FR3048025A1 - Procede de fabrication d'une grille pour inverseur de poussee de turbomachine - Google Patents

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Abstract

Procédé de fabrication d'une grille pour inverseur de poussée de turbomachine, cette grille comportant un cadre à l'intérieur duquel sont agencées plusieurs rangées d'ailettes, le procédé comprenant les étapes consistant à réaliser lesdites ailettes par estampage d'un matériau composite à matrice thermoplastique, et souder lesdites ailettes entre elles voire audit cadre par soudage par induction.

Description

Procédé de fabrication d’une grille pour inverseur de poussée de turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une grille pour un inverseur de poussée de turbomachine d’aéronef, ainsi que la grille obtenue par ce procédé.
ETAT DE L’ART L’état de l’art comprend notamment le document FR-A1-2 978 991 qui concerne une grille coulissante d’inverseur de poussée.
Les figures 1 et 2 représentent une turbomachine 1 d’aéronef. Une telle turbomachine 1 comprend classiquement une entrée d’air 11 comportant une soufflante 2 dont le flux d’air en sortie se divise en un flux d’air qui pénètre dans le moteur 4 et forme un flux chaud ou flux primaire P, et en un flux d’air qui s’écoule autour du moteur 4 et à l’intérieur d’une nacelle 10, et qui forme un flux froid ou flux secondaire S.
Le moteur 4 comprend typiquement d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’éjection 5 dans laquelle les gaz de combustion sont éjectés.
Le flux d’air primaire P est comprimé dans le compresseur, brûlé dans la chambre de combustion, puis détendu dans la turbine qui entraîne les rotors du compresseur et de la soufflante 2. Le flux primaire P est éjecté dans la tuyère 5 le long d’un cône d’éjection 6.
Le flux secondaire S en aval de la soufflante 2 traverse des bras d’un carter intermédiaire 22 et éventuellement des ailettes de guidage puis est éjecté directement dans l’atmosphère, le long d’une enveloppe extérieure 14 du moteur. La nacelle 10 entoure un carter de soufflante 21 et le carter intermédiaire 22. La nacelle 10 est formée en aval de l’entrée d’air 11 d’un premier élément de carénage 12 qui s’étend le long du carter de soufflante 21 et d’une virole externe du carter intermédiaire 22. En aval du carter intermédiaire 22, la nacelle 10 comprend un second élément de carénage 13 qui définit une tuyère d’éjection du flux secondaire S.
La turbomachine est équipée d’un inverseur de poussée par lequel le flux secondaire S peut être dévié radialement et vers l’amont de manière à annuler la poussée et fournir une poussée inverse de freinage de l’aéronef, par exemple lorsqu’il roule au sol.
Il existe différents types d’inverseurs de poussée. La figure 3 montre un inverseur de poussée comprenant un élément formant tuyère de flux secondaire mobile vers l’aval tout en déployant des volets inverseurs de flux et ouvrant un passage le long de la nacelle par lesquels le flux bloqué par les volets inverseurs est dévié radialement vers l’extérieur du moteur. Au moins une grille est disposée dans le passage pour guider le flux dévié.
La figure 3 montre l’inverseur de poussée en position active. L’inverseur comprend au moins une grille 15 mobile le long de la paroi intérieure du premier élément de carénage 12, entre une position où elle est entièrement escamotée à l’intérieur de ce premier élément 12 et la position active représentée sur la figure. La grille 15 comprend des ailettes radiales, incurvées vers l’amont, parallèles entre elles et espacées les unes des autres. Leur fonction est de guider le flux qui traverse la grille radialement et vers l’amont.
Un espace 12A est ménagé entre la virole 221 du carter intermédiaire et l’élément de carénage 12 pour loger les organes de l’inverseur de poussée. La paroi transversale reliant le premier élément 12 à la virole 221 délimite le bord amont de l’ouverture radiale dans la nacelle et forme le bord de déviation 121 du flux.
Cet espace contient également des organes moteurs 19 d’actionnement de l’inverseur; il peut s’agir de vérins. La grille 15 est guidée dans son déplacement de l’amont vers l’aval par une pluralité de rails de guidage 122. Ces rails s’étendent depuis le bord de déviation 121 parallèlement à l’axe de la nacelle. La longueur de ces rails correspond à la distance de déploiement maximal de la grille. La grille comprend, par exemple, des glissières qui s’appuient sur les rails le long de son déplacement.
