FR3081370A1 - Corps d'aube et aube en materiau composite ayant un renfort fibreux compose d'un tissage tridimensionnel et de fibres courtes et leur procede de fabrication - Google Patents

Corps d'aube et aube en materiau composite ayant un renfort fibreux compose d'un tissage tridimensionnel et de fibres courtes et leur procede de fabrication Download PDF

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Abstract

Un corps d'aube en matériau composite (400) comprend un renfort fibreux densifié par une matrice, le corps d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale (DL) entre une portion de pied ou portion inférieure (403) et un sommet d'aube ou une portion supérieure (406) et, suivant une direction transversale (DT), entre un bord d'attaque (405a) et un bord de fuite (405b). Le renfort fibreux du corps d'aube comprend une première partie (401) constituée d'une pluralité de couches de fils liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie (410) formant tout ou partie d'au moins un bord d'attaque (405a) ou un bord de fuite d'aube (405b). La deuxième partie (410) comprend une pluralité de fibres courtes orientées de manière aléatoire, les fils de la pluralité de couches de fils de la première partie (401) et les fibres courtes de la deuxième partie (410) étant noyés dans la matrice.

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication d'aubes en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice, la matrice étant obtenue par injection d'une composition liquide contenant un précurseur de la matrice dans une préforme fibreuse.
Un domaine visé est celui d'aubes de turbines à gaz pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles et, plus particulièrement mais non exclusivement, des aubes de soufflantes pour moteurs aéronautiques.
La fabrication d'une aube en matériau composite comprend les étapes suivantes:
a) réalisation d'une structure fibreuse par tissage tridimensionnel ou multicouche,
b) compactage et mise en forme de la structure fibreuse,
c) placement de la préforme fibreuse ainsi obtenue dans un outillage de moulage par injection (RTM),
d) injection d'une composition liquide précurseur d'un matériau de matrice telle qu'une résine dans la préforme fibreuse,
e) transformation de la composition liquide en matrice de manière à obtenir un élément profilé en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
La réalisation d'une aube en matériau composite obtenue à partir d'un renfort fibreux réalisé par tissage tridimensionnel et densifié par une matrice est notamment décrite dans le document US 2005/0084377.
Le tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche permet de conférer à l'aube en matériau composite résultante une très bonne tenue mécanique. Cependant, la bonne tenue mécanique conférée par le tissage tridimensionnel ou multicouche est plus difficile à obtenir dans des parties de l'aube présentant de faibles épaisseurs, de l'ordre de 1 mm à 2mm comme c'est le cas au niveau du bord d'attaque et/ou de fuite d'une aube. En effet, d'un point de vue mécanique et conformément aux exigences de certification, le bord d'attaque et le bord de fuite doivent pouvoir résister ou limiter les endommagements lorsqu'ils sont soumis à diverses sollicitations telles que des impacts d'oiseaux ou la répétition de cycles de vol (érosion/durée de vie).
La difficulté à obtenir des portions de faibles épaisseurs avec une bonne tenue mécanique par tissage tridimensionnel s'explique par :
- la taille ou le titre important des torons ou fils utilisés pour le tissage 3D ou multicouche qui est de l'ordre du millimètre, et
- le nombre de couches de torons ou fils nécessaire en chaîne et en trame pour assurer une bonne tenue mécanique car il est plus difficile d'obtenir une tenue mécanique optimale par entrelacement de seulement deux couches de fils (nombre minimal de couches de fils de chaîne ou de trame pour former un tissage 3D ou multicouche) que par un entrelacement d'un nombre de couches de fils plus important.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a, par conséquent, pour but de proposer une solution pour une aube en matériau composite qui ne présente pas les inconvénients précités et qui permet de former de manière aisée des parties fines sur l'aube avec de bonnes propriétés mécaniques.
