efficiency of the propeller), and cause noise pollution, especially if it is placed upstream of a second propeller forming a second stage as in the open-rotor motors. Indeed, in the presence of a second stage, the aerodynamic performance of this second stage is degraded at the location of the vortex released by the first stage because the incident flux is non-stationary and swirling. To guard against the influence of this vortex on the second stage of propellers, it reduces its height so that the vortex passes above the top of the second helix. However, because of this reduction in height, it is necessary to increase the aerodynamic load on the remaining portion of the blade, but then we are often limited by the aerodynamic design criteria related to this load (detachments, floating, tolerance to calibration gaps ...). For counter-rotating propeller-driven engines, another existing solution to the presence of the vortex (which degrades performance and acoustics on the downstream stage) is to increase the distance between the two.

étages d'hélices, ce qui pose également un problème car cela augmente la longueur du moteur (donc sa masse) et cela augmente également le porte-à-faux du module hélices vis-à-vis de la suspension. Actuellement les conceptions d'hélices sans « winglets » ne sont donc pas optimales en termes de performances aérodynamique car la présence du vortex induit des contraintes sur le profil aérodynamique. On comprend alors que si on parvient à réduire la taille de ce vortex, on peut aboutir à une conception aérodynamique plus optimale. Il a déjà été proposé de réduire le vortex qui se forme en sommet d'aube par l'ajout, en sommet d'aube, de dispositifs appelés « winglets » (par analogie avec les winglets positionnés en extrémités des ailes d'avions pour réduire les vortex qui s'y développent). Le document US 5 190 441 propose une telle disposition. La conception mécanique de ces winglets est cependant difficile car du fait de leur position en extrémité de l'aubage en rotation ils sont soumis à des charges centrifuges élevées. Par ailleurs, du fait de la présence du vortex qu'ils doivent atténuer, les winglets sont soumis également à des chargements vibratoires élevés. Ces difficultés expliquent que ces dispositifs de réduction du 20 vortex en sommet d'aube n'ont pas à ce jour trouvé d'application industrielle en série. Il faut noter que pour les moteurs turbopropulseurs à un seul étage d'hélice, la nuisance occasionnée par le vortex est faible car les structures qu'il vient impacter en aval sont les ailes de l'avion, qui se 25 trouvent suffisamment éloignées pour que le vortex ait le temps de se dissiper avant d'atteindre l'aile. La présente invention a pour objectif de fournir une aube permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur et en particulier offrant la possibilité de minimiser les vortex en sommet d'aube 30 rotative sans augmenter de manière sensible les contraintes mécaniques, en particulier vibratoires, auxquelles sont soumises l'aube. A cet effet, selon la présente invention, l'aube est caractérisée en ce que ledit sommet est équipé d'un winglet ou ailette et en ce que ledit winglet comporte un dispositif d'amortissement des vibrations. 35 Un tel winglet forme un dispositif de réduction du vortex en sommet d'aube afin de permettre la prévention du vortex formé naturellement par le sommet de la pale de l'aube. Un tel dispositif d'amortissement des vibrations forme un système amortisseur de vibrations qui va contribuer à minimiser les vibrations apparaissant sur le winglet, et d'une manière générale sur la pale de l'aube. De cette manière, on comprend que par la présence et l'action simultanées du winglet et du dispositif d'amortissement sur la pale qui sont ajoutés en sommet d'aube, on réduit le vortex tout en permettant d'améliorer la tenue sous chargement vibratoire, en particulier du winglet. Cette solution présente aussi l'avantage supplémentaire, de permettre, en outre, grâce aux propriétés du dispositif d'amortissement des vibrations, un déphasage de la déformée du winglet par rapport à la déformée de la pale, ainsi qu'une réduction des risques de couplages aéroélastiques entre le vortex et l'ensemble constitué de la pale et du winglet. De plus, la présente invention est applicable quel que soit le type de chargement dynamique (croisement avec des harmoniques moteurs, excitation asynchrone, acoustique, ou instabilité aéroélastique), et le fait d'ajouter de l'amortissement dans la structure de l'aube est bénéfique pour la tenue de la pièce portant l'aube, même dans les zones autres que le sommet d'aube, car l'amortissement réalisé par le dispositif d'amortissement réduit de manière globale les amplitudes des déformations de l'ensemble constitué de la pale et du winglet. Globalement, on peut, grâce à la solution selon la présente invention, pour un objectif de tenue mécanique donné, par exemple une valeur d'accélération en sommet d'aube, réduire l'épaisseur du sommet de la pale, et donc, en réduisant la masse de la pale, réduire également la masse du moteur. Ainsi, on comprend qu'en général le sommet de l'aube est constitué du winglet. De préférence, ledit dispositif d'amortissement des vibrations est disposé à l'intérieur dudit winglet. propeller stages, which is also a problem because it increases the length of the engine (and its mass) and it also increases the cantilever of the propeller module vis-à-vis the suspension. Currently designs of propellers without "winglets" are not optimal in terms of aerodynamic performance because the presence of the vortex induces constraints on the aerodynamic profile. We understand that if we can reduce the size of this vortex, we can achieve a more optimal aerodynamic design. It has already been proposed to reduce the vortex which forms at the top of the blade by the addition, at the top of the blade, of devices called "winglets" (by analogy with the winglets positioned at the ends of the wings of planes to reduce the vortices that develop there). US 5,190,441 proposes such an arrangement. The mechanical design of these winglets is however difficult because of their position at the end of the rotational vane they are subjected to high centrifugal loads. Moreover, because of the presence of the vortex they must mitigate, the winglets are also subject to high vibratory loadings. These difficulties explain that these vortex reduction devices at the top of the blade have not yet found industrial application in series. It should be noted that for turboprop engines with a single propeller stage, the nuisance caused by the vortex is low because the structures that it impacts downstream are the wings of the aircraft, which are far enough apart that the vortex has time to dissipate before reaching the wing. The present invention aims to provide a blade to overcome the disadvantages of the prior art and in particular offering the possibility of minimizing the vortex rotating blade tip without significantly increasing the mechanical stresses, particularly vibratory, which are subject to dawn. For this purpose, according to the present invention, the blade is characterized in that said crown is equipped with a winglet or fin and that said winglet comprises a vibration damping device. Such a winglet forms a vortex reduction device at the top of the blade to allow prevention of the vortex formed naturally by the top of the blade of the blade. Such a vibration damping device forms a vibration damping system which will help minimize the vibrations appearing on the winglet, and generally on the blade of the blade. In this way, it is understood that by the simultaneous presence and action of the winglet and the damping device on the blade which are added at the top of the blade, the vortex is reduced while permitting to improve the resistance under vibratory loading. , in particular the winglet. This solution also has the additional advantage of allowing, in addition, by virtue of the properties of the vibration damping device, a phase shift of the deformation of the winglet with respect to the deformation of the blade, as well as a reduction of the risks of aeroelastic coupling between the vortex and the assembly consisting of the blade and the winglet. In addition, the present invention is applicable whatever the type of dynamic loading (crossing with motor harmonics, asynchronous excitation, acoustic, or aeroelastic instability), and the fact of adding damping in the structure of the dawn is beneficial for holding the blade-bearing part, even in areas other than the blade tip, since the damping produced by the damping device reduces overall the deformation amplitudes of the assembly consisting of the blade and the winglet. Overall, it is possible, thanks to the solution according to the present invention, for a given mechanical strength objective, for example an acceleration value at the top of the blade, to reduce the thickness of the crown of the blade, and thus, by reducing the mass of the blade, also reduce the mass of the engine. Thus, we understand that in general the top of the dawn consists of the winglet. Preferably, said vibration damping device is disposed inside said winglet.