La grille 15 comprend une pluralité de ferrures radiales 151 à l’extrémité desquelles un anneau de synchronisation 16 est fixé. Cet anneau est perpendiculaire à l’axe de la nacelle. L’anneau est relié à des tiges de piston des organes moteurs 19.
Sur ces ferrures 151 ou bien sur l’anneau de synchronisation sont montés et articulés les volets inverseurs 17. Les volets peuvent comprendre des chapes traversées par des axes perpendiculaires à l’axe de la nacelle, qui traversent également les ferrures. Ainsi, les volets peuvent pivoter autour des axes des ferrures 151 de grilles 15.
Le second élément de carénage 13 est fixé à la grille 15. Ainsi, quand la grille se déplace en translation, elle entraîne avec elle les volets inverseurs 17 et le second élément de carénage 13. Cet élément 13 comprend une paroi externe 131 et une paroi interne 132. Ces deux parois se rejoignent à l’aval pour former le bord aval de la nacelle.
La grille 15 d’un inverseur de poussée est en général formée de secteurs élaborés le plus souvent en matériau composite ou en fonderie d’aluminium. L’inconvénient des grilles en matériau composite est lié à leur coût élevé, qui est engendré majoritairement par le procédé de fabrication qui est laborieux et nécessite beaucoup d’interventions manuelles.
Les alvéoles à l’intérieur de la grille (entre les ailettes) sont fortement incurvées et ne peuvent par conséquent pas être obtenues par démoulage. Le procédé de fabrication actuel consiste au drapage de tissus de carbone pré-imprégnés autour de contre-moules en silicone ayant la forme de l’alvéole. Après cuisson de la résine, les moules en silicone sont retirés. L’inconvénient des moules en silicone est leur faible durée de vie car il est nécessaire de les remplacer après quelques dizaines de cycles. L’objectif de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de grilles en matériau composite, qui est compatible avec des cadences élevées, qui est plus compétitif en termes de coût du fait d’un potentiel d’automatisation accru et d’une qualité plus régulière.
EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose un procédé de fabrication d’une grille pour inverseur de poussée de turbomachine, cette grille comportant un cadre à l’intérieur duquel sont agencées plusieurs rangées d’ailettes, le procédé comprenant les étapes consistant à : - réaliser lesdites ailettes par estampage d’un matériau composite à matrice thermoplastique, et - souder lesdites ailettes entre elles voire audit cadre par soudage par induction. L’invention propose de fabriquer la grille par deux techniques à savoir d’une par une technique d’estampage au moyen d’une presse par exemple (équipée d’un outillage poinçon-matrice) pour la réalisation des ailettes, et d’autre une technique de soudage ici par induction. Le matériau utilisé pour la fabrication de la grille est un matériau composite à matrice thermoplastique qui est compatible avec les techniques précitées.
Pour le soudage par induction, la technique décrite dans la demande US-A1-2010/0206469A1 peut être utilisée. Cette technique permet de faire fondre la matrice thermoplastique grâce à des courants de Foucault générés dans les fibres du renfort. L’avantage du soudage par induction réside dans le fait qu’il n’y a pas d’apport de matière étrangère. A condition d’automatiser le procédé et de le rendre répétable, il est possible de certifier un joint soudé comme chemin d’effort primaire, ce qui n’est pas le cas avec un joint collé. L’invention s’applique à tout type de grille, coulissant, fixe, etc.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - chaque ailette ou une série d’ailettes est formée par estampage d’une plaque de forme allongée, - après estampage, ladite plaque a une forme sensiblement en Z, U, Ω, ou forme des zigzags ou ondulations, - ladite plaque comprend un renfort fibreux et une matrice thermoplastique, - l’estampage est précédé d’une étape de chauffage de ladite plaque, par exemple dans un four à infrarouge, - après estampage, ladite plaque est soudée à une autre plaque estampée et/ou à un longeron destiné à séparer deux rangées adjacentes d’ailettes, - après estampage, ladite plaque comprend au moins une première portion présentant un profil aérodynamique et définissant une ailette, et deux secondes portions planes de soudage disposées de part et d’autre de ladite première portion. L’invention concerne également une grille pour inverseur de poussée de turbomachine, obtenue par un procédé tel que décrit ci-dessus.