A cet effet, l’invention propose notamment un corps d'aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, le corps d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale entre une portion de pied ou portion inférieure et un sommet d'aube ou une portion supérieure et, suivant une direction transversale, entre un bord d'attaque et un bord de fuite, caractérisé en ce que le renfort fibreux du corps d'aube comprend une première partie constituée d'une pluralité de couches de fils liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie formant tout ou partie d'au moins un bord d'attaque ou un bord de fuite d'aube, la deuxième partie comprenant une pluralité de fibres courtes orientées de manière aléatoire, les fils de la pluralité de couches de fils de la première portion et les fibres courtes de la deuxième portion étant noyés dans la matrice.
En combinant dans un même renfort fibreux un tissage tridimensionnel ou multicouche avec des fibres courtes, il est possible d'obtenir un corps d'aube avec des épaisseurs fines au niveau du bord d'attaque et/ou de fuite tout en assurant une bonne tenue mécanique du corps d'aube. Les fibres courtes apportent de la rigidité qui permet d'assurer une bonne tenue mécanique dans les parties fines du corps d'aube où le tissage tridimensionnel ou multicouche est absent. L'utilisation de fibres courtes offre une grande liberté de conception et permet de réaliser des parties fines sur une faible étendue ou a contrario sur une zone importante.
Selon une première caractéristique particulière du corps d'aube de l'invention, la deuxième partie forme une partie du bord d'attaque d'aube, la deuxième partie s'étendant suivant la direction longitudinale sur une hauteur inférieure à la hauteur totale du bord d'attaque d'aube. Il est ainsi possible d'utiliser les fibres courtes pour définir un bord d'attaque fin uniquement dans la partie du corps d'aube où il y a des besoins aérodynamiques.
Selon une deuxième caractéristique particulière du corps d'aube de l'invention, les fibres courtes sont des fibres de carbone présentant une longueur comprise entre 1 mm et 50 mm ou une longueur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
L'invention concerne également une aube en matériau composite comprenant un corps d'aube selon l'invention, dans quelle la deuxième partie du corps d'aube forme tout ou partie d'un bord d'attaque d'aube et dans laquelle le bord d'attaque d'aube comprend en outre un clinquant métallique recouvrant la deuxième partie. On obtient ainsi une aube comportant un bord d'attaque à la fois fin et résistant vis-à-vis des impacts avec des corps étrangers.
L'aube peut être notamment une aube de soufflante, une aube directrice de sortie, une aube directrice d'entrée, ou une aube à angle de calage variable.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un corps d'aube en matériau composite comprenant :
- la réalisation d'une préforme fibreuse,
- le placement de la préforme fibreuse dans un moule d'injection,
- l'injection d'une résine dans la préforme,
- la transformation de la résine en une matrice de manière à obtenir un corps d'aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, le corps d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale entre une portion de pied ou portion inférieure et un sommet d'aube ou une portion supérieure et, suivant une direction transversale, entre un bord d'attaque et un bord de fuite d'aube, caractérisé en ce que la préforme fibreuse du corps d'aube comprend une première partie constituée d'une pluralité de couches de fils liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie constituée de fibres courtes orientées de manière aléatoire, les fibres courtes de la deuxième partie étant placées de manière adjacente à la première partie dans une partie du moule d'injection correspondant à tout ou partie d'au moins le bord d'attaque ou le bord de fuite d'aube.
En combinant dans un même renfort fibreux un tissage tridimensionnel ou multicouche avec des fibres courtes, il est possible d'obtenir un corps d'aube avec des épaisseurs fines au niveau du bord d'attaque et/ou de fuite tout en assurant une bonne tenue mécanique du corps d'aube. Les fibres courtes apportent de la rigidité qui permet d'assurer une bonne tenue mécanique dans les parties fines du corps d'aube où le tissage tridimensionnel ou multicouche est absent. L'utilisation de fibres courtes offre une grande liberté de conception et permet de réaliser des parties fines sur une faible étendue ou a contrario sur une zone importante.