Selon l'invention, on intègre le dispositif d'amortissement des vibrations au winglet. According to the invention, the vibration damping device is incorporated in the winglet.

Avantageusement, ledit dispositif d'amortissement des vibrations comporte au moins un élément en matériau viscoélastique. Ainsi, selon l'invention on ajoute dans la structure mécanique du winglet au moins un élément en matériau viscoélastique. Advantageously, said vibration damping device comprises at least one element of viscoelastic material. Thus, according to the invention is added in the mechanical structure of the winglet at least one element of viscoelastic material.

Cet élément en matériau viscoélastique est par exemple collé dans la structure, ou inséré lors du procédé de fabrication, ou encore vulcanisé sur la pièce constituée de la pale et du winglet. Selon une disposition préférentielle, ladite aube forme une aube de turbomachine, de préférence une aube de soufflante de turboréacteur, d'hélice de turbopropulseur ou d'un moteur à hélices rapides contra- rotatives. Ainsi, grâce à l'invention, on rend applicable sur une pale la technologie «winglet» qui a fait ses preuves pour réduire les vortex d'extrémités d'ailes sur les avions. This element of viscoelastic material is for example glued into the structure, or inserted during the manufacturing process, or vulcanized on the piece consisting of the blade and the winglet. In a preferred arrangement, said blade forms a turbomachine blade, preferably a turbojet fan blade, a turboprop propeller or a contra-rotating propeller motor. Thus, thanks to the invention, it makes applicable to a blade winglet technology that has been proven to reduce vortices of wing tips on aircraft.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un moteur à hélices rapides contra-rotatives de l'art antérieur, - les figures 2A, 2B et 2C représentent une aube selon l'art antérieur utilisée dans le moteur selon la figure 1, respectivement en perspective, de face et selon la projection verticale de différentes sections réparties le long de la pale, - les figures 3A et 3B sont des vues partielles, respectivement de côté et de face, d'une aube selon l'invention ; - la figure 3C est une vue agrandie du sommet de l'aube selon la zone IIIC de la figure 3B ; - les figures 4A à 4F sont des vues partielles schématiques du sommet de l'aube selon un premier mode de réalisation, dans lequel un élément en matériau viscoélastique est visible par transparence, - les figures 5A à 5C sont des vues partielles schématiques du sommet de l'aube selon un deuxième mode de réalisation, - les figures 6A et 6B représentent des étapes de fabrication d'une aube selon un troisième mode de réalisation, et - les figures 7A à 7F représentent des étapes de fabrication d'une aube selon un troisième mode de réalisation. Other advantages and characteristics of the invention will emerge on reading the following description given by way of example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of a contra-rotating propeller motor; -rotatives of the prior art, - Figures 2A, 2B and 2C show a blade according to the prior art used in the motor according to Figure 1, respectively in perspective, from the front and according to the vertical projection of different sections distributed along. of the blade, - Figures 3A and 3B are partial views, respectively of side and front, of a blade according to the invention; FIG. 3C is an enlarged view of the apex of the blade according to zone IIIC of FIG. 3B; FIGS. 4A to 4F are partial diagrammatic views of the top of the blade according to a first embodiment, in which an element made of viscoelastic material is visible by transparency; FIGS. 5A to 5C are partial diagrammatic views of the apex of FIG. dawn according to a second embodiment, - Figures 6A and 6B show steps of manufacturing a blade according to a third embodiment, and - Figures 7A to 7F show steps of manufacturing a blade according to a third embodiment.