Avantageusement, chacune desdites ailettes est formée d’une seule pièce avec des portions d’extrémité planes de soudage. L’invention concerne encore une turbomachine d’aéronef, comportant au moins une grille, éventuellement sectorisée, telle que décrite ci-dessus.
DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d’une turbomachine d’aéronef ; - la figure 2 est une demi-vue schématique en coupe axiale de la turbomachine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe et en perspective d’un inverseur de poussée de la turbomachine de la figure 1, ici en position active ; - la figure 4 est un schéma bloc représentant des étapes du procédé selon l’invention ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective d’une plaque utilisée dans le procédé selon l’invention ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective d’une ailette obtenue par estampage de la plaque de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue schématique en perspective d’une grille en cours de fabrication et comportant des ailettes soudées du type de celle de la figure 6 ; - la figure 8 est une vue schématique en perspective d’ailettes obtenues par estampage d’une plaque similaire à celle de la figure 5 ; - la figure 9 est une vue schématique en perspective d’une grille en cours de fabrication et comportant des ailettes soudées du type de celles de la figure 8 ; - la figure 10 est une vue schématique en perspective d’ailettes obtenues par estampage d’une plaque similaire à celle de la figure 6 ; - les figures 11 à 13 sont des vues schématiques en perspective d’une grille en cours de fabrication et comportant des ailettes soudées du type de celles de la figure 10.
DESCRIPTION DETAILLEE
La description détaillée qui suit prévoit plusieurs modes de réalisation d’un procédé de fabrication d’une grille d’un inverseur de poussée de turbomachine, ce procédé étant illustré de manière schématique par la figure 1.
La grille qui peut être obtenue par le procédé de fabrication est du type de celle décrite dans ce qui précède, en particulier en référence à la figure 3. Elle comprend pour l’essentiel un cadre à l’intérieur duquel sont agencée plusieurs rangées d’ailettes.
Le procédé peut être utilisé pour fabriquer une grille complète ou bien un secteur de grille, cette grille ou ce secteur de grille ayant une forme générale parallélépipédique ou incurvée. Dans le cas par exemple où l’inverseur de poussée comprend des grilles ou secteurs de grille sur 360°, chaque grille ou secteur de grille peut avoir une forme incurvée et s’étendre sur un secteur angulaire de quelques dizaines de degrés par exemple.
Tel qu’illustré par la figure 1, le procédé comprend pour l’essentiel deux étapes : - une première étape 200 de réalisation des ailettes de la grille par estampage d’un matériau composite à matrice thermoplastique, et - une seconde étape 300 de soudage des ailettes entre elles voire au cadre de la grille, par soudage par induction.
Les figures 5 et suivantes illustrent trois modes de réalisation de l’invention.
Les figures 5 à 7 représentent un premier mode de réalisation de l’invention dans lequel les ailettes 402 sont réalisées par estampage indépendamment les unes des autres.
La figure 6 représente une préforme 400 comportant une ailette 402 après l’opération d’estampage, et la figure 5 représente une plaque 404 qui est utilisée pour la réalisation de cette préforme 400.
La plaque 404 a une forme allongée sensiblement parallélépipédique. Elle a une épaisseur relativement faible pour faciliter l’opération d’estampage. Dans le cas présent, cette plaque est réalisée dans un matériau composite à matrice thermoplastique. Plus précisément, elle comprend un renfort fibreux noyé dans une matrice thermoplastique.
Le renfort fibreux est par exemple formé à partir de fibres de carbone ou de verre. La matrice thermoplastique est par exemple formée à partir de polymères tels que PEI, PPS, PEEK PEKK, PA.
De façon connue par un homme du métier, l’estampage est réalisé au moyen d’une presse qui est équipée d’un outillage poinçon-matrice. La plaque 402 est destinée à être interposée entre le poinçon et la matrice de l’outillage et à être emboutie entre ces éléments pour lui imposer une déformation plastique.
