FR3040909A1 - FIBROUS PREFORMS FOR TURBOMACHINE DRAWINGS IN COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A PREFORM - Google Patents
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Abstract
Une préforme fibreuse (400) de renfort d'aube de turbomachine en matériau composite comprend une structure fibreuse (200) tissée en une seule pièce par tissage tridimensionnel ou multicouche. La structure fibreuse (200) comporte une partie de pied d'aube (210) et une partie de pale d'aube (220) s'étendant suivant une direction longitudinale (Dl) entre la portion de pied d'aube (210) et une portion de sommet d'aube (221) et suivant une direction transversale (Dt) entre une portion de bord d'attaque (222) et une portion de bord de fuite (223). La préforme (400) comprend en outre au moins un pli unidirectionnel (310) présent sur la portion de pale d'aube (220) de la texture fibreuse, les fibres (311) de chaque pli unidirectionnel s'étendant dans une direction déterminée par rapport aux directions longitudinale (DI) et transversale (Dt) de la partie de pale d'aube (220) de la structure fibreuse (200).A fibrous preform (400) of turbomachine blade reinforcement made of composite material comprises a fibrous structure (200) woven in one piece by three-dimensional weaving or multilayer. The fibrous structure (200) includes a blade root portion (210) and a blade blade portion (220) extending in a longitudinal direction (D1) between the blade root portion (210) and a blade crown portion (221) and in a transverse direction (Dt) between a leading edge portion (222) and a trailing edge portion (223). The preform (400) further comprises at least one unidirectional fold (310) present on the blade blade portion (220) of the fibrous texture, the fibers (311) of each unidirectional fold extending in a direction determined by relative to the longitudinal (DI) and transverse (Dt) directions of the blade blade portion (220) of the fibrous structure (200).
Description
Arrière-plan de l'inventionBackground of the invention
La présente invention se rapporte au domaine général des aubes de turbomachine en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice.The present invention relates to the general field of turbomachine blades of composite material comprising a fiber reinforcement densified by a matrix.
Le domaine visé est celui des aubes mobiles destinées à être montées sur des disques de rotor de turbines à gaz pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles.The targeted field is that of the blades to be mounted on gas turbine rotor discs for aircraft engines or industrial turbines.
Les matériaux composites permettent de réaliser des aubes ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique.The composite materials make it possible to produce blades having a lower overall mass than these same parts when they are made of metallic material.
La réalisation d'aubes en matériau composite pour des turbomachines a déjà été proposée. On se référera notamment à la demande de brevet US 2011/0311368. Cette demande décrit la fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, l'ébauche fibreuse destinée à constituer le renfort est réalisée par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche entre une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame. L'utilisation d'un renfort fibreux obtenu par tissage 3D ou multicouche permet d'obtenir une aube en matériau composite présentant de très bonnes propriétés mécaniques notamment en termes de tenue en fatigue et de ténacité. Il est généralement possible avec ce matériau d'agir sur les paramètres de tissage et la définition de la préforme pour conférer à la pièce les propriétés mécaniques désirées dans les zones pertinentes. Cependant, dans certains cas bien particuliers, il peut être difficile d'agir complètement librement sur les propriétés mécaniques d'une zone déterminée sans impacter négativement une zone plus large, liée par le tissage (mêmes colonnes de chaîne ou de trame).The embodiment of blades of composite material for turbomachines has already been proposed. Reference is made in particular to US patent application 2011/0311368. This application describes the manufacture of a turbomachine blade of composite material comprising a fiber reinforcement densified by a matrix, the fiber blank intended to constitute the reinforcement is produced by three-dimensional weaving (3D) or multilayer between a plurality of warp yarns and a plurality of weft threads. The use of a fiber reinforcement obtained by 3D or multilayer weaving makes it possible to obtain a blade made of composite material having very good mechanical properties, especially in terms of fatigue strength and toughness. It is generally possible with this material to act on the weaving parameters and the definition of the preform to give the piece the desired mechanical properties in the relevant areas. However, in some very particular cases, it may be difficult to act completely freely on the mechanical properties of a given area without negatively impacting a wider area, bound by weaving (same warp or weft columns).
Dans les cas de certaines sollicitations engendrant des déformations locales importantes, comme cela peut se produire par exemple lors d'une ingestion d'oiseau ou de grêle, ou d'une perte d'aube (FBO pour « Fan Blade Out), un contrôle notamment du niveau et de l'orientation de la raideur dans la ou les zone de l'aube concernées permettrait d'améliorer la tenue mécanique de l'aube vis-à-vis de ce type de sollicitations. La définition d'un ratio de raideur entre la direction radiale correspondant à la direction chaîne et la direction corde correspondant à la direction trame dans le renfort de l'aube est possible. Cependant, cette définition reste limitée dans ses possibilités en raison du tissage 3D ou multicouche qui ne permet pas de modifier complètement librement l'orientation et le taux de fibres en local dans le renfort fibreux sans impacter négativement une zone plus large, liée par le tissage (mêmes colonnes de chaîne ou de trame).In the case of certain stresses causing significant local deformations, as may occur for example during a bird ingestion or hail, or a loss of dawn (FBO for "Fan Blade Out"), a control in particular the level and the orientation of the stiffness in the area or areas of the blade concerned would improve the mechanical strength of the blade vis-à-vis this type of solicitations. The definition of a stiffness ratio between the radial direction corresponding to the warp direction and the rope direction corresponding to the weft direction in the blade reinforcement is possible. However, this definition remains limited in its possibilities because of the 3D or multilayer weave which does not completely freely change the orientation and the local fiber content in the fibrous reinforcement without negatively impacting a wider area, bound by weaving. (same string or field columns).
En outre d'un besoin de raideur spécifique dans certaines zones de l'aube, il existe d'autres parties de l'aube dans lesquelles, au contraire, il est intéressant de pouvoir augmenter localement la capacité d'allongement du matériau afin de supporter des déformations locales qui peuvent imposer au matériau de l'aube des efforts supérieurs à la limite d'élongation de ce matériau.In addition to a need for specific stiffness in certain areas of the dawn, there are other parts of the dawn in which, on the contrary, it is interesting to be able to locally increase the elongation capacity of the material to support local deformations that may impose the material of the blade forces greater than the limit of elongation of this material.
