FR2986829A1 - Piece de support de turbomachine a structure hybride - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une pièce de support (10) de turbomachine comprenant une structure principale (20) réalisée en matériau composite et une structure secondaire de renfort (30) réalisée en matériau métallique et intégrée à la structure principale, la structure secondaire présentant une forme géométrique et des dimensions aptes à conférer une tenue mécanique à la pièce de support en cas de destruction de la structure principale.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des pièces d'une turbomachine qui sont utilisées comme supports d'habillage ou supports d'équipement.
L'invention concerne plus précisément les pièces qui sont utilisées dans un turboréacteur pour assurer un support de composants du moteur transportant un fluide inflammable (comme du kérosène ou de l'huile) ou un comburant (comme de l'air), ainsi que celles supportant des composants des équipements électroniques du turboréacteur (comme le calculateur électronique du turboréacteur ou ECU pour « Engine Control Unit » ou le calculateur électronique de l'inverseur de poussée ou TRCU pour « Thrust Reverser Control Unit »). De telles pièces de support sont soumises à une stricte réglementation en matière de protection contre un incendie déclaré dans le compartiment fan du turboréacteur. En effet, la réglementation civile impose que ces pièces de support doivent résister à un feu pendant un temps suffisamment long pour éviter la chute du composant supporté et ainsi interdire toute aggravation du feu dans le compartiment fan du turboréacteur.
Par ailleurs, la réduction de masse d'un turboréacteur est devenue un objectif prioritaire pour les motoristes. Les pièces formant supports d'habillage et supports d'équipements représentent en particulier une opportunité de gain de masse non négligeable. Le recours aux matériaux composites structuraux, et notamment aux matériaux composites à matrice organique thermodurcissable ou thermoplastique, permet de répondre à ce problème. En effet, par rapport aux matériaux métalliques, de tels matériaux présentent une tenue mécanique suffisante pour supporter les charges avec une moindre masse. Cependant, les matériaux composites structuraux envisagés pour réaliser les pièces de support de turbomachine n'ont pas une tenue mécanique suffisante quand ils sont soumis à la chaleur d'une flamme représentative d'un feu de compartiment fan de turboréacteur. Objet et résumé de l'invention Il est donc souhaitable de pouvoir disposer de pièces de support pour turbomachine présentant un gain de masse par rapport aux pièces en matériau métallique et qui sont capables de satisfaire aux critères de la réglementation civile en matière de protection en cas d'incendie. A cet effet, selon l'invention, il est proposé une pièce de support de turbomachine comprenant une structure principale réalisée en matériau composite et une structure secondaire de renfort réalisée en matériau métallique et intégrée à la structure principale, la structure secondaire présentant une forme géométrique et des dimensions aptes à conférer une tenue mécanique à la pièce de support en cas de destruction de la structure principale.
Par « forme géométrique et dimensions aptes à conférer une tenue mécanique à la pièce de support en cas de destruction de la structure principale », on entend notamment que la structure secondaire possède un profil géométrique sensiblement identique à celui de la structure principale et une épaisseur suffisante pour lui permettre de tenir seule aux charges mécaniques auxquelles la pièce est soumise à l'issue d'un feu. La pièce de support selon l'invention est ainsi définie comme étant une pièce hybride avec une structure principale en matériau composite permettant d'alléger la masse globale de la pièce, et une structure secondaire de renfort en métal qui permet de garantir une tenue mécanique à la pièce lorsqu'un feu endommage la structure principale en matériau composite. De la sorte, la pièce de support selon l'invention présente à la fois une masse globale allégée par rapport à une pièce entièrement métallique et une structure apte à répondre aux exigences de la réglementation en matière de protection en cas d'incendie. La structure secondaire de la pièce de support peut être intégrée à la structure principale par comoulage. Alternativement, elle peut être intégrée à la structure principale par montage de la structure secondaire dans une rainure de la structure principale.