Cette déformation peut être autorisée/facilitée par un chauffage de la plaque 404. La plaque est par exemple chauffée à une température prédéterminée, par exemple dans un four à infrarouge, avant son estampage.
Avantageusement, le chauffage de la plaque permet de chauffer la matrice thermoplastique au-delà de sa température de fusion. Dans l’exemple précité où la matrice thermoplastique est du PEEK, la plaque est de préférence chauffée à une température de 380°C a/ant son estampage.
La plaque 404 comprend des portions adjacentes, séparées de manière schématique par des traits pointillés en figure 5. Ces portions sont destinées à former trois portions distinctes de la préforme 400 après estampage. La préforme comprend une portion médiane 406 destinée à former l’ailette 402, et, de part et d’autre de cette portion médiane 406, deux portions d’extrémité 408 de soudage.
La portion médiane 406 présente un profil aérodynamique. Elle a par exemple en section transversale une forme incurvée. La portion 406 peut avoir une surface incurvée concave formant un intrados et une surface incurvée convexe formant un extrados.
Les portions d’extrémité 408 sont planes et configurées pour être appliquées et soudées sur des longerons 410 destinées à séparer deux rangées d’ailettes adjacentes de la grille (figure 7). La figure 7 représente une grille en cours de fabrication, cette grille comportant ici deux longerons 410 et deux rangées d’ailettes 402. On peut voir que les portions d’extrémité 408 d’une rangée d’ailettes sont appliquées et fixées par soudage contre une face d’un des longerons 410, et que leurs portions d’extrémité opposées sont appliquées et fixées par soudage contre une face en regard d’un autre des longerons 410.
Dans l’exemple représenté, les ailettes sont sensiblement parallèles les unes aux autres et les longerons sont sensiblement parallèles entre eux.
Le premier mode de réalisation décrit dans ce qui précède utilise des préformes sensiblement en forme de Z. L’avantage de cette forme réside dans la simplicité de l’outillage d’estampage (angle de compactage de 45° avec les flancs) et la possibilité de démouler facilement la préforme.
Dans une variante de réalisation non représentée, la préforme pourrait avoir une forme sensiblement en U ou W. Il faudrait alors un outillage d’estampage plus complexe avec des cales biseautées pour permettre le compactage de deux flancs en parallèle. Il peut y avoir un avantage aérodynamique dans des ailettes en U, du fait de la possibilité de positionner le rayon de raccord entre les flancs et le profil aérodynamique toujours du côté bombé de l’ailette.
Les figures 8 et 9 représentent un autre mode de réalisation de l’invention dans lequel plusieurs ailettes 502 sont réalisées de manière simultanée lors d’une opération d’estampage.
La figure 8 représente une préforme 500 comportant une série d’ailettes 502 après l’opération d’estampage. Cette préforme est réalisée à partir d’une plaque similaire à celle de la figure 5 mais qui naturellement peut être plus longue.
La plaque comprend alors plusieurs portions adjacentes qui sont destinées à former plusieurs portions distinctes de la préforme 500 après estampage. La préforme comprend des portions 506 destinées à former des ailettes 502, et, entre deux portions 506 adjacentes et à chacune des extrémités longitudinales de la préforme, une portion de soudage 508.
Chaque portion 506 présente un profil aérodynamique similaire à celui de la portion 406 précitée.
Les portions 508 sont planes et configurées pour être appliquées et soudées directement entre elles, sans longeron (figure 9). La figure 9 représente une grille en cours de fabrication, cette grille comportant ici plusieurs préformes estampées et agencées les unes à côte des autres pour définir plusieurs rangées adjacentes d’ailettes. Les préformes peuvent être imbriquées les unes dans les autres, comme représenté dans les dessins.
Dans l’exemple représenté, les ailettes sont sensiblement parallèles les unes aux autres et les portions 508 des préformes sont sensiblement parallèles entre eux et en appui deux à deux à chacune de leurs extrémités.
Dans ce mode de réalisation, la préforme a une forme en zigzag ou en marches d’escalier. Cette approche permet une meilleure continuité des fibres et un nombre de pièces à assembler moins important puisqu’il n’y a pas de longeron.