En outre, avec le procédé de l'invention, les chutes de fils ou torons issues du tissage tridimensionnel ou multicouche peuvent être avantageusement utilisées pour fournir les fibres courtes, ce qui permet de maîtriser le coût de fabrication du corps d'aube. Le procédé de fabrication du corps d'aube de l'invention est par ailleurs simple à mettre en œuvre.
Selon une première caractéristique particulière du procédé de l'invention, les fibres courtes de la deuxième partie sont placées de manière adjacente à la première partie dans une partie du moule d'injection correspondant à une partie du bord d'attaque d'aube suivant la direction longitudinale.
Selon une deuxième caractéristique particulière du procédé de l'invention, les fibres courtes sont des fibres de carbone présentant une longueur comprise entre 1 mm et 50 mm ou une longueur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une aube en matériau composite comprenant la réalisation d'un corps d'aube selon l'invention, dans lequel la deuxième partie du corps d'aube forme tout ou partie du bord d'attaque d'aube, le procédé comprenant en outre la fixation d'un clinquant métallique sur la deuxième partie.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, 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 structure fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique d'une structure fibreuse obtenue à partir de l'ébauche fibreuse de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue schématique d'une structure fibreuse après retrait d'une portion de bord d'attaque ;
la figure 4 est une vue schématique en perspective montrant le placement de la structure fibreuse de la figure 4 et d'une portion de fibres courtes dans un moule d'injection ;
la figure 5 est une vue schématique en perspective montrant le placement du moule d'injection dans un outillage d'injection ;
la figure 6 est une vue schématique en perspective montrant la réalisation d'une opération d'injection d'une composition liquide de précurseur de matrice dans la préforme fibreuse afin d'obtenir un corps d'aube en matériau composite ;
la figure 7 est une vue schématique en perspective du corps d'aube en matériau composite obtenue après l'opération de la figure 6;
la figure 8 est une vue schématique en perspective montrant l'assemblage d'un clinquant métallique sur le bord de fuite du corps d'aube de la figure 7 ;
la figure 9 est une vue schématique en perspective montrant une aube en matériau composite obtenue après assemblage du clinquant métallique sur le bord de fuite du corps d'aube ;
la figure 10 est une vue en coupe transversale de l'aube de la figure 9.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de corps d'aube ou d'aubes en matériau composite réalisées à partir d'une préforme fibreuse dans laquelle une composition liquide précurseur d'un matériau de matrice est injectée puis transformée de manière à obtenir une aube comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. Des exemples non limitatifs de telles aubes sont notamment les aubes de soufflante, les aubes directrices de sortie (appelées OGV pour « Outlet Guide Vane »), les aubes directrices d'entrée (appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »), les aubes à angle de calage variable (appelées VSV pour « Variable Stator Vane »), etc.
Un procédé de fabrication conforme à l'invention est décrit en relation avec la fabrication d'une aube de soufflante de turbomachine. Le procédé de fabrication d'une aube en matériau composite selon l'invention débute par la réalisation d'une ébauche fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel ou par tissage multicouche.
Par tissage tridimensionnel ou tissage 3D, on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame comme par exemple un tissage interlock. Par tissage interlock, on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de chaîne lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par tissage multicouche, on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de tissu 2D classique, tel qu'une armure de type toile, satin ou sergé, mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de trame entre elles.
La réalisation de la structure fibreuse par tissage 3D ou multicouche permet d'obtenir une liaison entre les couches, donc d'avoir une bonne tenue mécanique de la structure fibreuse et de la pièce en matériau composite obtenue, en une seule opération textile.
Un exemple de réalisation d'une structure fibreuse conformément à l'invention est maintenant décrit. Dans cet exemple, le tissage est réalisé sur un métier de type Jacquard.
La figure 1 montre très schématiquement le tissage d'une ébauche fibreuse 100 à partir de laquelle peut être extraite une structure fibreuse 200 (figure 2) permettant d'obtenir une préforme de renfort fibreux d'un corps d'aube de moteur aéronautique.