Objet et résumé de l'inventionObject and summary of the invention
Il est donc souhaitable de pouvoir disposer de renforts fibreux pour des aubes en matériau composite dont les caractéristiques mécaniques peuvent être adaptées plus librement localement par rapport au reste du renfort fibreux. A cet effet, selon la présente invention, il est proposé une préforme fibreuse de renfort d'aube de turbomachine en matériau composite, ladite préforme comprenant une structure fibreuse tissée en une seule pièce par tissage tridimensionnel ou multicouche entre une première pluralité de couches de fils et une deuxième pluralité de couches de fils, la structure fibreuse comprenant une partie de pied d'aube et une partie de pale d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale entre la portion de pied d'aube et une portion de sommet d'aube et suivant une direction transversale entre une portion de bord d'attaque et une portion de bord de fuite, caractérisée en ce que ladite préforme comprend en outre au moins un pli unidirectionnel ou une couche de tissu bidimensionnel présent sur la portion de pale d'aube de la texture fibreuse, les fibres de chaque pli unidirectionnel s'étendant dans une direction déterminée par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse ou les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel s'étendant dans deux directions déterminées par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse.It is therefore desirable to have fiber reinforcements for blades of composite material whose mechanical characteristics can be adapted more freely locally relative to the rest of the fibrous reinforcement. For this purpose, according to the present invention, it is proposed a fibrous preform of turbomachine blade reinforcement composite material, said preform comprising a fibrous structure woven in one piece by three-dimensional weaving or multilayer between a first plurality of layers of son and a second plurality of wire layers, the fiber structure comprising a blade root portion and a blade blade portion extending in a longitudinal direction between the blade root portion and a peak portion of blade and in a transverse direction between a leading edge portion and a trailing edge portion, characterized in that said preform further comprises at least one unidirectional fold or a two-dimensional fabric layer present on the blade portion of dawn of the fibrous texture, the fibers of each unidirectional fold extending in a determined direction with respect to the longitudinal and transverse directions e of the blade blade portion of the fibrous structure or the yarns of each two-dimensional fabric layer extending in two determined directions with respect to the longitudinal and transverse directions of the blade blade portion of the fibrous structure.
Ainsi, par l'ajout d'un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou de couches de tissu bidimensionnel sur une structure fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche, il est possible d'augmenter localement le taux de fibres dans une ou plusieurs directions déterminées, ce qui permet de définir un comportement mécanique spécifique du renfort et, par conséquent de l'aube en matériau composite résultante, dans la ou les zones, de l'aube couvertes par le ou les plis unidirectionnels ajoutés et/ou par la ou les couches de tissu bidimensionnel ajoutées.Thus, by adding one or more unidirectional folds and / or two-dimensional fabric layers on a fibrous structure obtained by three-dimensional or multi-layer weaving, it is possible to locally increase the level of fibers in one or more determined directions, which makes it possible to define a specific mechanical behavior of the reinforcement and, consequently, of the resulting composite material blade, in the zone or regions of the blade covered by the added unidirectional ply (s) and / or by the layer (s) of two-dimensional fabric added.
Selon un mode de réalisation de la préforme fibreuse de l'invention, les fibres de chaque pli unidirectionnel et les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel sont de même nature que les fibres de la structure fibreuse. Dans ce cas, la raideur de la préforme et, par conséquent, la raideur du renfort de l'aube en matériau composite résultante est augmentée dans la zone de la texture fibreuse couverte par le ou les plis unidirectionnels et/ou la ou les couches de tissu bidimensionnel et dans la direction des fibres de ce ou ces plis et/ou les directions des fils de cette ou ces couches de tissu bidimensionnel. On combine ainsi la ténacité de la structure fibreuse tissée 3D ou multicouche avec une augmentation de raideur localisée et orientée dans une ou plusieurs directions déterminées. L'aube résultante présente, par conséquent, une résistance mécanique améliorée.According to one embodiment of the fiber preform of the invention, the fibers of each unidirectional fold and the threads of each two-dimensional fabric layer are of the same nature as the fibers of the fibrous structure. In this case, the stiffness of the preform and, consequently, the stiffness of the resulting composite material blade reinforcement is increased in the area of the fibrous texture covered by the unidirectional ply (s) and / or the ply layer (s). two-dimensional fabric and in the direction of the fibers of this or these folds and / or the directions of the son of this or these two-dimensional fabric layers. The tenacity of the 3D or multilayer woven fibrous structure is thus combined with an increase in localized stiffness and oriented in one or more determined directions. The resulting blade has, therefore, improved mechanical strength.
Selon une caractéristique particulière de la préforme de l'invention, un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel sont présents sur la portion de sommet de la partie de pale de la structure fibreuse, les fibres du ou des plis unidirectionnels s'étendant dans une direction parallèle à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse tandis que les fils de la ou des couches de tissu bidirectionnel s'étendent dans deux directions respectivement parallèles à la direction longitudinale et à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse. Ainsi, grâce à l'ajout au niveau de la portion de sommet d'aube de la partie de pale de la structure fibreuse d'une ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou d'une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel dont les fibres ou fils sont orientés suivant la direction transversale et/ou la direction longitudinale de partie de pale, on augmente localement le taux de fibres dans ces directions, ce qui permet d'avoir en sommet d'aube, un comportement mécanique spécifique en termes de raideur par rapport au reste de l'aube.According to a particular characteristic of the preform of the invention, one or more unidirectional folds and / or one or more layers of two-dimensional fabric are present on the crown portion of the blade portion of the fibrous structure, the fibers of the ply or folds. unidirectional directions extending in a direction parallel to the transverse direction of the blade blade part of the fibrous structure while the wires of the bidirectional tissue layer (s) extend in two directions respectively parallel to the longitudinal direction and the transverse direction of the blade blade portion of the fibrous structure. Thus, by adding at the blade crown portion of the blade portion of the fibrous structure one or more unidirectional folds and / or one or more layers of two-dimensional fabric including fibers or yarns. are oriented in the transverse direction and / or the longitudinal direction of the blade portion, the rate of fibers in these directions is locally increased, which makes it possible to have at the blade tip a specific mechanical behavior in terms of stiffness with respect to the rest of the dawn.
Selon un autre mode de réalisation de la préforme de l'invention, les fibres de chaque pli unidirectionnel et les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel présentent un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse. On augmente ainsi localement le taux d'allongement et, par conséquent, la capacité de l'aube résultante à se déformer sans fissuration dans la zone couverte par le ou les plis unidirectionnels et/ou la ou les couches de tissu bidimensionnel. L'aube résultante présente, par conséquent, une résistance mécanique améliorée.According to another embodiment of the preform of the invention, the fibers of each unidirectional fold and the threads of each two-dimensional fabric layer have a higher elongation rate than the fibers of the fibrous structure. Thus, the rate of elongation and, consequently, the ability of the resulting blade to deform without cracking in the area covered by the unidirectional fold (s) and / or the two-dimensional fabric layer (s) is increased locally. The resulting blade has, therefore, improved mechanical strength.
Selon une caractéristique particulière de la préforme de l'invention, un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel sont présents sur la portion de bord de fuite de la partie de pale de la structure fibreuse, les fibres du ou des plis unidirectionnels s'étendant dans une direction parallèle à la direction longitudinale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse tandis que les fils de la ou des couches de tissu bidirectionnel s'étendent dans deux directions respectivement parallèles à la direction longitudinale et à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse. Ainsi, grâce à l'ajout au niveau de la portion de bord de fuite de la partie de pale de la structure fibreuse d'un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou d'une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel dont les fibres ou fils présentent un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse, on augmente localement le taux d'allongement et, par conséquent, la capacité de l'aube résultante à se déformer sans fissuration dans la zone couverte par le ou les plis unidirectionnels et/ou par le ou les couches de tissu bidimensionnel. Les fibres du ou des plis unidirectionnels sont orientées suivant la direction longitudinale de partie de pale, direction dans laquelle l'aube résultante présentera sur la zone couverte par le ou les plis une capacité de déformation sans fissuration accrue. Avec la ou les couches de tissu bidimensionnel, l'aube résultante présentera une capacité de déformation sans fissuration accrue à la fois dans la direction longitudinale et dans la direction transversale de partie de pale.According to a particular characteristic of the preform of the invention, one or more unidirectional folds and / or one or more layers of two-dimensional fabric are present on the trailing edge portion of the blade portion of the fibrous structure, the fibers of the unidirectional folds extending in a direction parallel to the longitudinal direction of the blade blade portion of the fibrous structure while the wires of the bi-directional tissue layer (s) extend in two directions respectively parallel to the longitudinal direction and in the transverse direction of the blade blade portion of the fibrous structure. Thus, by adding at the trailing edge portion of the blade portion of the fibrous structure one or more unidirectional pleats and / or one or more two-dimensional fabric layers whose fibers or yarns exhibit a higher elongation rate at break than that of the fibers of the fibrous structure, the rate of elongation is increased locally and, consequently, the capacity of the resulting blade to deform without cracking in the zone covered by the the unidirectional folds and / or the two-dimensional fabric layer (s). The fibers of the unidirectional ply or plies are oriented in the longitudinal direction of the blade portion, in which direction the resulting blade will present on the area covered by the ply or creases a deformation capacity without increased cracking. With the two-dimensional fabric layer (s), the resulting blade will exhibit deformation capacity without increased cracking in both the longitudinal direction and the blade section cross direction.