Si l'on se réfère à la figure 1, est visible un moteur à hélices rapides contra-rotatives 10 de l'art antérieur équipé de deux étages d'hélices 12, 14 avec l'hélice amont 12 dont les pales 16 sont pourvues à leur sommet 16b d'un winglet 16a (voir figure 2A représentant en perspective une pale 16 équipée d'un winglet 16a). Dans ce cas, comme il apparaît sur la figure 2B (vue de face de la pale) et sur la figure 2C (vue en projection verticale de différentes sections A à L indiquées sur la figure 2B, réparties le long de la pale 16), le winglet 16a présentent des caractéristique géométriques le différenciant du reste de la pale 16. Ainsi, comme il apparaît sur la figure 2A on voit notamment que le winglet 16a s'écarte de l'axe principal 15 ou axe longitudinal de la pale 16 (15' étant la projection verticale dudit axe principal 15). Par ailleurs, il apparaît également (voir figure 2C) que la ligne médiane 17 du winglet 16a forme, en projection verticale, une ligne médiane projetée 17' présentant un point d'inflexion M (voir la figure 2C) qui marque la limite entre le winglet 16a et le reste de la pale. Cette ligne médiane 17 se définit comme regroupant tous les points de la pale formant chacun le centre de la courbe fermée délimitant une section transversale de la pale (les sections A-A, ..., L-L de la figure 2C constituant une partie des sections transversales de la pale 16), ces sections transversales étant orthogonales à l'axe principal 15. Dans le cas des figures 2A à 2C, la limite entre le winglet 16a et le reste de la pale est situé entre 50 et 70% de la hauteur de la pale (en partant du pied localisé au niveau de la section L-L sur la figure 2C), mais dans bon nombre de cas, y compris pour la mise en oeuvre de la présente invention, on utilise préférentiellement un winglet qui débute au-delà de 70% et avantageusement entre 80 et 90% de la hauteur de la pale. De façon plus générale, et dans le cadre de la présente invention, on entend par « winglet » toute ailette ou « ailerette » formant un appendice placé en sommet d'aube, rapporté ou intégré à la pale, dont le profil, la forme et l'orientation sont en discontinuité de ceux du reste de la pale. Plus précisément, le winglet présente une courbure en direction axiale (longitudinale) qui est différente de celle du reste de la pale et/ou une courbure en direction transversale qui est différente de celle du reste de la pale. Par exemple, la courbure du winglet est accentuée par rapport au reste de la pale, ce qui donne une allure recourbée à ce winglet. Par exemple, le winglet présente sensiblement une forme hélicoïdale. Un winglet peut également consister en un appendice formant saillie au sommet de l'aube. Ainsi, le winglet peut consister en un appendice dirigé perpendiculairement à l'axe principal de la pale. Différentes configurations alternatives peuvent correspondre cette situation : - une telle protrusion peut être rectiligne, - une telle protrusion peut être courbe tout en restant dans un plan orthogonal à l'axe principal de la pale, - une telle protrusion peut présenter deux parties parmi lesquelles une première partie raccordée au reste de la pale et une deuxième partie formant l'extrémité libre du winglet avec soit uniquement la première partie, soit uniquement la deuxième partie qui est dirigée perpendiculairement à l'axe principal de la pale. Selon la présente invention, un dispositif d'amortissement est situé à l'emplacement du winglet, de préférence en partie à l'intérieur du winglet. On se référera aux figures 3A à 3C visant à illustrer le principe de la présente invention par un exemple d'aube selon l'invention. Les figures 3A et 3B sont des vues partielles de la pale 116 et plus précisément d'une portion portant le sommet 116b, respectivement de côté (trace axiale) et de face : on retrouve à l'extrémité de l'aube le winglet 116a. Dans ce winglet 116a est noyé un dispositif d'amortissement sous la forme d'un élément en matériau viscoélastique 20. Sur la figure 3C, cet élément en matériau viscoélastique 20 débouche sur l'une des faces latérales du winglet 116a formant le bord de fuite 116d (voir figure 3A) et sur une portion de la face d'extrémité du sommet d'aube 116b, en étant recouvert ailleurs par le matériau du winglet 116a. Alternativement (cas de figure non représenté), l'élément en matériau viscoélastique 20 est complètement noyé dans le winglet 116a et ne débouche sur aucune de ses faces (ni le sommet 116b, ni le bord d'attaque 116c, ni le bord de fuite 116d, ni la paroi d'intrados 116e, ni la paroi d'extrados 116f). On rappelle que l'invention concerne les aubes mobiles en matériau composite et que la pale est donc en matériau composite, tout comme, de préférence, le winglet 116b qui, de cette façon, fait réellement partie intégrante de la pale 116. Ainsi, dans ce qui suit et sauf indication contraire, toute la pale 116, y compris le winglet 116b, est formée de fils ou de filaments, liés entre eux par un liant. With reference to FIG. 1, a contra-rotating fast-propeller motor 10 of the prior art can be seen equipped with two stages of propellers 12, 14 with the upstream propeller 12 whose blades 16 are provided with their top 16b of a winglet 16a (see Figure 2A representing in perspective a blade 16 equipped with a winglet 16a). In this case, as it appears in FIG. 2B (front view of the blade) and in FIG. 2C (vertical projection view of different sections A to L indicated in FIG. 2B, distributed along the blade 16), the winglet 16a has geometrical characteristics differentiating it from the rest of the blade 16. Thus, as it appears in FIG. 2A, it can be seen in particular that the winglet 16a deviates from the main axis 15 or the longitudinal axis of the blade 16 (15 'being the vertical projection of said main axis 15). Furthermore, it also appears (see FIG. 2C) that the median line 17 of the winglet 16a forms, in vertical projection, a projected median line 17 'presenting a point of inflection M (see FIG. 2C) which marks the boundary between the winglet 16a and the rest of the blade. This median line 17 is defined as grouping all the points of the blade, each forming the center of the closed curve delimiting a cross section of the blade (the sections AA,..., LL of FIG. 2C constituting a part of the cross-sections of the blade). the blade 16), these cross sections being orthogonal to the main axis 15. In the case of Figures 2A to 2C, the limit between the winglet 16a and the remainder of the blade is between 50 and 70% of the height of the the blade (starting from the foot located at section LL in FIG. 2C), but in many cases, including for the implementation of the present invention, a winglet which starts beyond 70 is preferably used. % and advantageously between 80 and 90% of the height of the blade. In a more general manner, and in the context of the present invention, the term "winglet" means any fin or "fin" forming an appendix placed at the top of blade, attached or integrated to the blade, whose profile, shape and shape. orientation are in discontinuity from those of the rest of the blade. More specifically, the winglet has an axial (longitudinal) curvature which is different from that of the remainder of the blade and / or a curvature in the transverse direction which is different from that of the remainder of the blade. For example, the curvature of the winglet is accentuated relative to the rest of the blade, which gives a curved look to this winglet. For example, the winglet has a substantially helical shape. A winglet may also consist of an appendage protruding from the top of the dawn. Thus, the winglet may consist of an appendix directed perpendicularly to the main axis of the blade. Different alternative configurations may correspond to this situation: - such a protrusion may be rectilinear, - such protrusion may be curved while remaining in a plane orthogonal to the main axis of the blade, - such protrusion may have two parts, among which one first portion connected to the remainder of the blade and a second portion forming the free end of the winglet with either only the first portion, or only the second portion which is directed perpendicular to the main axis of the blade. According to the present invention, a damping device is located at the location of the winglet, preferably partially inside the winglet. Referring to Figures 3A-3C to illustrate the principle of the present invention by an example of blade according to the invention. FIGS. 3A and 3B are partial views of the blade 116 and more specifically of a portion carrying the top 116b, respectively from the side (axial trace) and from the front: at the end of the blade, the winglet 116a is found. In this winglet 116a is embedded a damping device in the form of an element of viscoelastic material 20. In FIG. 3C, this element of viscoelastic material 20 opens on one of the lateral faces of the winglet 116a forming the trailing edge 116d (see Figure 3A) and a portion of the end face of the blade tip 116b, being covered elsewhere by the winglet material 116a. Alternatively (case not shown), the element of viscoelastic material 20 is completely embedded in the winglet 116a and does not open on any of its faces (or the top 116b, or the leading edge 116c, nor the trailing edge 116d, neither the intrados wall 116e, nor the extrados wall 116f). It is recalled that the invention relates to the blades made of composite material and that the blade is made of a composite material, as is preferably the winglet 116b which, in this way, is actually an integral part of the blade 116. Thus, in the following and unless otherwise indicated, the entire blade 116, including the winglet 116b, is formed of son or filaments, bonded together by a binder.