L'ébauche fibreuse 100 est obtenue par tissage tridimensionnel, ou tissage 3D, ou par tissage 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 chaînes ou torons 101 en une pluralité de couches, les fils de chaîne étant liés par des couches de trame 102 également disposés en une pluralité de couches, certaines couches de trames comprenant des tresses comme expliqué ci-après en détails. Un exemple détaillé de réalisation d'une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une aube pour moteur aéronautique à partir d'une ébauche fibreuse tissée 3D est notamment décrit en détails dans les documents US 7 101 154, US 7 241 112 et WO 2010/061140.
L'ébauche fibreuse 100 est tissée sous forme d'une bande s'étendant de façon générale dans une direction longitudinale Dl correspondant à la direction longitudinale de l'aube à réaliser. Dans l'ébauche fibreuse 100, la structure fibreuse 200 présente une épaisseur variable déterminée en fonction de l'épaisseur longitudinale et du profil de la pale de l'aube à réaliser. Dans sa partie destinée à former une préforme de pied, la structure fibreuse 200 présente une partie de surépaisseur 203 déterminée en fonction de l'épaisseur du pied d'aube à réaliser. La structure fibreuse 200 se prolonge par une partie d'épaisseur décroissante 204 destinée à former l'échasse de l'aube puis par une partie 205 destinée à former une pale d'aube. La partie 205 présente dans une direction transversale Dt perpendiculaire à la direction longitudinal Dl un profil à épaisseur variable entre son bord 205a destiné à former une partie de bord d'attaque d'aube et son bord 205b destiné à former un bord de fuite d'aube. La partie 205 comprend des première et deuxième faces 205c et 205d s'étendant entre les bords 205a et 205b (figure 2) et destinées à former la face intrados et la face extrados, ou inversement, de la pale d'aube.
La structure fibreuse 200 est tissée en une seule pièce et doit présenter, après découpe des fils non tissés de l'ébauche 100, la forme et les dimensions quasi-définitives de l'aube (« net shape »), dans la pratique en étant modulées de sur-longueurs de fibre et sur-épaisseurs de résine qui seront ensuite usinées. A cet effet, dans les parties de variations d'épaisseur de la structure fibreuse, comme dans la partie d'épaisseur décroissante 204, la diminution d'épaisseur de la préforme est obtenue en retirant progressivement des couches de trame au cours du tissage.
Une fois le tissage de la structure fibreuse 200 dans l'ébauche 100 achevé, on découpe les fils non tissés. On obtient alors la structure fibreuse 200 illustrée sur la figure 2, structure tissée en une seule pièce. Le bord 205a de l'ébauche fibreuse 200 est destiné à former un bord d'attaque d'aube, ce bord d'attaque devant présenter au moins dans sa partie supérieure une faible épaisseur, par exemple inférieure à 3 mm. Cette faible épaisseur est difficilement atteignable avec le tissage tridimensionnel en raison d'une taille ou d'un titre trop important des fils des chaîne et de trame. En outre, une si faible épaisseur ne peut être obtenue avec un tissage tridimensionnel qu'en utilisant un nombre minimale de couches de fils de chaîne et de trame, à savoir deux couches de fils de chaîne et une couche de fils de trame ou inversement, nombre insuffisant pour assurer une tenue mécanique équivalente à celle obtenue dans le reste de la structure fibreuse qui comprend un nombre plus important de couches de fils de chaîne et de couches de fils de trame.
Dans l'exemple décrit ici, la partie du bord d'attaque d'aube qui doit présenter la faible épaisseur incompatible avec un tissage tridimensionnel est représentée par la partie 206 de la structure fibreuse illustrée sur la figure 2. La partie 206 s'étend sur une hauteur H206 qui est inférieure à la hauteur totale hbosa du bord 205a suivant la direction longitudinale Dl. La partie 206 correspond à la partie de bord d'attaque du corps d'aube final qui doit répondre aux besoins aérodynamiques. Le reste du bord 205a situé entre la partie d'épaisseur décroissante 204 et la partie 206 suivant la direction longitudinale Dl peut être conservé sous forme de tissage tridimensionnel car il n'est pas nécessaire de réduire autant l'épaisseur qu'au niveau de la portion 206. La hauteur H206 de la partie 206 correspond en général à 40% ou moins de la hauteur totale H2osa du bord de fuite à réaliser. Toutefois, la partie 206 peut s'étendre sur une hauteur plus importante suivant la direction longitudinale, voire sur la totalité de la hauteur H205a du bord 205a.
