FR3085417A1 - Aube comprenant une structure en materiau composite et procede de fabrication associe - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une aube de soufflante (7) pour moteur à turbine à gaz, comprenant un pied d'aube (71) propre à être fixé sur un moyeu (6) de rotor (5) de soufflante (3) et une partie de pale à profil aérodynamique (72) s'étendant à partir du pied d'aube (71), la partie de pale à profil aérodynamique (72) comprenant : - une structure en matériau composite (9) comprenant un renfort fibreux (10) obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice (12) dans laquelle est noyé le renfort fibreux (10), le renfort fibreux (10) présentant une première portion (101) reliée au pied d'aube (71) et deux deuxièmes portions (102, 103) reliées chacune à la première portion (101) par tissage continu et s'étendant chacune jusqu'à un bord de tête (BT) de l'aube (7), - un insert (11) disposé entre les deux deuxièmes portions (102, 103) du renfort fibreux (10).
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne une aube comprenant une structure en matériau composite.
L’invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, une aube destinée à être utilisée dans un rotor de soufflante caréné d’un moteur à turbine à gaz.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans les réacteurs à double flux (« turbofan »), l’augmentation du rendement global du moteur passe par une augmentation du taux de dérivation ou taux de dilution (c’est-à-dire du rapport entre le débit massique du flux secondaire, ou flux froid, s’écoulant à travers la soufflante, et le débit massique du flux primaire, ou flux chaud, s’écoulant à travers le corps central du moteur). En effet, lorsque le taux de dérivation (ou taux de dilution) augmente, la poussée fournie par la soufflante augmente sans accroître la consommation, d'où une amélioration substantielle du rendement global et une diminution de la consommation spécifique.
Cette augmentation du taux de dérivation est généralement obtenue en augmentant le diamètre de la soufflante et elle a par conséquent pour effet de réduire le taux de compression généré par la soufflante. Cette diminution du taux de compression induit une réduction de la charge aérodynamique sur les aubes individuelles de la soufflante et autorise par conséquent une réduction du nombre d’aubes.
Cette réduction du nombre d’aubes présente l’avantage de contribuer à réduire la masse globale du moteur
Cependant, comme illustré sur la figure 1, la réduction du nombre d’aubes de la soufflante conduit à un éloignement des têtes d’aubes 21 les unes des autres, qui peut aller jusqu’à entrainer une disparition du canal inter-aube 22 (délimité par les traits pointillés sur la figure).
Dans le cas des soufflantes opérant en écoulement supersonique, en situation amorcée, des ondes de chocs apparaissent sur les sections de rayon les plus élevés. Il s’agit d’une onde de choc oblique en amont du bord d’attaque et d’une onde de choc droit qui se place entre les aubes dans l’espace de « recouvrement » qui est dénommé « canal inter-aube ». Or, pour des écoulements transsoniques ou supersoniques, la présence d’un canal inter-aube est nécessaire en tête d’aube afin de contrôler la position de l’onde de choc droit 23 (générée par le passage du flux d’air d’une vitesse supersonique à une vitesse subsonique) entre les aubes. En l’absence de canal inter-aube en tête d’aube, l’onde de choc n’est plus contrôlée et dans certains cas, elle peut s’appuyer sur le sillage de l’aube et générer des pertes importantes par interaction sillage/choc.
Une solution pour éviter la disparition du canal inter-aube, malgré la réduction du nombre de d’aubes, consiste à modifier la forme des aubes en allongeant la corde en tête d’aube 21 comme illustré en traits pointillés sur la figure 2, de manière à obtenir une aube 20 présentant un profil évasé au niveau de la tête de l’aube.
Cependant, cet évasement, localisé en tête d’aube, modifie très nettement le comportement mécanique de l’aube.
La figure 3A illustre les champs de déplacement d’une telle aube lorsqu’elle est soumise à des contraintes aérodynamiques pendant le fonctionnement du moteur. On peut constater que certaines zones de la tête d’aube 21 subissent des déplacements importants. Cela est en particulier le cas des zones situées dans les coins de la tête d’aube 21, à proximité du bord d’attaque BA ainsi qu’à proximité du bord de fuite BF.