Selon encore un autre mode de réalisation de la préforme de l'invention, une même préforme comporte, d'une part, un ou plusieurs plis unidirectionnels ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel ayant des fibres ou des fils de même nature que les fibres de la structure fibreuse présents dans une ou plusieurs zones de la partie de pale d'aube de la texture fibreuse et, d'autre part, un ou plusieurs plis unidirectionnels ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel dont les fibres ou fils présentent un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse dans une ou plusieurs autres zones de la partie de pale de la texture fibreuse. L'invention a également pour objet une aube de turbomachine comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice caractérisée en ce que le renfort fibreux est constitué d'une préforme fibreuse selon l'invention. L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un renfort fibreux d'aube de turbomachine en matériau composite, ledit procédé comprenant la réalisation d'une structure fibreuse tissée en une seule pièce par tissage tridimensionnel ou multicouche entre une première pluralité de couches de fils et une deuxième pluralité de couches de fils, la structure fibreuse comprenant une partie de pied d'aube et une partie de pale d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale entre la portion de pied d'aube et une portion de sommet d'aube et suivant une direction transversale entre une portion de bord d'attaque et une portion de bord de fuite, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre le placement d'au moins un pli unidirectionnel ou une couche de tissu bidimensionnel sur la portion de pale d'aube de la texture fibreuse, les fibres de chaque pli unidirectionnel s'étendant dans une direction déterminée par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse et les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel s'étendant dans deux directions déterminées par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse.According to yet another embodiment of the preform of the invention, the same preform comprises, on the one hand, one or more unidirectional folds or one or more layers of two-dimensional fabric having fibers or threads of the same nature as the fibers. of the fibrous structure present in one or more areas of the blade blade part of the fibrous texture and, on the other hand, one or more unidirectional folds or one or more two-dimensional fabric layers whose fibers or yarns have a greater elongation at break than that of the fibers of the fibrous structure in one or more other areas of the blade portion of the fibrous texture. The invention also relates to a turbomachine blade comprising a fiber reinforcement densified by a matrix characterized in that the fiber reinforcement consists of a fiber preform according to the invention. The invention also relates to a process for manufacturing a fiber reinforcement of turbomachine blade of composite material, said method comprising the production of a fibrous structure woven in one piece by three-dimensional weaving or multilayer between a first plurality of layers of yarns and a second plurality of yarn layers, the fibrous structure comprising a blade root portion and a blade blade portion extending in a longitudinal direction between the blade root portion and an apex portion blade and in a transverse direction between a leading edge portion and a trailing edge portion, characterized in that said method further comprises placing at least one unidirectional fold or a two-dimensional fabric layer over the portion blade blade of the fibrous texture, the fibers of each unidirectional fold extending in a direction determined with respect to the longitudinal and transv directions ersal of the blade blade portion of the fibrous structure and the yarns of each two-dimensional fabric layer extending in two directions determined with respect to the longitudinal and transverse directions of the blade blade portion of the fibrous structure.
Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, les fibres de chaque pli unidirectionnel et les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel sont de même nature que les fibres de la structure fibreuse.According to one embodiment of the method of the invention, the fibers of each unidirectional fold and the threads of each layer of two-dimensional fabric are of the same nature as the fibers of the fibrous structure.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l'invention, un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel sont placés sur la portion de sommet de la partie de pale de la structure fibreuse, les fibres du ou des plis unidirectionnels s'étendant dans une direction parallèle à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse tandis que les fils de la ou des couches de tissu bidirectionnel s'étendent dans deux directions respectivement parallèles à la direction longitudinale et à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse.According to a particular characteristic of the method of the invention, one or more unidirectional folds and / or one or more layers of two-dimensional fabric are placed on the crown portion of the blade portion of the fibrous structure, the fibers of the unidirectional fold or folds. extending in a direction parallel to the transverse direction of the vane blade portion of the fibrous structure while the yarns of the bi-directional tissue layer (s) extend in two directions respectively parallel to the longitudinal direction and the transverse direction of the blade blade part of the fibrous structure.
Selon un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, les fibres de chaque pli unidirectionnel et les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel présentent un taux d'allongement à la rupture en traction supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse.According to another embodiment of the method of the invention, the fibers of each unidirectional fold and the threads of each two-dimensional fabric layer have a tensile elongation rate greater than that of the fibers of the fibrous structure.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l'invention, un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel sont placés sur la portion de bord de fuite de la partie de pale de la structure fibreuse, les fibres du ou des plis unidirectionnels s'étendant dans une direction parallèle à la direction longitudinale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse tandis que les fils de la ou des couches de tissu bidimensionnel s'étendent dans deux directions respectivement parallèles à la direction longitudinale et à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse.According to a particular characteristic of the method of the invention, one or more unidirectional folds and / or one or more layers of two-dimensional fabric are placed on the trailing edge portion of the blade portion of the fibrous structure, the fibers of the unidirectional folds extending in a direction parallel to the longitudinal direction of the blade blade part of the fibrous structure while the wires of the two-dimensional fabric layer (s) extend in two directions respectively parallel to the longitudinal direction and in the transverse direction of the blade blade part of the fibrous structure.
Selon encore autre mode de réalisation de la préforme de l'invention, un ou plusieurs plis unidirectionnels ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel ayant des fibres ou des fils de même nature que les fibres de la structure fibreuse sont placés sur une ou plusieurs zones de la partie de pale d'aube de la texture fibreuse tandis qu'un ou plusieurs plis unidirectionnels ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel dont les fibres ou les fils présentent un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse sont placés sur une ou plusieurs autres zones de la partie de pale de la texture fibreuse. L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine comprenant la fabrication d'un renfort fibreux selon l'invention et la densification dudit renfort fibreux par une matrice. L’invention vise en outre une turbomachine équipée d’une pluralité d'aubes selon l’invention ou fabriquées selon le procédé tel que défini ci-avant.According to yet another embodiment of the preform of the invention, one or more unidirectional folds or one or more two-dimensional fabric layers having fibers or yarns of the same nature as the fibers of the fibrous structure are placed on one or more zones. of the blade blade part of the fibrous texture while one or more unidirectional folds or one or more layers of two-dimensional fabric whose fibers or yarns have a higher elongation-to-break ratio than the fibers of the fibrous structure are placed on one or more other areas of the blade portion of the fibrous texture. The invention finally relates to a method of manufacturing a turbomachine blade comprising the manufacture of a fibrous reinforcement according to the invention and the densification of said fibrous reinforcement by a matrix. The invention further relates to a turbomachine equipped with a plurality of blades according to the invention or manufactured according to the method as defined above.
Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de façon très schématique une ébauche fibreuse tissée tridimensionnelle destinée à la réalisation d'une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 et 4 montrent la réalisation d'une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre très schématiquement un pli unidirectionnel utilisé pour la réalisation d'une préforme fibreuse selon l'invention ; - la figure 5 illustre une aube de turbomachine en matériau composite obtenue à partir de la préforme de la figure 4 ; - les figures 6 et 7 montrent la réalisation d'une préforme fibreuse conformément à un autre mode de réalisation de l'invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood from the description given below, by way of indication but without limitation, with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 very schematically illustrates a three-dimensional woven fiber blank intended for the producing a fiber preform according to an embodiment of the invention; - Figures 2 and 4 show the realization of a fiber preform according to one embodiment of the invention; FIG. 3 very schematically illustrates a unidirectional fold used for producing a fiber preform according to the invention; FIG. 5 illustrates a turbomachine blade of composite material obtained from the preform of FIG. 4; - Figures 6 and 7 show the embodiment of a fiber preform according to another embodiment of the invention.
Description détaillée de modes de réalisation L’invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de préformes fibreuses aptes à constituer des renforts fibreux pour des aubes de turbomachine en matériau composite, notamment des aubes de soufflante ou de compresseur de turbines à gaz de moteurs aéronautiques. Les aubes sont obtenues par densification des préformes fibreuses par une matrice. La matrice est typiquement une résine, dans le cas de matériaux composites utilisés à température relativement peu élevée, typiquement jusqu'à 300°C, ou un matériau réfractaire tel que du carbone ou céramique dans le cas de composites thermostructuraux.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The invention generally applies to the production of fiber preforms capable of constituting fibrous reinforcements for turbomachine blades of composite material, in particular fan blades or gas turbine compressor blades. aeronautical engines. The blades are obtained by densification of the fibrous preforms by a matrix. The matrix is typically a resin, in the case of composite materials used at relatively low temperature, typically up to 300 ° C, or a refractory material such as carbon or ceramic in the case of thermostructural composites.
La figure 1 montre très schématiquement une ébauche fibreuse 100 destinée à former une texture fibreuse à partir de laquelle une préforme fibreuse selon l'invention est constituée par ajout d'un ou plusieurs plis unidirectionnels ou d'une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel comme expliqué ci-après. La préforme ainsi obtenue est destinée à former le renfort fibreux d'une aube de moteur aéronautique. L'ébauche fibreuse 100 est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche réalisé de façon connue au moyen d’un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaîne ou torons 101 en une pluralité de couches, les fils de chaîne étant liés par des fils de trame 102 également disposés en une pluralité de couches. Un exemple détaillé de réalisation d'une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une aube pour moteur aéronautique est notamment décrit en détail dans les documents US 7 101 154, US 7 241 112 et WO 2010/061140.FIG. 1 shows very schematically a fibrous blank 100 intended to form a fibrous texture from which a fibrous preform according to the invention is constituted by adding one or more unidirectional folds or one or more two-dimensional fabric layers as explained below. The preform thus obtained is intended to form the fibrous reinforcement of an aeronautical engine blade. The fibrous blank 100 is obtained by three-dimensional weaving or multilayer weaving made in known manner by means of a jacquard loom on which a bundle of warp threads or strands 101 has been arranged in a plurality of layers, the threads of chain being linked by weft threads 102 also arranged in a plurality of layers. A detailed example of embodiment of a fiber preform intended to form the fibrous reinforcement of a blade for an aeronautical engine is described in detail in documents US 7 101 154, US 7 241 112 and WO 2010/061140.
Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D » ou encore « tissage multicouche », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement suivant un tissage correspondant à une armure de tissage qui peut être notamment choisie parmi une des armures suivantes : interlock, multi-toile, multi-satin et multi-sergé.By "three-dimensional weaving" or "3D weaving" or "multilayer weaving" is meant here a weaving mode whereby at least some of the weft yarns bind warp yarns on several layers of warp yarns or conversely following a weave corresponding to a weave weave which can be chosen in particular from one of the following armor: interlock, multi-fabric, multi-satin and multi-twill.
Par « armure ou tissu interlock », on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de fils de chaîne lie plusieurs couches de fils de trame avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l’armure. Par « armure ou tissu multi-toile », on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l’armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type toile classique mais avec certains points de l’armure qui lient les couches de fils de trame entre elles. Par « armure ou tissu multi-satin », on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l’armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type satin classique mais avec certains points de l’armure qui lient les couches de fils de trame entre elles. Par « armure ou tissu multi-sergé », on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type sergé classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles. La texture fibreuse peut également être réalisée en combinant plusieurs armures de tissage, par exemple une armure interlock à cœur et une armure multi-satin en peau.By "weave or interlock fabric" is meant here a 3D weave armor, each layer of warp threads binding several layers of weft threads with all the threads of the same warp column having the same movement in the plane of the weave. armor. By "armor or multi-fabric fabric" is meant here a 3D weave with several layers of weft threads whose basic armor of each layer is equivalent to a conventional canvas type armor but with some points of the armor that bind the layers of weft threads together. By "multi-satin weave or fabric" is meant here a 3D weave with several layers of weft yarns whose basic weave of each layer is equivalent to a classic satin-like weave but with certain points of the weave which bind the layers of weft threads together. By "weave or multi-twill fabric" is meant here a 3D weave with several layers of weft threads whose basic armor of each layer is equivalent to a classic twill type armor but with some points of the armor that bind the layers of weft threads together. The fibrous texture can also be achieved by combining a plurality of weave weaves, for example interlock weave at heart and multi-satin skin weave.