Les figures 10 à 13 représentent un autre mode de réalisation de l’invention dans lequel plusieurs ailettes 602 sont réalisées de manière simultanée lors d’une opération d’estampage.
La figure 10 représente une préforme 600 comportant une série d’ailettes 602 après l’opération d’estampage. Cette préforme est réalisée à partir d’une plaque similaire à celle de la figure 5 mais qui naturellement peut être plus longue.
La plaque comprend alors plusieurs portions adjacentes qui sont destinées à former plusieurs portions distinctes de la préforme 600 après estampage. La préforme comprend des portions 606 destinées à former des ailettes 602, et, entre deux portions 606 adjacentes et à chacune des extrémités longitudinales de la préforme, une portion de soudage 608.
Chaque portion 606 présente un profil aérodynamique similaire à celui de la portion 406 précitée.
Les portions 608 sont planes et configurées pour être appliquées et soudées directement entre elles, sans longeron (figures 11 et 12). Les figures 11 et 12 représentent une grille en cours de fabrication, cette grille comportant ici plusieurs préformes estampées et agencées les unes à côte des autres pour définir plusieurs rangées adjacentes d’ailettes.
Dans l’exemple représenté, des premières ailettes sont sensiblement parallèles les unes aux autres et les autres ailettes sont également parallèles entre elles mais inclinées par rapport aux premières. Les portions 608 des préformes sont sensiblement parallèles entre elles.
La grille de la figure 12 est ensuite encadré par des profilés 610 qui délimitent le cadre précité, et qui sont également soudés par induction aux préformes. La grille de la figure 12 peut alors être utilisée dans une turbomachine d’aéronef, telle que celle représentée aux figures 1 et 2.
Dans ce mode de réalisation, la préforme a une forme ondulée. Contrairement aux précédents modes de réalisation où les alvéoles interailettes ont une forme générale rectangulaire en section, les alvéoles interailettes ont ici en section une forme hexagonale.
Le fait d’élaborer les grilles par soudage à partir de pièces estampées en résine thermoplastique apporte plusieurs avantages : - élimination de la main d’œuvre liée au drapage des pré-imprégnées, - réduction du temps de cycle de cuisson, - possibilité d’automatisation accrue du procédé, - plus besoin de stocker les matières premières en congélateur, - qualité plus répétable, - chutes de matière et pièces rebutées plus faciles à recycler, et - procédé plus économe en énergie et matières consommables.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d’une grille pour inverseur de poussée de turbomachine, cette grille comportant un cadre à l’intérieur duquel sont agencées plusieurs rangées d’ailettes (402), le procédé comprenant les étapes consistant à : - réaliser lesdites ailettes par estampage d’un matériau composite à matrice thermoplastique, et - souder lesdites ailettes entre elles voire audit cadre par soudage par induction.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel chaque ailette (402) ou une série d’ailettes est formée par estampage d’une plaque (404) de forme allongée.
  3. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, après estampage, ladite plaque (404) a une forme sensiblement en Z, U, Ω, ou forme des zigzags ou ondulations.
  4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel ladite plaque (404) comprend un renfort fibreux et une matrice thermoplastique.
  5. 5. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel l’estampage est précédé d’une étape de chauffage de ladite plaque.
  6. 6. Procédé selon l’une des revendication 2 à 5, dans lequel, après estampage, ladite plaque (404) est soudée à une autre plaque estampée et/ou à un longeron (410) destiné à séparer deux rangées adjacentes d’ailettes.
  7. 7. Procédé selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel, après estampage, ladite plaque (404) comprend au moins une première portion (406) présentant un profil aérodynamique et définissant une ailette, et deux secondes portions planes (408) de soudage disposées de part et d’autre de ladite première portion.
  8. 8. Grille pour inverseur de poussée de turbomachine, obtenue par un procédé selon l’une des revendications précédentes.
  9. 9. Grille selon la revendication précédente, dans laquelle chacune desdites ailettes (402) est formée d’une seule pièce avec des portions d’extrémité planes de soudage.
  10. 10. Turbomachine d’aéronef, comportant au moins une grille, éventuellement sectorisée, selon la revendication 8 ou 9.
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