La présente invention s'applique dans de nombreuse configurations, et ce pour permettre d'intégrer ledit dispositif d'amortissement dans différentes structures composites utilisées dans le cas des pales d'hélices. La difficulté principale avec un matériau viscoélastique utilisé dans ledit dispositif d'amortissement, est qu'il apporte de l'amortissement de manière optimale lorsqu'il est sollicité en cisaillement entre deux couches de matériau rigide se déformant de manière différente. Selon la présente invention, on privilégie d'intégrer le dispositif d'amortissement au sein même de la structure composite de la pale. The present invention is applicable in numerous configurations, and to allow to integrate said damping device in different composite structures used in the case of propeller blades. The main difficulty with a viscoelastic material used in said damping device, is that it provides damping optimally when it is stressed in shear between two layers of rigid material deforming differently. According to the present invention, it is preferred to integrate the damping device within the composite structure of the blade.

Selon un premier mode de réalisation de l'aube selon l'invention, visible sur les figures 4A à 4F, au moins à l'emplacement du winglet 116a, lesdits fils ou filaments de la pale forment une structure tissée et ledit dispositif d'amortissement des vibrations (comprenant l'élément en matériau viscoélastique 20) est disposé à l'intérieur de la structure tissée. Cette structure tissée est notamment constituée de bandes tissées assemblées entre elles ou d'une unique structure tissée tridimensionnelle. L'injection de la résine thermodurcissable formant le liant est 30 avantageusement réalisée selon la technique RTM « Resin Transfer Moulding » . De préférence, la structure tissée est donc obtenue par tissage tridimensionnel des fils ou filaments. Dans le cadre de ce premier mode de réalisation, lors du 35 tissage, on délimite un espace libre, ménagé entre des zones tissées, encore dénommé zone de déliaison ou zone déliée, qui reçoit l'élément en matériau viscoélastique 20 avant l'injection de résine et les étapes ultérieures de fabrication. La zone déliée, qui correspond à l'emplacement de l'élément en matériau viscoélastique 20, peut déboucher au bord d'attaque 116c, au bord de fuite 116d ou au sommet 116b du winglet 116a de la pale 116, à l'un ou à plusieurs de ces endroits simultanément. Le choix du ou des emplacements où débouche la zone déliée est à déterminer en fonction des contraintes de fabricabilité (insertion de l'élément viscoélastique 20) et de la raideur nécessaire à cet endroit de la pièce (la raideur est accrue lorsque le composite tissé tridimensionnel est non délié, on le dit alors interlocké). Sur les figures 4A et 4E, la zone déliée de la préforme tissée et l'élément viscoélastique 20 débouchent à la fois au sommet 116b et au bord de fuite 116d du winglet 116a de la pale 116. According to a first embodiment of the blade according to the invention, visible in Figures 4A to 4F, at least at the location of the winglet 116a, said son or filaments of the blade form a woven structure and said damping device vibration (including the viscoelastic material member 20) is disposed within the woven structure. This woven structure consists in particular of woven strips assembled together or a single three-dimensional woven structure. The injection of the thermosetting resin forming the binder is advantageously carried out according to the RTM technique "Resin Transfer Molding". Preferably, the woven structure is thus obtained by three-dimensional weaving of the son or filaments. In the context of this first embodiment, during weaving, there is defined a free space, formed between woven zones, also called release zone or untied zone, which receives the element of viscoelastic material 20 before injection of resin and subsequent manufacturing steps. The untied zone, which corresponds to the location of the viscoelastic material element 20, can lead to the leading edge 116c, to the trailing edge 116d or to the top 116b of the winglet 116a of the blade 116, to one or at many of these places simultaneously. The choice of the location or locations where the untied area opens is to be determined according to the manufacturability constraints (insertion of the viscoelastic element 20) and the stiffness required at this part of the part (the stiffness is increased when the woven three-dimensional composite is untied, it is said to be interlocked). In FIGS. 4A and 4E, the untied zone of the woven preform and the viscoelastic member 20 open at both the apex 116b and the trailing edge 116d of the winglet 116a of the blade 116.