Conformément à l'invention et comme illustrée sur la figure 3, la partie 206 est séparée de la structure fibreuse 200, par exemple par découpage, afin d'être remplacée par une partie obtenue à partir de fibres courtes comme expliqué ci-après en détails. Selon une variante de réalisation, la partie 206 de la structure fibreuse 200 peut ne pas être tissée, les fils flottés présents dans cette portion étant découpés à la fin du tissage.
L'étape suivante consiste à placer la structure fibreuse 200 dans un moule d'injection 50 (figure 4). Le moule 50 comprend une première coquille 51 comprenant en son centre une première empreinte 511 correspondant en partie à la forme et aux dimensions de l'aube à réaliser, l'empreinte 511 étant entourée par un premier plan de contact 512. La première coquille 51 comprend en outre un port d'injection 510 destiné à permettre l'injection d'une composition liquide précurseur de matrice dans une préforme fibreuse. L'outillage 50 comprend également une deuxième coquille 52 comprenant en son centre une deuxième empreinte 521 correspondant en partie à la forme et aux dimensions de l'aube à réaliser, la deuxième empreinte 521 étant entourée d'un deuxième plan de contact 522 destiné à coopérer avec le premier plan de contact 512 de la première coquille 51. La deuxième coquille comprend en outre un port d'évacuation 520 destiné à coopérer avec un système de pompage.
Les première et deuxième coquilles peuvent être notamment réalisées en matériau métallique tel que de l'aluminium par exemple ou en graphite.
La structure fibreuse 200 est tout d'abord positionnée dans l'empreinte 511 de la première coquille 51 comme illustrée sur la figure 4. La première coquille comporte une partie 511a de l'empreinte 511 correspondant à la partie 206 de la structure fibreuse qui a été retirée. Une fois la structure fibreuse 200 placée dans la première coquille 51, la partie 511a est remplie avec une pluralité de fibres courtes 210, par exemple des fibres courtes de carbone, comme illustrée sur la figure 4. Les fibres courtes 210 sont placées de manière aléatoire, c'est-à-dire sans orientation déterminée. Les fibres courtes présentent un diamètre très inférieur au diamètre des fils ou torons de chaîne et trame utilisés pour tisser la structure fibreuse 200, les fibres courtes présentant par exemple un diamètre inférieur ou égal à 50 pm. Les fibres courtes ont typiquement une longueur comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Toutefois, des fibres courtes dites « intermédiaires » une longueur comprise entre 1 mm et 50 mm peuvent également être utilisées. Avantageusement, les chutes des fils ou torons issues de la fabrication de la structure fibreuse peuvent être utilisés comme moyen d'approvisionnement en fibres courtes par exemple après des découpages multiples qui permettent de délier les fibres présentes dans les fils ou torons et d'obtenir des fibres courtes de faible diamètre
La deuxième coquille 52 étant ensuite posée sur la première coquille 51 afin de fermer l'outillage de conformation 50, la deuxième coquille 52 comportant une partie 521a de l'empreinte 512 correspondant à la partie remplie avec les fibres courtes 210.
Une fois l'outillage 50 fermé comme illustré sur la figure 5, les première et deuxième coquilles sont dans une position dite « position d'assemblage », c'est-à-dire une position dans laquelle les première et deuxième empreintes 511, 521 sont placées en regard l'une de l'autre tandis que les premier et deuxième plans de contact 512 et 522 sont également en regard l'un de l'autre. Dans cette configuration, les première et deuxième empreintes 511, 521 définissent ensemble un volume interne 53 ayant la forme du corps d'aube à réaliser et dans lequel est placée la structure fibreuse 200 et les fibres courtes 210. Dans l'exemple décrit ici, l'empreinte 511 est destinée à former le côté intrados de la préforme fibreuse d'aube tandis que l'empreinte 521 est destinée à former le côté extrados de la préforme d'aube.