Les fils utilisés pour tisser l'ébauche fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, alumine. L'ébauche fibreuse 100 est tissée sous forme d’une bande s'étendant de façon générale dans une direction X correspondant à la direction longitudinale de l'aube à réaliser. L'ébauche fibreuse présente une épaisseur variable déterminée en fonction de l'épaisseur longitudinale et de profil de la pale de l'aube à réaliser. Dans sa partie destinée à former une préforme de pied, l'ébauche fibreuse 100 présente une surépaisseur 103 déterminée en fonction de l'épaisseur du pied de l'aube à réaliser et qui peut être réalisée en utilisant par exemple des fils de titre plus important ou un insert. L'ébauche fibreuse 100 se prolonge par une portion d'épaisseur décroissante 104 destinée à former l'échasse de l'aube puis par une partie 105 destinée à former la pale de l'aube. La partie 105 présente dans une direction perpendiculaire à la direction X un profil à épaisseur variable entre son bord 105a destiné à former le bord d'attaque de l'aube et son bord 105b destiné à former le bord de fuite de l'aube à réaliser. L'ébauche fibreuse 100 est tissée en une seule pièce et doit présenter, après découpe des fils non tissés, la forme et les dimensions quasi-définitives de l'aube (« net shape »). A cet effet, dans les parties de variations d'épaisseur de l'ébauche fibreuse, comme dans la portion d'épaisseur décroissante 104, la diminution d'épaisseur de la préforme est obtenue en retirant progressivement des couches de fils de chaîne et de trame au cours du tissage. Une fois le tissage de l'ébauche fibreuse 100 achevé, on découpe les fils non tissés et notamment ceux qui ont été extraits de la texture au niveau des parties de variation d'épaisseur. On obtient alors une structure fibreuse 200 illustrée sur la figure 2 et tissée en une seule pièce.The yarns used to weave the fibrous blank intended to form the fibrous reinforcement of the composite material part may in particular be formed of fibers consisting of one of the following materials: carbon, silicon carbide, alumina. The fibrous blank 100 is woven in the form of a strip extending generally in a direction X corresponding to the longitudinal direction of the blade to be produced. The fibrous blank has a variable thickness determined according to the longitudinal thickness and profile of the blade of the blade to be produced. In its part intended to form a foot preform, the fibrous blank 100 has an extra thickness 103 determined as a function of the thickness of the root of the blade to be produced and which can be made using for example larger title threads. or an insert. The fibrous blank 100 is extended by a portion of decreasing thickness 104 intended to form the stilt of the blade and then by a portion 105 intended to form the blade of the blade. The portion 105 has in a direction perpendicular to the direction X a variable thickness profile between its edge 105a intended to form the leading edge of the blade and its edge 105b intended to form the trailing edge of the blade to be realized . The fibrous blank 100 is woven in one piece and must have, after cutting nonwoven son, the shape and the almost final dimensions of the dawn ("net shape"). For this purpose, in the thickness variation portions of the fibrous blank, as in the decreasing thickness portion 104, the preform thickness decrease is achieved by progressively removing layers of warp and weft yarns. during weaving. Once the weaving of the fibrous blank 100 has been completed, the non-woven yarns are cut, in particular those that have been extracted from the texture at the thickness variation portions. A fibrous structure 200 illustrated in FIG. 2 is then obtained and woven in one piece.
La structure fibreuse 200 comprend une partie de pied d'aube 210 et une partie de pale d'aube 220 s'étendant suivant une direction longitudinale Di entre la partie de pied d'aube 210 et une portion de sommet d'aube 221 et suivant une direction transversale Dt entre une portion de bord d'attaque 222 et une portion de bord de fuite 223.The fibrous structure 200 comprises a blade root portion 210 and a blade blade portion 220 extending in a longitudinal direction Di between the blade root portion 210 and a blade crown portion 221 and following. a transverse direction Dt between a leading edge portion 222 and a trailing edge portion 223.
Conformément à un mode de réalisation l'invention, un ou plusieurs plis unidirectionnels sont placés sur la portion de pale d'aube de la texture fibreuse, les fibres de chaque pli unidirectionnel s'étendant dans une direction déterminée par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse.According to one embodiment of the invention, one or more unidirectional folds are placed on the blade blade portion of the fibrous texture, the fibers of each unidirectional fold extending in a determined direction relative to the longitudinal and transverse directions. the blade blade part of the fibrous structure.
Par « plis unidirectionnels », on entend ici des strates fibreuses constituées de fibres longues continues qui sont parallèles entre elles. La figure 3 illustre un pli unidirectionnel 30 constitué d'une pluralité de torons de fibres longues continues 311 s'étendant toutes dans une même direction Dp. Chaque pli peut être constitué d'une seule rangée de fibres alignées les unes à côté des autres ou de plusieurs rangées superposées comme illustrées sur la figure 3. Les fibres sont maintenues en place par un moyen de liaison qui peut être notamment un agent adhésif ou un fil de couture éventuellement à caractère fugace.By "unidirectional folds" is meant here fibrous strata consisting of continuous long fibers which are parallel to each other. Figure 3 illustrates a unidirectional fold 30 consisting of a plurality of continuous long fiber strands 311 all extending in the same direction Dp. Each fold may consist of a single row of aligned fibers next to one another or of several superimposed rows as shown in FIG. 3. The fibers are held in place by a connecting means which may be in particular an adhesive agent or a sewing thread, possibly of a fleeting nature.
Dans l'exemple décrit ici, deux plis unidirectionnels 310 et 320 sont placés sur la portion de bord de sommet d'aube 221 de la partie de pale 220 de la structure fibreuse 200. Le pli 310 est placé sur une première face de la partie de pale d'aube 220 tandis que le pli 320 est placé sur l'autre face de la partie de pale d'aube 220. Les fibres 311 et 321 respectivement des plis unidirectionnels 310 et 320 s'étendent dans des directions D310 et D320 qui sont parallèles à la direction transversale Dt de la partie de pale d'aube 220 de la structure fibreuse 220. Selon une variante de réalisation, seul un des deux plis unidirectionnels 310 et 320 peut être placé sur une des faces de la partie de pale d'aube 220. Les plis unidirectionnels peuvent être préimprégnés, par exemple avec une résine, ce qui permet au pli d'adhérer directement sur la partie de pale 220 de la structure fibreuse 200. Dans le cas de plis non imprégnés dits « secs », une colle en spray ou « tackifiant » peut être utilisé pour faire adhérer les plis sur la partie de pale 220 de la structure fibreuse 200, la colle s'évaporant lors des traitements thermiques ultérieurs.In the example described here, two unidirectional folds 310 and 320 are placed on the blade crown edge portion 221 of the blade portion 220 of the fibrous structure 200. The fold 310 is placed on a first face of the portion blade blade 220 while the fold 320 is placed on the other face of the blade blade portion 220. The fibers 311 and 321 respectively unidirectional folds 310 and 320 extend in directions D310 and D320 which are parallel to the transverse direction Dt of the blade blade portion 220 of the fibrous structure 220. According to an alternative embodiment, only one of the two unidirectional folds 310 and 320 may be placed on one of the faces of the blade portion 220. The unidirectional plies may be pre-impregnated, for example with a resin, which allows the ply to adhere directly to the blade portion 220 of the fibrous structure 200. In the case of so-called "dry" non-impregnated plies, a glue in spray or "tackifia nt "can be used to adhere the plies on the blade portion 220 of the fibrous structure 200, the glue evaporating during subsequent heat treatments.
On obtient alors une préforme fibreuse 400 constituée de la texture 200 et des plis unidirectionnels 310 et 320 comme illustrée sur la figure 4.A fibrous preform 400 consisting of the texture 200 and unidirectional folds 310 and 320 is thus obtained as illustrated in FIG. 4.
Dans ce mode de réalisation, les fibres 311 et 321 respectivement des plis unidirectionnels 310 et 320 sont de même nature que celles de la structure fibreuse 200. Les fibres des plis 310, 320 et les fibres de la structure 200 sont par exemple en carbone, verre, carbure de silicium ou encore alumine.In this embodiment, the fibers 311 and 321 respectively unidirectional folds 310 and 320 are of the same nature as those of the fibrous structure 200. The fibers of the plies 310, 320 and the fibers of the structure 200 are for example carbon, glass, silicon carbide or alumina.