Sur la figure 4B, la zone déliée de la préforme tissée et l'élément viscoélastique 20 débouchent uniquement au sommet 116b du winglet 116a de la pale 116. Sur la figure 4C, la zone déliée de la préforme tissée et l'élément viscoélastique 20 débouchent uniquement au bord de fuite 116d du winglet 116a de la pale 116. Sur la figure 4D, la zone déliée de la préforme tissée et l'élément viscoélastique 20 du winglet 116a de la pale 116 débouchent uniquement au bord d'attaque 116c du winglet 116a de la pale 116. Sur la figure 4F, la zone déliée de la préforme tissée et l'élément viscoélastique 20 débouchent à la fois au sommet 116b et au bord d'attaque 116c du winglet 116a de la pale 116. Les filaments ou fibres de la préforme tissée sont en carbone ou autre matériau tel que le verre, la silice, le carbure de silicium, l'alumine, l'aramide ou un polyamide aromatique. In FIG. 4B, the untied zone of the woven preform and the viscoelastic element 20 open only at the apex 116b of the winglet 116a of the blade 116. In FIG. 4C, the untied zone of the woven preform and the viscoelastic element 20 open out. only at the trailing edge 116d of the winglet 116a of the blade 116. In FIG. 4D, the untied zone of the woven preform and the viscoelastic element 20 of the winglet 116a of the blade 116 open only to the leading edge 116c of the winglet 116a. of the blade 116. In FIG. 4F, the untied zone of the woven preform and the viscoelastic element 20 open at the same time to the apex 116b and to the leading edge 116c of the winglet 116a of the blade 116. The filaments or fibers of the woven preform are carbon or other material such as glass, silica, silicon carbide, alumina, aramid or an aromatic polyamide.

Il est rappelé que la viscoélasticité est une propriété d'un solide ou d'un liquide qui, lorsqu'il est déformé, montre un comportement à la fois visqueux et élastique par une dissipation et un stockage simultanés d'énergie mécanique. Le matériau de l'élément viscoélastique 20 est de type caoutchouc, silicone, polymère élastomère, résine époxy... It is recalled that the viscoelasticity is a property of a solid or a liquid which, when deformed, shows a viscous and elastic behavior by a simultaneous dissipation and storage of mechanical energy. The material of the viscoelastic element 20 is of rubber, silicone, elastomeric polymer, epoxy resin ...