Le moule 50 renfermant la structure fibreuse 200 et les fibres courtes 210 peut être placé dans un outillage de compactage et de formage 60 (figure 5). L'outillage 60 comprend une partie inférieure 61 sur laquelle repose la première coquille 51 de l'outillage 50 et une partie supérieure 62 placée sur la deuxième coquille 52 de l'outillage 50. L'outillage de compactage et de formage 60 est soumis à l'application d'une pression de compactage PC appliquée par exemple en plaçant l'outil 60 dans une presse (non représentée sur la figure 5). L'application de la pression PC entraîne le rapprochement des première et deuxième coquilles 51 et 52 jusqu'à ce que les premier et deuxième plans de contact 512 et 522 se rejoignent, ce qui permet à la fois de compacter la structure fibreuse 200 et les fibres courtes 210 selon un taux de compaction déterminé afin d'obtenir un taux de fibres également déterminé et de mettre en forme la structure fibreuse suivant le profil de l'aube à fabriquer. On obtient alors une préforme 300 constituée de la structure fibreuse 200 et des fibres courtes 210 présentant la forme de l'aube à réaliser (figure 6). La préforme 300 présente un profil à épaisseur variable entre son bord 305a destiné à former un bord d'attaque d'aube et son bord 305b destiné à former un bord de fuite d'aube. La préforme 300 comprend des première et deuxième faces 305c et 305d s'étendant entre les bords 305a et 305b et destinées à former la face intrados et la face extrados, ou inversement, de la pale d'aube. La préforme 300 comprend une première partie 301 constituée de pluralité de couches de fils 101 et 102 (figure 1) liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie 310 constituée des fibres courtes 210 orientées de manière aléatoire.
Sur la figure 6, le moule 50 est placé entre une partie inférieure 71 et une partie supérieure 72 d'un outillage d'injection 70. La partie inférieure 71 et la partie supérieure 72 de l'outillage 70 sont équipées de moyens de chauffage (non représentés sur la figure 6). Une fois l'outillage 70 fermé, on procède ensuite au moulage de l'aube en imprégnant la préforme 300 avec une résine thermodurcissable que Ton polymérise par traitement thermique. On utilise à cet effet le procédé bien connu de moulage par injection ou transfert dit RTM (Resin Transfert Moulding). Conformément au procédé RTM, on injecte via le port d'injection 510 de la première coquille 51 une résine 530, par exemple une résine thermodurcissable, dans l'espace interne 53 défini entre les deux empreintes 511 et 521 et occupé par la préforme 300. Le port 520 de la deuxième coquille 52 est relié à un conduit d'évacuation maintenu sous pression (non représenté sur la figure 6). Cette configuration permet l'établissement d'un gradient de pression entre la partie inférieure de la préforme 300 où la résine est injectée et la partie supérieure de la préforme située à proximité du port 520. De cette manière, la résine 530 injectée sensiblement au niveau de la partie inférieure de la préforme va imprégner progressivement l'ensemble de la préforme en circulant dans celle-ci jusqu'au port d'évacuation 520 par lequel le surplus est évacué. Bien entendu, les première et deuxième coquilles 51 et 52 du moule 50 peuvent comprendre respectivement plusieurs ports d'injection et plusieurs ports d'évacuation.
La résine utilisée peut être, par exemple, une résine époxyde de classe de température 180°C (température maximale supportée sans perte de caractéristiques). Les résines adaptées pour les procédés RTM sont bien connues. Elles présentent de préférence une faible viscosité pour faciliter leur injection dans les fibres. Le choix de la classe de température et/ou la nature chimique de la résine est déterminé en fonction des sollicitations thermomécaniques auxquelles doit être soumise la pièce. Une fois la résine injectée dans tout le renfort, on procède à sa polymérisation par traitement thermique conformément au procédé RTM.