Ainsi, grâce à l'ajout au niveau de la portion de sommet d'aube 221 de la partie de pale 220 de la structure fibreuse de plis unidirectionnels 310 et 320 dont les fibres sont orientées suivant la direction transversale Dt de partie de pale 220, on augmente localement le taux fibres dans cette direction, ce qui permet de définir un comportement mécanique spécifique du renfort de l'aube dans la direction des fibres des plis. On combine ainsi la ténacité de la structure fibreuse 200 tissée 3D ou multicouche avec une augmentation de raideur localisée et orientée dans une direction déterminé, la zone concernée correspondant ici au sommet d'aube où les plis unidirectionnels 310 et 320 ont été placés et la direction déterminée correspondant ici à la direction transversale de la pale d'aube. L'aube résultante présente, par conséquent, une résistance mécanique améliorée.Thus, thanks to the addition at the blade crown portion 221 of the blade portion 220 of the fibrous structure of unidirectional folds 310 and 320 whose fibers are oriented in the blade section transverse direction Dt 220, the fiber content is increased locally in this direction, which makes it possible to define a specific mechanical behavior of the blade reinforcement in the direction of the fibers of the folds. The tenacity of the 3D or multilayer woven fibrous structure 200 is thus combined with an increase in localized stiffness and oriented in a determined direction, the area concerned here corresponding to the blade tip where the unidirectional folds 310 and 320 have been placed and the direction determined corresponding here to the transverse direction of the blade blade. The resulting blade has, therefore, improved mechanical strength.
Bien entendu, les fibres du ou des plis unidirectionnels ajoutés sur la structure fibreuse peuvent être orientées dans n'importe quelle direction par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale en fonction des besoins.Of course, the fibers of the unidirectional fold or folds added to the fibrous structure can be oriented in any direction with respect to the longitudinal and transverse directions of the blade portion as needed.
Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel peuvent être également utilisées en outre ou à la place des plis unidirectionnels 310 et 320, ce qui permet de définir un comportement mécanique spécifique du renfort de l'aube dans les directions des fils des couches de tissu. Les fils de la ou des couches de tissu bidirectionnel peuvent s'étendre dans deux directions respectivement parallèles à la direction longitudinale et à la direction transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse ou dans toutes autres directions en fonction des besoins. L'augmentation de raideur dans une direction déterminée avec l'ajout d'un ou plusieurs plis unidirectionnels ou dans deux directions déterminées avec l'ajout d'une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel peut être également obtenue en utilisant des fibres ou des fils présentant une raideur supérieure à celle des fibres ou fils de la structure fibreuse 200.According to another embodiment of the invention, one or more two-dimensional fabric layers may also be used in addition to or in place of the unidirectional folds 310 and 320, which makes it possible to define a specific mechanical behavior of the reinforcement of the dawn in the directions of the threads of the layers of cloth. The yarns of the bidirectional fabric layer (s) may extend in two directions respectively parallel to the longitudinal direction and the transverse direction of the blade blade part of the fibrous structure or in any other directions as required. The increase in stiffness in a determined direction with the addition of one or more unidirectional folds or in two determined directions with the addition of one or more layers of two-dimensional fabric can also be achieved using fibers or wires having a stiffness greater than that of the fibers or threads of the fibrous structure 200.
On procède ensuite à la densification de la préforme fibreuse 400 afin de former une aube 10 en matériau composite illustrée sur la figure 5. La densification de la préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce à fabriquer consiste à combler la porosité de la préforme, dans tout ou partie du volume de celle-ci, par le matériau constitutif de la matrice. Cette densification peut être réalisée de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide (CVL) ou le procédé par voie gazeuse (CVI), ou encore suivant un enchaînement de ces deux procédés.The fiber preform 400 is then densified in order to form a blade 10 made of a composite material illustrated in FIG. 5. The densification of the fibrous preform intended to form the fibrous reinforcement of the part to be manufactured consists in filling the porosity of the preform, in all or part of the volume thereof, by the material constituting the matrix. This densification can be carried out in a manner known per se according to the liquid method (CVL) or the gaseous process (CVI), or alternatively in a sequence of these two processes.
Le procédé par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine époxyde à hautes performances, éventuellement dilué dans un solvant. La préforme est placée dans un moule pouvant être fermé de manière étanche avec un logement ayant la forme de l'aube finale moulée. Ensuite, on referme le moule et on injecte le précurseur liquide de matrice (par exemple une résine) dans tout le logement pour imprégner toute la partie fibreuse de la préforme.The liquid process consists of impregnating the preform with a liquid composition containing a precursor of the matrix material. The precursor is usually in the form of a polymer, such as a high performance epoxy resin, optionally diluted in a solvent. The preform is placed in a mold that can be sealed with a housing having the shape of the molded final blade. Then, the mold is closed and the liquid matrix precursor (for example a resin) is injected throughout the housing to impregnate the entire fibrous portion of the preform.
La transformation du précurseur en matrice, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser.The conversion of the precursor into a matrix, namely its polymerization, is carried out by heat treatment, generally by heating the mold, after removal of the optional solvent and crosslinking of the polymer, the preform being always maintained in the mold having a shape corresponding to that of the piece to realize.
Dans le cas de la formation d’une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur pour transformer la matrice en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ), tandis que des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques. Plusieurs cycles consécutifs, depuis l'imprégnation jusqu'au traitement thermique, peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité.In the case of the formation of a carbon or ceramic matrix, the heat treatment consists in pyrolyzing the precursor to transform the matrix into a carbon or ceramic matrix according to the precursor used and the pyrolysis conditions. By way of example, liquid precursors of ceramics, in particular of SiC, may be polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type resins, whereas liquid carbon precursors may be rate resins. relatively high coke, such as phenolic resins. Several consecutive cycles, from impregnation to heat treatment, can be performed to achieve the desired degree of densification.
Selon un aspect de l'invention, dans le cas notamment de la formation d'une matrice organique, la densification de la préforme fibreuse peut être réalisée par le procédé bien connu de moulage par transfert dit RTM ("Resin Transfert Moulding"). Conformément au procédé RTM, on place la préforme fibreuse dans un moule présentant la forme extérieure de la pièce à réaliser. Une résine thermodurcissable est injectée dans l'espace interne du moule qui comprend la préforme fibreuse. Un gradient de pression est généralement établi dans cet espace interne entre l'endroit où est injecté la résine et les orifices d'évacuation de cette dernière afin de contrôler et d'optimiser l'imprégnation de la préforme par la résine.According to one aspect of the invention, in the case in particular of the formation of an organic matrix, the densification of the fiber preform can be carried out by the well-known method of transfer molding known as RTM ("Resin Transfer Molding"). According to the RTM method, the fiber preform is placed in a mold having the external shape of the part to be produced. A thermosetting resin is injected into the inner space of the mold which comprises the fibrous preform. A pressure gradient is generally established in this internal space between the place where the resin is injected and the evacuation ports of the latter in order to control and optimize the impregnation of the preform with the resin.