Selon un deuxième mode de réalisation de l'aube selon l'invention, visible sur les figures 5A à 5C, la pale 116 comporte, au moins à l'emplacement du winglet 116a, un composite stratifié formé des couches de composite superposées 118 et ledit dispositif d'amortissement des vibrations (l'élément en matériau viscoélastique 20) est disposé entre deux desdites couches superposées 118. Ainsi, dans le cas d'une pale 116 en composite stratifié, l'élément viscoélastique 20 peut être intégré très aisément lors de l'empilement des couches 118 de composites unidirectionnel qui s'étendent de la paroi d'extrados 116f à la paroi d'intrados 116e. Sur la figure 5A, l'élément en matériau viscoélastique 20 est visible par transparence et les figures 5B et 5C correspondent à des vues en coupe du winglet 116a. Sur la figure 5B, est représenté le cas d'un l'élément 15 viscoélastique 20 d'épaisseur constante et sur la figure 5C, est représenté le cas d'un l'élément viscoélastique 20 d'épaisseur variable. Selon un troisième mode de réalisation de l'aube selon l'invention, au moins à l'emplacement du winglet 116a, lesdits fils ou filaments de la pale 116 sont tressés de façon à former plusieurs couches 20 tressées superposées et ledit dispositif d'amortissement des vibrations (l'élément en matériau viscoélastique 20) est disposé entre deux desdites couches tressées. Selon cet autre et troisième mode de réalisation de l'invention qui s'applique à une pale en composite tressé, l'élément viscoélastique 20 25 peut être intégré très facilement lors du tressage, entre deux passes de tressage. Les figures 6A et 6B illustrent ce principe : lors d'une première ou d'une nième passe de tressage les fils 32 sont tressés autour d'un mandrin 30 afin de le recouvrir petit à petit selon la direction principale du 30 mandrin 30 (premier sens représenté par la flèche 34), puis lors de la n+lième passe de tressage, les fils 32 sont tressés dans l'autre sens (deuxième sens , sens opposé au premier sens et représenté par la flèche 36) tandis qu'un élément viscoélastique 20 a préalablement été placé sur le tissage réalisé lors de la passe précédente, de sorte que lors de la 35 n+lième passe de tressage, les fils 32 finissent par recouvrir et enfermer l'élément viscoélastique 20 entre deux tresses. According to a second embodiment of the blade according to the invention, visible in FIGS. 5A to 5C, the blade 116 comprises, at least at the location of the winglet 116a, a laminate composite formed of superposed composite layers 118 and said vibration damping device (the element of viscoelastic material 20) is disposed between two of said superimposed layers 118. Thus, in the case of a laminated composite blade 116, the viscoelastic element 20 can be integrated very easily during the stack of layers 118 of unidirectional composites which extend from the extrados wall 116f to the intrados wall 116e. In FIG. 5A, the viscoelastic material element 20 is visible by transparency and FIGS. 5B and 5C correspond to sectional views of the winglet 116a. FIG. 5B shows the case of a viscoelastic element 20 of constant thickness and in FIG. 5C the case of a viscoelastic element 20 of variable thickness is shown. According to a third embodiment of the blade according to the invention, at least at the location of the winglet 116a, said son or filaments of the blade 116 are braided so as to form several superimposed braided layers and said damping device vibration (the viscoelastic material member 20) is disposed between two of said braided layers. According to this other and third embodiment of the invention which applies to a braided composite blade, the viscoelastic member 25 can be integrated very easily during braiding, between two braiding passes. FIGS. 6A and 6B illustrate this principle: during a first or an nth braiding pass, the wires 32 are braided around a mandrel 30 in order to cover it gradually in the main direction of the mandrel 30 (first direction represented by the arrow 34), then during the n + lth braiding pass, the son 32 are braided in the other direction (second direction, opposite direction to the first direction and represented by the arrow 36) while an element The viscoelastic 20 was previously placed on the weave made during the previous pass, so that during the n + 1th braiding pass, the son 32 eventually cover and enclose the viscoelastic element 20 between two braids.

Cette technique de tressage permet donc d'intégrer très facilement le dispositif d'amortissement des vibrations dans le winglet 116a. Selon un quatrième mode de réalisation de l'aube selon l'invention, la pale 116 est formée de plusieurs sous-structures et ledit dispositif d'amortissement des vibrations est disposé entre deux desdites sous-structures. De cette façon, dans le cas d'une structure de pale 16 (comprenant le winglet 116a) intégrant plusieurs sous-structures fabriquées au départ indépendamment les uns des autres et notamment selon des techniques différentes comprenant celles décrites ci dessus, l'élément viscoélastique 20 peut être intégré à une interface lors de l'assemblage des différentes sous-structures Ainsi, les figure 7A à 7F illustrent un exemple conforme à ce quatrième mode de réalisation de l'aube selon l'invention, dans lequel un élément viscoélastique 20 est inséré entre le longeron et la coque en composite : - figure 7A : lors de la première étape de fabrication, on fournit un pied 40 de type « tulipe » en acier, - figure 7B : ensuite, on forme l'âme 42 de la pale par une mousse, notamment en polyuréthane, - figure 7C : par-dessus l'âme 42 de la pale qui constitue alors un mandrin, est tissée une structure formant longeron 44 en fibres de carbone, et un élément viscoélastique 20 est monté en sommet de pale, à l'emplacement du winglet, - figure 7D : on recouvre l'ensemble formé du longeron 44 et de l'élément viscoélastique 20 par une coque en composite 46, - figure 7E : la coque en composite 46 est recouverte d'une seconde coque 48 à base de fibres de "kevlar" (marque déposée) tressées, elle-même surmontée partiellement d'un clinquant en nickel 50 recouvrant le bord d'attaque, et - figure 7F : on surmonte la base du bord d'attaque d'une plaque de dégivrage 52, puis on effectue l'injection de la résine (flèche 54) avant de la thermo-durcir. This braiding technique therefore makes it very easy to integrate the vibration damping device into the winglet 116a. According to a fourth embodiment of the blade according to the invention, the blade 116 is formed of several substructures and said vibration damping device is disposed between two of said substructures. In this way, in the case of a blade structure 16 (including the winglet 116a) incorporating several substructures initially made independently of each other and in particular according to different techniques including those described above, the viscoelastic element 20 can be integrated in an interface during the assembly of different substructures Thus, FIGS. 7A to 7F illustrate an example according to this fourth embodiment of the blade according to the invention, in which a viscoelastic element 20 is inserted between the spar and the composite shell: FIG. 7A: during the first manufacturing step, a steel "tulip" type foot 40 is provided, FIG. 7B: then, the core 42 of the blade is formed by a foam, especially polyurethane, - Figure 7C: over the core 42 of the blade which then constitutes a mandrel, is woven a carbon fiber frame structure 44, and a viscoelastic element e 20 is mounted at the top of the blade, at the location of the winglet, - FIG. 7D: the assembly formed of the spar 44 and the viscoelastic member 20 is covered by a composite shell 46, - FIG. 7E: the shell composite 46 is covered with a second shell 48 based on braided "kevlar" (trademark) fibers, itself partly surmounted by a nickel foil 50 covering the leading edge, and - FIG. 7F: one overcomes the base of the leading edge of a deicing plate 52, then the injection of the resin (arrow 54) is carried out before the heat-hardening.

On obtient de cette façon une aube 119 conforme à la présente invention. In this way, a blade 119 is obtained in accordance with the present invention.