Après l'injection et la polymérisation, le corps d'aube est démoulée. Elle peut éventuellement subir un cycle de post-cuisson pour améliorer ses caractéristiques thermomécaniques (augmentation de la température de transition vitreuse). Au final, l'aube est détourée pour enlever l'excès de résine et les chanfreins sont usinés. Aucun autre usinage n'est nécessaire puisque, la pièce étant moulée aux dimensions quasi-définitives de l'aube, elle respecte les cotes exigées après les usinages de détourage.
Comme illustrée sur la figure 7, on obtient un corps d'aube 400 formé d'un renfort fibreux densifié par une matrice, le corps d'aube comprenant une pale 405 s'étendant suivant une direction longitudinale Dl entre une portion de pied ou portion inférieure 403 et un sommet d'aube ou une portion supérieure 406 et, suivant une direction transversale Dt, entre un bord d'attaque 405a et un bord de fuite 405b. Conformément à l'invention, le renfort fibreux du corps d'aube 400 comprend une première partie 401 constituée de la pluralité de couches de fils (fils 101 et 102 sur la figure 1) liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie 410 adjacente à la première portion formant une partie du bord d'attaque du corps d'aube, la deuxième partie 410 comprenant la pluralité de fibres courtes orientées de manière aléatoire (fibres courtes 210 sur la figure 4). Les fils de la pluralité de couches de fils de la première partie 401 et les fibres courtes de la deuxième partie 410 sont noyés dans la matrice, la matrice assurant ainsi la cohésion entre la partie du renfort constituée des fils tissés et la partie du renfort constitué des fibres courtes.
Le corps d'aube ainsi obtenu peut être utilisé tel quel, c'est-à-dire constituer déjà une aube, pour des applications où il n'y a pas de risques d'impacts avec des corps étrangers, par exemple des oiseaux.
Dans le cas contraire, par exemple pour une aube de soufflante de moteur aéronautique, il est nécessaire de protéger le bord d'attaque du corps d'aube car la transition entre la première partie 401 comprenant les fils tissés et la deuxième partie 410 comprenant les fibres courtes peut présenter une résistance mécanique insuffisante vis-à-vis des impacts avec des corps étrangers. A cet effet, comme illustré sur la figure 8, on assemble, par exemple par collage, un clinquant métallique 500 sur le bord d'attaque 405a du corps d'aube. L'assemblage du clinquant avec le corps d'aube peut être également réalisé en même temps que l'injection et la polymérisation de la résine. Dans ce cas, le clinquant est positionné dans le moule d'injection avec la structure fibreuse, la fixation du clinquant sur le corps d'aube étant réalisé par co-cuisson.
Après assemblage, on obtient une aube 600 en matériau composite comportant une pale 605 s'étendant suivant une direction longitudinale Dl entre un pied ou portion inférieure 603 et un sommet ou une portion supérieure 606 et, suivant une direction transversale Dt, entre un bord d'attaque 605a et un bord de fuite 605b. Le bord d'attaque est ici constitué au moins en partie par le clinquant métallique 500 qui recouvre la deuxième partie 410 (figure 9). Plus précisément, comme illustré sur la figure 10, le clinquant métallique 500 comprend un nez plein 510 formant l'arrête du bord d'attaque et deux ailettes 520 et 530 s'étendant depuis le nez 510 et respectivement du côté de la face intrados 605c et de la face extrados 605d de l'aube. Les ailettes permettent de compenser la différence de raideur entre la première partie 401 et la deuxième partie 5 410 et d'assurer la conduite des efforts, ce qui permet de conférer à l'aube une tenue mécanique suffisante.