En outre, en cas d’impact d’un oiseau avec l’aube, ces mêmes zones sont fortement sollicitées. En effet, l’impact avec l’oiseau provoque une onde de déformation qui se propage le long de l’aube et qui entraîne un déplacement de forte amplitude en tête d’aube. Ce phénomène est parfois appelé le « coup de fouet » du bord de fuite. La figure 3B montre de manière schématique une poche de déformation 24 apparaissant à proximité du bord de fuite BF comme suite à un impact d’oiseau.
En plus des détériorations de l’aube qu’elles peuvent provoquer, ces fortes déformations en tête d’aube nécessitent de prévoir un jeu important entre le bord de tête de l’aube et la paroi interne du carénage s’étendant autour de la soufflante, ce qui entraîne une dégradation des performances de la soufflante.
RESUME DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de proposer une solution permettant de réduire le poids des aubes d’un rotor de soufflante tout en étant capable de résister aux déformations dues aux contraintes aérodynamiques s’appliquant sur les aubes pendant le fonctionnement du moteur.
Ce but est atteint, dans le cadre de la présente invention, grâce à une aube de soufflante pour moteur à turbine à gaz, comprenant un pied d’aube propre à être fixé sur un moyeu de rotor de soufflante et une partie de pale à profil aérodynamique s’étendant à partir du pied d’aube, la partie de pale à profil aérodynamique comprenant :
- une structure en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux, le renfort fibreux présentant une première portion reliée au pied d’aube et deux deuxièmes portions reliées chacune à la première portion par tissage continu et s’étendant chacune jusqu’à un bord de tête de l’aube,
- un insert disposé entre les deux deuxièmes portions du renfort fibreux.
Une telle aube présente l’avantage d’être fabriquée en matériau composite, ce qui permet de réduire la masse du rotor de la soufflante.
En outre, l’insert disposé entre les deux deuxièmes portions permet de renforcer localement la résistance de l’aube et de limiter l’amplitude des déformations qui peuvent être engendrées en tête d’aube par les contraintes aérodynamiques s’appliquant sur l’aube ou en cas d’impact avec un oiseau.
L’aube peut en outre présenter les caractéristiques suivantes :
- l’aube comprend un bord d’attaque, et le renfort fibreux comprend une portion de bord d’attaque s’étendant entre le bord d’attaque et les deux deuxièmes portions, les deux deuxièmes portions étant reliées entre elles par tissage continu avec la portion de bord d’attaque,
- l’aube comprend un bord de fuite, le renfort fibreux comprend une portion de bord de fuite s’étendant entre le bord de fuite et les deux deuxièmes portions, les deux deuxièmes portions étant reliées entre elles par tissage continu avec la portion de bord de fuite,
- les deuxièmes portions du renfort fibreux sont séparées l’une de l’autre par une zone de déliaison obtenue lors du tissage tridimensionnel du renfort fibreux,
- la zone de déliaison s’étend depuis une hauteur de l’aube comprise entre 0,7H et 0,9H jusqu’au bord de tête de l’aube, H désignant une différence entre un rayon du point d’intersection du bord d’attaque de la partie de pale à profil aérodynamique et d’une surface interne d’une veine d’air du moteur à turbine à gaz, et un rayon du point d’intersection du bord d’attaque de la partie de pale à profil aérodynamique et d’une surface externe d’une veine d’air du moteur à turbine à gaz,
- la zone de déliaison s’étend depuis une distance au bord d’attaque comprise entre 0,6C et 0,85C jusqu’à une distance au bord d’attaque comprise entre 0,85C et 0,95C, C étant une distance entre le bord d’attaque de l’aube et le bord de fuite de l’aube à une hauteur de l’aube déterminée,
- chacune des deuxièmes portions de renfort présente une épaisseur qui diminue lorsqu’on parcourt la deuxième portion en s’éloignant du pied d’aube jusqu’au bord de tête d’aube,
- l’aube comprend une face d’intrados et une face d’extrados, et les deuxièmes portions incluent une deuxième portion d’intrados s’étendant entre la face d’intrados et l’insert, et une deuxième portion d’extrados s’étendant entre la face d’extrados et l’insert, et la deuxième portion d’extrados présente une épaisseur inférieure à la deuxième portion d’intrados,
- l’aube comprend une tête d’aube présentant une forme évasée vers le bord de tête d’aube.