En variante, l'élément viscoélastique 20 ou un second élément viscoélastique 20 peut être intégré à une autre interface et notamment entre la coque en composite 46 et la seconde coque 48 à base de fibres de kevlar tressées. Alternatively, the viscoelastic element 20 or a second viscoelastic element 20 may be integrated with another interface and in particular between the composite shell 46 and the second shell 48 based on braided kevlar fibers.

Selon un cinquième mode de réalisation (non représenté) de l'aube selon l'invention, ledit élément en matériau viscoélastique 20 est une couche d'un matériau viscoélastique et ledit dispositif d'amortissement des vibrations comporte en outre une contre-couche rigide formant une lame solidaire du winglet 116a de la pale 116. According to a fifth embodiment (not shown) of the blade according to the invention, said element of viscoelastic material 20 is a layer of a viscoelastic material and said vibration damping device further comprises a rigid counter-layer forming a blade integral with the winglet 116a of the blade 116.

Dans ce cas, au lieu d'intégrer le dispositif d'amortissement des vibrations à l'intérieur de la structure, on utilise une contre-couche pour relier ledit dispositif d'amortissement des vibrations au winglet 116a, à la surface de ce dernier. Ainsi, à titre d'exemple non représenté de ce cinquième mode de réalisation , la présente invention permet de mettre en oeuvre, classiquement, sur le bord d'attaque 116a un moyen de protection métallique tel qu'un clinquant en titane collé sur le matériau composite s'étendant le long du bord d'attaque. Dans ce cas, typiquement ce clinquant (non représenté) est une lame formant une aile de chaque côté : une première aile recouvrant la paroi d'intrados en aval du bord d'attaque et une deuxième aile recouvrant la paroi d'extrados en aval du bord d'attaque. Les deux ailes sont réunies le long du bord d'attaque par une partie plus épaisse. Une telle aube est fabriquée par exemple selon la technique décrite dans le brevet EP 1.777.063 au nom du présent demandeur. Selon cette technique, on confectionne une préforme par tissage en trois dimensions de filaments. La préforme tissée d'une seule pièce est ensuite détourée par découpage du contour d'après une abaque tridimensionnelle. On place la pièce dans un moule de conformation. Puis après déformation appropriée on dispose la pièce dans un moule de compactage qui rigidifie la préforme déformée. On réalise un surcompactage du bord d'attaque de façon à permettre le placement de l'élément de protection le long du bord d'attaque. Il s'agit d'un élément en forme de demi manchon longitudinal avec deux ailes destinées à recouvrir une portion des parois d'extrados et d'intrados en aval du bord d'attaque. Comme cela est expliqué dans le brevet cité ci-dessus, on dispose l'élément de protection dans un dispositif de montage apte à écarter les ailes. On place l'élément de protection par son bord d'attaque préalablement enduit de colle, entre les deux ailes puis on relâche celles-ci. In this case, instead of integrating the vibration damping device inside the structure, a counter-layer is used to connect said vibration damping device to the winglet 116a on the surface of the latter. Thus, by way of non-illustrated example of this fifth embodiment, the present invention makes it possible conventionally to use, on the leading edge 116a, a metal protection means such as a titanium foil glued to the material composite extending along the leading edge. In this case, typically this foil (not shown) is a blade forming a wing on each side: a first wing covering the intrados wall downstream of the leading edge and a second wing covering the extrados wall downstream of the leading edge. The two wings are joined along the leading edge by a thicker part. Such a blade is manufactured for example according to the technique described in patent EP 1,777,063 in the name of the present applicant. According to this technique, a preform is made by three-dimensional weaving of filaments. The one-piece woven preform is then cut out by cutting the outline from a three-dimensional abacus. The piece is placed in a conformation mold. Then after appropriate deformation the piece is placed in a compaction mold which stiffens the deformed preform. Overcompaction of the leading edge is performed so as to allow the placement of the protection element along the leading edge. It is a longitudinal half-sleeve element with two wings intended to cover a portion of the extrados and intrados walls downstream of the leading edge. As explained in the patent cited above, the protective element is arranged in a mounting device capable of spreading the wings. The protective element is placed by its leading edge previously coated with glue between the two wings and then released.

L'ensemble est disposé dans un moule d'injection dans lequel on injecte un liant comprenant une résine thermodurcissable de façon à imprégner toute la préforme. On chauffe enfin le moule. Dans une telle configuration, on peut également mettre en oeuvre la présente invention, avec un sommet d'aube formé d'un winglet, lui aussi recouvert partiellement du clinquant formant l'élément de protection métallique, on incorpore entre la pale et l'élément de protection, un élément en matériau viscoélastique 20 formé d'au moins une couche d'un matériau viscoélastique. Dans ce cas, l'élément de protection métallique forme une contre couche rigide pour le dispositif d'amortissement des vibrations qu'il constitue avec l'élément en matériau viscoélastique 20. Selon d'autres variantes non décrites en détail, on comprend que la technologie d'amortissement proposée peut être déclinée avec des dispositifs d'amortissement des vibrations formés par un multi-couche formée de couches d'épaisseur et de caractéristiques viscoélastiques variables afin de maximiser la fonction d'amortissement. Il est à noter que l'invention est également applicable sur un winglet 116a formé au départ d'une pièce indépendante, puis reliéé mécaniquement à la pale 116 (par exemple par rivetage, boulonnage, au moyens d'inserts, ...) Selon une autre variante, le winglet 116a n'est pas en matériau composite mais en matériau métallique, relié mécaniquement au reste de la structure de la pale (par exemple par rivetage, boulonnage, ou collage). The assembly is placed in an injection mold in which a binder comprising a thermosetting resin is injected so as to impregnate the entire preform. Finally, the mold is heated. In such a configuration, one can also implement the present invention, with a blade tip formed of a winglet, also partially covered with the foil forming the metal protection element, is incorporated between the blade and the element a viscoelastic material member 20 formed of at least one layer of a viscoelastic material. In this case, the metal protection element forms a rigid counter-layer for the vibration damping device that it constitutes with the element of viscoelastic material 20. According to other variants not described in detail, it is understood that the The proposed damping technology can be provided with vibration damping devices formed by a multi-layer formed of layers of thickness and variable viscoelastic characteristics to maximize the damping function. It should be noted that the invention is also applicable to a winglet 116a formed from an independent part and then mechanically connected to the blade 116 (for example by riveting, bolting, by means of inserts, etc.). another variant, the winglet 116a is not made of composite material but of metal material, mechanically connected to the rest of the blade structure (for example by riveting, bolting, or gluing).