En fonction des besoins en matière de tenue mécanique du corps d'aube, la forme de la transition entre la première partie 401 et la deuxième partie 410 peut être différente d'une géométrie rectiligne 10 comme illustrée ici. La transition entre ces deux parties peut par exemple présenter une forme oblique ou en arc de cercle.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Corps d'aube en matériau composite (400) comprenant un renfort fibreux (200) densifié par une matrice, le corps d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale (DL) entre une portion de pied ou portion inférieure (403) et un sommet d'aube ou une portion supérieure (406) et, suivant une direction transversale (DT), entre un bord d'attaque (405a) et un bord de fuite (405b), caractérisé en ce que le renfort fibreux du corps d'aube comprend une première partie (401) constituée d'une pluralité de couches de fils liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie (410) formant tout ou partie d'au moins un bord d'attaque (405a) ou un bord de fuite d'aube (405b), la deuxième partie (410) comprenant une pluralité de fibres courtes orientées de manière aléatoire, les fils de la pluralité de couches de fils de la première partie (401) et les fibres courtes de la deuxième partie (410) étant noyés dans la matrice.
  2. 2. Corps d'aube selon la revendication 1, dans lequel la deuxième partie (410) forme une partie du bord d'attaque d'aube (405a), la deuxième partie (401) s'étendant suivant la direction longitudinale (DL) sur une hauteur (H206) inférieure à la hauteur totale (H205a) du bord d'attaque d'aube.
  3. 3. Corps d'aube selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les fibres courtes sont des fibres de carbone présentant une longueur comprise entre 1 mm et 50 mm.
  4. 4. Corps d'aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les fibres courtes sont des fibres de carbone présentant une longueur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
  5. 5. Aube en matériau composite (600) comprenant un corps d'aube (400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans quelle la deuxième partie (410) du corps d'aube forme tout ou partie d'un bord d'attaque d'aube (405a) et dans laquelle le bord d'attaque d'aube comprend en outre un clinquant métallique (500) recouvrant la deuxième partie (410).
  6. 6. Aube selon la revendication 5, l'aube (600) est une aube parmi au moins une aube de soufflante, une aube directrice de sortie, une aube directrice d'entrée, ou une aube à angle de calage variable.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un corps d'aube en matériau composite (400) comprenant :
    - la réalisation d'une texture fibreuse (200),
    - le placement de la texture fibreuse (500) dans un moule d'injection (50),
    - l'injection d'une résine (530) dans la préforme fibreuse (300),
    - la transformation de la résine en une matrice de manière à obtenir un corps d'aube en matériau composite (400) comprenant un renfort fibreux (200) densifié par une matrice, le corps d'aube s'étendant suivant une direction longitudinale (DL) entre une portion de pied ou portion inférieure (403) et un sommet d'aube ou une portion supérieure (406) et, suivant une direction transversale (DT), entre un bord d'attaque (405a) et un bord de fuite d'aube (405b), caractérisé en ce que la préforme fibreuse du corps d'aube (300) comprend une première partie (301) constituée d'une pluralité de couches de fils liées entre elles par tissage tridimensionnel ou multicouche et une deuxième partie (310) constituée de fibres courtes orientées de manière aléatoire, les fibres courtes de la deuxième partie (310) étant placées de manière adjacente à la première partie (301) dans une partie (511a) du moule d'injection (50) correspondant à tout ou partie d'au moins le bord d'attaque (405a) ou le bord de fuite d'aube (405b).
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les fibres courtes de la deuxième partie (310) sont placées de manière adjacente à la première partie (301) dans une partie du moule d'injection correspondant à une partie du bord d'attaque d'aube suivant la direction longitudinale.
  9. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les fibres courtes sont des fibres de carbone présentant une longueur comprise entre 1 mm et 50 mm.
    5
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les fibres courtes sont des fibres de carbone présentant une longueur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
  11. 11. Procédé de fabrication d'une aube en matériau composite 10 (600) comprenant la réalisation d'un corps d'aube (400) selon procédé de l'une quelconque des revendications 7 à 10, la deuxième partie (410) du corps d'aube forme tout ou partie du bord d'attaque d'aube (405a), le procédé comprenant en outre la fixation d'un clinquant métallique (500) sur la deuxième partie (410).
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