La densification de la préforme fibreuse peut-être également réalisée, de façon connue, par voie gazeuse par infiltration chimique en phase vapeur de la matrice (CVI). La préforme fibreuse correspondant au renfort fibreux de l'aube à réaliser est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la préforme pour y former la matrice par dépôt, au cœur du matériau au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants, contrairement aux conditions de pression et températures propres aux procédés CVD ("Chemical Vapor Déposition") qui conduisent exclusivement à un dépôt à la surface du matériau.The densification of the fiber preform may also be carried out, in a known manner, by gaseous method by chemical vapor infiltration of the matrix (CVI). The fibrous preform corresponding to the fibrous reinforcement of the blade to be produced is placed in an oven in which a gaseous reaction phase is admitted. The pressure and the temperature prevailing in the furnace and the composition of the gas phase are chosen so as to allow the diffusion of the gas phase within the porosity of the preform to form the matrix by deposition, at the heart of the material on contact. fibers, of a solid material resulting from a decomposition of a constituent of the gas phase or a reaction between several constituents, unlike the pressure conditions and temperatures specific to the CVD ("Chemical Vapor Deposition") processes which lead to exclusively to a deposit on the surface of the material.
La formation d'une matrice SiC peut être obtenue avec du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS tandis qu'une matrice carbone peut être obtenue avec des gaz hydrocarbures tels que méthane et/ou propane donnant le carbone par craquage.The formation of an SiC matrix can be obtained with methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of the MTS while a carbon matrix can be obtained with hydrocarbon gases such as methane and / or propane giving the carbon by cracking.
Une densification combinant voie liquide et voie gazeuse peut être également utilisée pour faciliter la mise en oeuvre, limiter les coûts et les cycles de fabrication tout en obtenant des caractéristiques satisfaisantes pour l'utilisation envisagée.A densification combining liquid route and gaseous route can also be used to facilitate implementation, limit costs and production cycles while obtaining satisfactory characteristics for the intended use.
Après densification, on obtient une aube 10 en matériau composite qui, comme illustrée sur la figure 5, comporte dans sa partie inférieure un pied 13 formé par la partie de pied d'aube 210 de la structure fibreuse 200 et une pale 15 formée par la partie de pale d'aube 220 de la structure fibreuse. L'augmentation locale de raideur peut être également définie dans des parties de la préforme destinées à être assemblées avec une pièce présentant une raideur supérieure à celle de l'aube résultante comme c'est le cas par exemple lors du collage d'une pièce de protection métallique sur le bord d'attaque d'une aube. Dans ce cas, la différence de raideur entre la pièce en matériau métallique et le matériau composite de l'aube peut conduire à un endommagement ou rupture de l'assemblage. En augmentant la raideur du matériau composite de l'aube par l'ajout d'un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou d'une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel sur la zone du renfort fibreux destinée à être assemblée avec la pièce en matériau métallique, on réduit les risques d'endommagement ou de rupture.After densification, a blade 10 of composite material is obtained, which, as illustrated in FIG. 5, comprises in its lower part a root 13 formed by the root portion 210 of the fibrous structure 200 and a blade 15 formed by the part of the blade blade 220 of the fibrous structure. The local increase in stiffness can also be defined in parts of the preform intended to be assembled with a piece having a stiffness greater than that of the resulting blade, as is the case for example when gluing a piece of metal protection on the leading edge of a dawn. In this case, the difference in stiffness between the piece of metallic material and the composite material of the blade can lead to damage or breakage of the assembly. By increasing the stiffness of the composite dawn material by adding one or more unidirectional pleats and / or one or more layers of two-dimensional fabric to the area of the fibrous reinforcement to be joined with the metallic material part it reduces the risk of damage or breakage.
La figure 6 montre très schématiquement une structure fibreuse 500 à partir de laquelle une préforme fibreuse selon un autre mode de réalisation de l'invention est constituée par ajout d'une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel comme expliqué ci-après. La préforme obtenue est destinée à former le renfort fibreux d'une aube de moteur aéronautique.Figure 6 shows very schematically a fibrous structure 500 from which a fibrous preform according to another embodiment of the invention is formed by adding one or more two-dimensional fabric layers as explained below. The preform obtained is intended to form the fibrous reinforcement of an aeronautical engine blade.
Comme déjà expliqué précédemment, la structure fibreuse 500 est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche d'une ébauche fibreuse. L'ébauche fibreuse à partir de laquelle est obtenue la structure fibreuse 500 est réalisée de la même façon que l'ébauche fibreuse 100 déjà décrite et ne sera pas décrite de nouveau par souci de simplification. Toutes les variantes de tissage et de réalisation décrites en relation avec l'ébauche 100 s'applique également pour l'ébauche fibreuse utilisée pour réaliser la structure fibreuse 500.As already explained above, the fibrous structure 500 is obtained by three-dimensional or multi-layer weaving of a fibrous blank. The fibrous blank from which the fibrous structure 500 is obtained is produced in the same way as the fiber blank 100 already described and will not be described again for the sake of simplification. All the weaving and production variants described in relation to the blank 100 also apply to the fiber blank used to produce the fibrous structure 500.
La structure fibreuse 500 tissée 3D ou multicouche en une seule pièce comprend une partie de pied d'aube 510 et une partie de pale d'aube 520 s'étendant suivant une direction longitudinale Di entre la partie de pied d'aube 510 et une portion de sommet d'aube 521 et suivant une direction transversale Dt entre une portion de bord d'attaque 522 et une portion de bord de fuite 523.The one-piece 3D or multi-layer woven fiber structure 500 comprises a blade root portion 510 and a blade blade portion 520 extending in a longitudinal direction Di between the blade root portion 510 and a portion blade aperture 521 and in a transverse direction Dt between a leading edge portion 522 and a trailing edge portion 523.
Conformément à l'invention, une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel sont placées sur la portion de pale d'aube de la texture fibreuse, les fils de chaque couche de tissu bidimensionnel s'étendant dans deux directions déterminées par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale d'aube de la structure fibreuse. Par « couche de tissu bidimensionnel », on entend ici toute texture fibreuse tissée suivant un tissage bidimensionnel avec une première série de fils formant un angle, par exemple de 45° ou 90°, avec une deuxième série de fils.According to the invention, one or more layers of two-dimensional fabric are placed on the blade blade portion of the fibrous texture, the threads of each two-dimensional fabric layer extending in two directions determined with respect to the longitudinal and transverse directions. the blade blade part of the fibrous structure. By "two-dimensional fabric layer" is meant here any fibrous texture woven according to a two-dimensional weave with a first series of son forming an angle, for example 45 ° or 90 °, with a second series of son.
Dans l'exemple décrit ici, une couche de tissu bidimensionnel 610 est placée sur la portion de bord de fuite 523 de la partie de pale 520 de la structure fibreuse 500. La couche de tissu bidimensionnel 610 est placée à la fois sur les première et deuxième faces de la partie de pale d'aube 520. La couche de tissu bidimensionnel comprend des premiers fils 611 qui s'étendent dans une direction D6ii parallèle à la direction longitudinale Di de la partie de pale d'aube 520 de la structure fibreuse 500 et des deuxièmes fils 612 qui s'étendent dans une direction D612 parallèle à la direction transversale Dt de la partie de pale d'aube 520 de la structure fibreuse 500. Selon une variante de réalisation, la couche de tissu bidimensionnel 610 peut être placée sur une seule des faces de la partie de pale d'aube 520.In the example described here, a two-dimensional fabric layer 610 is placed on the trailing edge portion 523 of the blade portion 520 of the fibrous structure 500. The two-dimensional fabric layer 610 is placed on both the first and second second faces of the blade blade portion 520. The two-dimensional fabric layer comprises first wires 611 which extend in a direction D6ii parallel to the longitudinal direction Di of the blade blade portion 520 of the fiber structure 500 and second wires 612 which extend in a direction D612 parallel to the transverse direction Dt of the blade blade portion 520 of the fibrous structure 500. According to an alternative embodiment, the two-dimensional tissue layer 610 may be placed on only one of the faces of the blade blade portion 520.