Claims (11)

REVENDICATIONS1. Aube (119) mobile en matériau composite, comprenant un pied (40) et une pale (116) formée de fils ou de filaments (32), liés entre eux par un liant, ladite pale (116) définissant un bord d'attaque (116c) et un bord de fuite (116d) entre lesquels s'étendent une paroi d'extrados (116f) et une paroi d'intrados (116e), et à son extrémité opposée audit pied, un sommet (116b), caractérisée en ce que ledit sommet (116b) est équipé d'un winglet (116a) ou ailette et en ce que ledit winglet (116a) comporte un dispositif d'amortissement des vibrations (20). REVENDICATIONS1. A movable blade (119) made of composite material, comprising a foot (40) and a blade (116) formed of threads or filaments (32) bound together by a binder, said blade (116) defining a leading edge ( 116c) and a trailing edge (116d) between which an extrados wall (116f) and an intrados wall (116e) extend, and at its end opposite said foot, an apex (116b), characterized in that said top (116b) is equipped with a winglet (116a) or wing and that said winglet (116a) has a vibration damping device (20). 2. Aube (119) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif d'amortissement des vibrations (20) est disposé à l'intérieur dudit winglet (116a). 2. blade (119) according to claim 1, characterized in that said vibration damping device (20) is disposed within said winglet (116a). 3. Aube (119) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins à l'emplacement du winglet (116a), la pale (116) comporte un composite stratifié formé des couches de composite superposées (118) et en ce que ledit dispositif d'amortissement des vibrations (20) est disposé entre deux desdites couches superposées (118). 3. blade (119) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least at the location of the winglet (116a), the blade (116) comprises a laminate composite formed of superimposed composite layers (118) and in that said vibration damping device (20) is disposed between two of said superposed layers (118). 4. Aube (119) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'au moins à l'emplacement du winglet (116a), lesdits fils ou filaments de la pale (116) forment une structure tissée et en ce que ledit dispositif d'amortissement des vibrations (20) est disposé à l'intérieur de la structure tissée. 4. blade (119) according to any one of claims 1 and 2, characterized in that at least at the location of the winglet (116a), said son or filaments of the blade (116) form a woven structure and said vibration damping device (20) is disposed within the woven structure. 5. Aube (119) selon la revendication précédente, 25 caractérisée en ce que la structure tissée est obtenue par tissage tridimensionnel des fils ou filaments (32). 5. Dawn (119) according to the preceding claim, characterized in that the woven structure is obtained by three-dimensional weaving son or filaments (32). 6. Aube (119) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'au moins à l'emplacement du winglet (116a), lesdits fils ou filaments (32) de la pale (116) sont tressés de façon à 30 former plusieurs couches tressées superposées et en ce que ledit dispositif d'amortissement des vibrations (20) est disposé entre deux desdites couches tressées. 6. blade (119) according to any one of claims 1 and 2, characterized in that at least at the location of the winglet (116a), said son or filaments (32) of the blade (116) are braided from for forming a plurality of superimposed braided layers and that said vibration damping device (20) is disposed between two of said braided layers. 7. Aube (119) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 6, caractérisée en ce que la pale (116) est formée de plusieurssous-structures et en ce que le ledit dispositif d'amortissement des vibrations (20) est disposé entre deux desdites sous-structures. 7. blade (119) according to any one of claims 1 to 3 and 6, characterized in that the blade (116) is formed of several substructures and in that said vibration damping device (20) is disposed between two of said substructures. 8. Aube (119) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit dispositif d'amortissement des 5 vibrations (20) comporte au moins un élément en matériau viscoélastique. 8. blade (119) according to any one of the preceding claims, characterized in that said vibration damping device (20) comprises at least one element of viscoelastic material. 9. Aube (119) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit élément en matériau viscoélastique est une couche d'un matériau viscoélastique et en ce que ledit dispositif d'amortissement des vibrations (20) comporte en outre une contre-couche 10 rigide formant une lame solidaire du winglet (116a) de la pale (116). 9. blade (119) according to the preceding claim, characterized in that said element of viscoelastic material is a layer of a viscoelastic material and in that said vibration damping device (20) further comprises a counter-layer 10 rigid forming a blade integral with the winglet (116a) of the blade (116). 10. Aube (119) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle forme une aube de turbomachine. 10. blade (119) according to any one of the preceding claims, characterized in that it forms a turbine engine blade. 11. Aube (119) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'elle forme une aube de soufflante de turboréacteur, 15 d'hélice de turbopropulseur ou d'un moteur à hélices rapides contra- rotatives. 11. Aube (119) according to the preceding claim, characterized in that it forms a turbine engine fan blade, turboprop propeller 15 or a contra-rotating propeller motor.
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