Dans le second cas, la rainure de la structure principale dans laquelle la structure secondaire est montée peut avantageusement être pratiquée en surface de la structure principale. De la sorte, la structure secondaire métallique peut servir à garantir la conductivité électrique de la pièce de support, ce qui permet de remplir plus facilement les exigences de mise à la masse des équipements électroniques de la turbomachine (ECU ou TRCU) supportés par une telle pièce. 2 986 82 9 3 La pièce de support peut comprendre en outre des moyens pour assurer une fixation de la pièce de support sur une structure rigide de la turbomachine, ces moyens étant conjoints aux structures principale et secondaire. 5 La structure principale peut être réalisée en matériau composite comprenant un renfort fibreux en fibres de carbone densifié par une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, et la structure secondaire en acier inoxydable ou en titane. L'invention concerne également une turbomachine comprenant 10 au moins une pièce de support telle que définie précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 15 annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en perspective et en éclaté d'un exemple de pièce de support conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en écorché de la pièce de support de la 20 figure 1 assemblée ; et - la figure 3 est une vue en coupe d'une pièce de support conforme à l'invention selon un autre mode de réalisation. Description détaillée de l'invention 25 L'invention est applicable à toute pièce utilisée dans un turboréacteur pour assurer un support d'habillage ou d'équipements, et notamment de composants du moteur transportant un fluide inflammable ou un comburant, et de composants des équipements électroniques du turboréacteur (comme l'ECU ou le TRCU). 30 Un exemple d'une telle pièce de support est représenté sur les figures 1 et 2. Cette pièce de support 10 sensiblement allongée présente une forme de pontet et peut être notamment utilisée pour supporter un composant 11 d'un équipement électronique du turboréacteur tel que l'ECU ou le TRCU. 35 Selon l'invention, la pièce de support 10 comprend une structure principale 20 réalisée en matériau composite et une structure secondaire 2 986 82 9 4 de renfort 30 réalisée en matériau métallique et intégrée à la structure principale, la structure secondaire présentant une forme géométrique et des dimensions aptes à conférer une tenue mécanique à la pièce de support en cas de destruction de la structure principale. 5 A titre d'exemple, la structure principale peut être réalisée en matériau composite comprenant un renfort fibreux en fibres de carbone densifié par une matrice thermodurcissable (de type époxyde) ou par une matrice thermoplastique (de type PEEK pour Poly(ether ether ketone)). Les matrices thermodurcissables de type époxyde présentent une grande 10 simplicité de mise en oeuvre, et d'excellentes propriétés en fatigue, fluage, ainsi qu'une bonne stabilité thermique. De même, les matrices thermoplastique de type PEEK présentent non seulement de bonnes propriétés mécaniques (et en particulier une forte résistance à la fatigue), mais également une excellente tenue en température. 15 Quant à la structure secondaire de renfort, elle peut être réalisée en acier inoxydable ou en titane. En effet, ces deux matériaux présentent l'avantage de posséder une bonne résistance au feu. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, la structure principale 20 et la structure secondaire 30 ont ainsi chacune une forme 20 sensiblement identique de pontet avec des pattes de fixation, respectivement 21 et 31, à leurs deux extrémités. Les extrémités 21, 31 des deux structures sont munies de perçages, respectivement 22 et 32, qui sont alignés entre eux et destinés à être traversés par des vis 40 pour assurer une fixation de la pièce de 25 support sur une structure rigide 12 de la turbomachine. De même, la partie centrale 23, 33 des structures principale et secondaire située entre les extrémités 21, 31 est munie de perçages, respectivement 24, 34, qui sont alignés entre eux et destinés à être traversés par des vis 40 pour assurer une fixation du composant 11 de 30 l'équipement électronique du turboréacteur sur la pièce de support. On notera que les perçages 32, 34 réalisés dans la structure secondaire de renfort ont un diamètre plus grand que ceux 22, 24 pratiqués dans la structure principale. Ainsi, dans un fonctionnement normal, seule la structure principale en matériau composite participe à 35 supporter la charge exercée par le composant 11 de l'équipement électronique.