La couche de tissu bidimensionnel peut être préimprégnée, par exemple avec une résine, ce qui permet au pli d'adhérer directement sur la partie de pale 520 de la structure fibreuse 500. Dans le cas d'une couche de tissu non imprégnée dite « sèche », une colle en spray ou « tackifiant » peut être utilisé pour faire adhérer la couche sur la partie de pale 520 de la structure fibreuse 500, la colle s'évaporant lors des traitements thermiques ultérieurs.The two-dimensional fabric layer may be pre-impregnated, for example with a resin, which allows the ply to adhere directly to the blade portion 520 of the fibrous structure 500. In the case of a non-impregnated fabric layer known as "dry" "A spray adhesive or" tackifier "may be used to adhere the layer on the blade portion 520 of the fibrous structure 500, the adhesive evaporating during subsequent heat treatments.
On obtient alors une préforme fibreuse 700 constituée de la texture fibreuse 500 et de la couche de tissu bidimensionnel 610 (figure 7). Dans ce mode de réalisation, les fils 611 et 612 de la couche de tissu bidimensionnel présentent un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse. Dans le cas par exemple d'une aube de soufflante en matériau composite à matrice organique (CMO), la préforme fibreuse de l'aube peut être réalisée à partir d'une texture fibreuse obtenue par tissage de fibres de carbone HexTow® IM7 sur laquelle une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel HexForce® sont ajoutées, le tissu HexForce® comprenant des fibres de carbone présentant un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres carbones HexTow® IM7.A fibrous preform 700 consisting of the fibrous texture 500 and the two-dimensional fabric layer 610 (FIG. 7) is then obtained. In this embodiment, the wires 611 and 612 of the two-dimensional fabric layer have an elongation rate at break greater than that of the fibers of the fiber structure. In the case for example of a fan blade made of organic matrix composite material (CMO), the fiber preform of the blade can be made from a fibrous texture obtained by weaving HexTow® IM7 carbon fibers on which one or more two-dimensional HexForce® fabric layers are added, the HexForce® fabric comprising carbon fibers having a greater elongation at break than HexTow® IM7 carbon fibers.
Ainsi, grâce à l'ajout au niveau de la portion de bord de fuite 523 de la partie de pale 520 de la structure fibreuse 500 d'une couche de tissu bidimensionnel 610 dont les fils présentent un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse, on augmente localement le taux d'allongement et, par conséquent, la capacité de l'aube résultante à se déformer sans fissuration dans la zone couverte par le pli unidirectionnel. Les fils 611 et 612 de la couche de tissu bidimensionnel 610 sont orientées respectivement suivant la direction longitudinale Di et la direction transversale Dt de partie de pale 520, directions dans lesquelles l'aube résultante présentera sur la zone couverte par la couche de tissu bidimensionnel 610 une capacité de déformation sans fissure accrue. L'aube résultante présente, par conséquent, une résistance mécanique améliorée.Thus, by adding at the trailing edge portion 523 of the blade portion 520 of the fibrous structure 500 a two-dimensional fabric layer 610 whose yarns have a higher elongation rate at break than that of the fibers of the fibrous structure, the rate of elongation and, consequently, the capacity of the resulting blade to deform without cracking in the area covered by the unidirectional fold is locally increased. The threads 611 and 612 of the two-dimensional fabric layer 610 are respectively oriented in the longitudinal direction Di and the blade section 520 transverse direction Dt, directions in which the resulting blade will present on the area covered by the two-dimensional fabric layer 610 a deformation capacity without increased crack. The resulting blade has, therefore, improved mechanical strength.
Bien entendu, les fils de la ou les couches de tissu bidimensionnel ajoutées sur la structure fibreuse peuvent être orientés dans n'importe quelle direction par rapport aux directions longitudinale et transversale de la partie de pale en fonction des besoins.Of course, the yarns of the two-dimensional fabric layer (s) added to the fibrous structure can be oriented in any direction with respect to the longitudinal and transverse directions of the blade portion as needed.
Un ou plusieurs plis unidirectionnels peuvent être également utilisés en outre ou à la place de la couche de tissu bidimensionnel 610, ce qui permet de définir un comportement mécanique spécifique du renfort de l'aube, ici une plus grande capacité de déformation sans fissuration, dans la direction des fibres du ou des plis unidirectionnels.One or more unidirectional folds may also be used in addition to or in place of the two-dimensional fabric layer 610, which makes it possible to define a specific mechanical behavior of the blade reinforcement, here a greater capacity of deformation without cracking, in the fiber direction of the unidirectional fold or folds.
On procède ensuite à la densification de la préforme fibreuse 600 afin de former une aube en matériau composite. La densification de la préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce à fabriquer consiste à combler la porosité de la préforme, dans tout ou partie du volume de celle-ci, par le matériau constitutif de la matrice. Cette densification peut être réalisée de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide (CVL) ou le procédé par voie gazeuse (CVI), ou encore suivant un enchaînement de ces deux procédés. Pour les détails de ces différentes voies de densification, on se référera à la densification de la préforme 400 déjà décrite.The fiber preform 600 is then densified to form a blade made of composite material. The densification of the fibrous preform intended to form the fibrous reinforcement of the part to be manufactured consists in filling the porosity of the preform, in all or part of the volume thereof, with the material constituting the matrix. This densification can be carried out in a manner known per se according to the liquid method (CVL) or the gaseous process (CVI), or alternatively in a sequence of these two processes. For the details of these different densification channels, reference will be made to the densification of the preform 400 already described.
Bien entendu, l'invention peut être mise en oeuvre pour conférer à une même aube à la fois une raideur augmentée dans une ou plusieurs zones déterminées et une capacité de déformation sans fissures dans une ou plusieurs autres zones déterminées de l'aube. A cet effet, on ajoute à la texture fibreuse, d'une part, un ou plusieurs plis unidirectionnels et/ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel ayant des fibres ou des fils de même nature ou d'une raideur plus élevée que celle des fibres de la texture fibreuse et, d'autre part, un ou plusieurs plis unidirectionnel et/ou une ou plusieurs couches de tissu bidimensionnel ayant des fibres ou des fils ayant un taux d'allongement à la rupture supérieur à celui des fibres de la structure fibreuse.Of course, the invention can be implemented to confer on the same blade both an increased stiffness in one or more determined zones and a deformation capacity without cracks in one or more other determined zones of the blade. For this purpose, one or more unidirectional plies and / or one or more layers of two-dimensional fabric having fibers or yarns of the same nature or of a stiffness higher than that of the fibers are added to the fibrous texture. fibers of the fibrous texture and, on the other hand, one or more unidirectional folds and / or one or more two-dimensional fabric layers having fibers or yarns having a higher elongation-to-break ratio than the fibers of the structure fibrous.
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