Selon l'invention, la structure secondaire 30 présente une forme géométrique et des dimensions qui sont aptes à conférer une tenue mécanique à la pièce de support en cas de destruction de la structure principale 20, notamment par le feu. En particulier, comme représenté sur la figure 1, la structure secondaire de renfort présente un profil géométrique identique à celui de la structure principale. Notamment, elle s'étend entre les deux extrémités de la structure principale. De plus, la structure secondaire présente une épaisseur suffisante (en regard du matériau métallique utilisé pour sa fabrication et de la charge exercée par le composant 11 de l'équipement électronique) pour permettre, au moins pendant une durée minimum, de supporter seule la charge exercée par ce composant en cas de destruction de la structure principale en matériau composite. A titre d'exemple, pour une charge exercée par le composant 11 de l'équipement électronique pesant 15kg et soumise à une accélération de 4g, on pourra réaliser une structure secondaire en acier inoxydable ayant une largeur de 10mm et une épaisseur de 2mm environ. Par ailleurs, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la structure secondaire de renfort 30 est intégrée à la structure principale 10 par montage de la structure secondaire dans une rainure 25 (ou tranchée) de la structure principale. Plus précisément, la rainure 25 de la structure principale est pratiquée au niveau de la surface en regard de la structure rigide 12 du turboréacteur sur laquelle est montée la pièce de support. De la sorte, la structure secondaire de renfort sert également à garantir la conductivité électrique de la pièce de support. La structure secondaire en métal est montée dans la rainure 25 de la structure principale et y maintenue, d'une part par les vis 40 qui traversent ces deux structures, et d'autre part par une pâte adhésive de type mastic usuellement utilisée pour les interfaces composite/métal.
Un tel assemblage de la structure secondaire de renfort en matériau métallique dans une rainure en surface de la structure principale permet également de remplir plus facilement les exigences de mise à la masse de l'équipement électronique du turboréacteur supporté par la pièce de support 10. En effet, comme représenté sur la figure 2, cette mise à la masse peut être réalisée par une pince 50 conductrice qui est notamment en contact avec la structure secondaire métallique.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la structure secondaire 30' de la pièce de support 10' est intégrée à la structure principale 20' par comoulage. A cet effet, la structure secondaire est moulée à l'intérieur de la structure principale lors de l'étape de moulage de la préforme fibreuse destinée à la fabrication de la structure principale en matériau composite. Bien entendu, de manière plus générale, la pièce de renfort pourra avoir une forme différente de celle représentée sur les figures 1 à 3.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Pièce de support (10 ; 10') de turbomachine comprenant REVENDICATIONS1. Pièce de support (10 ; 10') de turbomachine comprenant une structure principale (20) réalisée en matériau composite et une structure secondaire de renfort (30) réalisée en matériau métallique et intégrée à la structure principale, la structure secondaire présentant une forme géométrique et des dimensions aptes à conférer une tenue mécanique à la pièce de support en cas de destruction de la structure principale.
  2. 2. Pièce de support selon la revendication 1, dans laquelle la structure secondaire est intégrée à la structure principale par comoulage.
  3. 3. Pièce de support selon la revendication 1, dans laquelle la structure secondaire est intégrée à la structure principale par montage de 15 la structure secondaire dans une rainure de la structure principale.
  4. 4. Pièce de support selon la revendication 3, dans laquelle la rainure est pratiquée en surface de la structure principale.
  5. 5. Pièce de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre des moyens (40) pour assurer une fixation de la pièce de support sur une structure rigide de la turbomachine, ces moyens étant conjoints aux structures principale et secondaire.
  6. 6. Pièce de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la structure principale est réalisée en matériau composite comprenant un renfort fibreux en fibres de carbone densifié par une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, et la structure secondaire est réalisée en acier inoxydable ou en titane. 30
  7. 7. Turbomachine comprenant au moins une pièce de support (10 ; 10') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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