L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’une aube de soufflante pour moteur à turbine à gaz, comprenant des étapes de :
- réaliser un renfort fibreux par tissage tridimensionnel, le renfort fibreux présentant une première portion destinée à être reliée à un pied d’aube de l’aube et deux deuxième portions reliées chacune à la première portion par tissage continu et propres à s’étendre chacune jusqu’à un bord de tête de l’aube,
- disposer un insert entre les deux deuxièmes portions,
- placer le renfort fibreux muni de l’insert dans un moule,
- injecter de matière plastique dans le moule de manière à former une structure en matériau composite comprenant le renfort fibreux et une matrice dans laquelle sont noyés le renfort fibreux et l’insert.
Dans un mode de réalisation de l’invention, l’étape de réalisation du renfort fibreux peut comprendre le tissage du renfort fibreux avec des torons de chaîne s’étendant à la fois dans la première portion et dans l’une des deux deuxièmes portions du renfort fibreux.
L’invention se rapport en outre à un moteur à turbine à gaz comprenant une soufflante, la soufflante comprenant un moyeu et des aubes s’étendant radialement à partir du moyeu, les aubes étant telles que définies précédemment.
PRESENTATION DES DESSINS
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre de manière schématique, en vue en coupe transversale, des aubes de soufflante,
- la figure 2 illustre de manière schématique le profil d’une aube de soufflante présentant une tête d’aube ayant une forme évasée,
- les figures 3A et 3B illustrent respectivement un champ de déplacement s’appliquant sur l’aube et une zone de déformation importante due à un impact d’oiseau,
- la figure 4 illustre de manière schématique un exemple de moteur incluant une soufflante carénée,
- la figure 5 illustre de manière schématique une aube de soufflante conforme à un mode de réalisation de l’invention,
- les figures 6 à 11 illustrent de manière schématique des étapes d’un procédé de fabrication d’une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
Sur la figure 4, le moteur 1 représenté comprend une nacelle 2 destinée à être fixée à un fuselage d’un aéronef, une soufflante 3 et un carénage 4 entourant la soufflante, le carénage 4 étant monté fixe sur la nacelle 2. Dans l’exemple illustré sur la figure 4, le carénage 4 de la soufflante 3 est disposé à l’intérieur de la nacelle 2.
La soufflante 3 comprend un rotor de soufflante 5 propre à être entraîné en rotation par rapport à la nacelle autour d’un axe de rotation X (qui coïncide avec l’axe principal du moteur 1). Le rotor de soufflante 5 comprend un moyeu 6 et une pluralité d’aubes 7 fixées au moyeu et s’étendant selon des directions sensiblement radiales à partir du moyeu 6. Dans l’exemple illustré sur la figure 4, les aubes 7 sont toutes identiques, et agencées avec un écart angulaire constant entre deux aubes successives.
La figure 5 illustre de manière schématique une aube 7 de la soufflante 3.
L’aube 7 comprend un pied d’aube 71 propre à être fixé sur le moyeu 6 du rotor de la soufflante (par exemple par le biais d’une attache brochée), et une partie de pale 72 à profil aérodynamique s’étendant à partir du pied d’aube 71. La partie de pale 72 à profil aérodynamique comprend une tête d’aube 73. La tête d’aube 73 est située à une extrémité de la partie de pale 72, opposée à l’extrémité de la partie de pale 72 raccordée au pied d’aube 71.
La partie de pale 72 à profil aérodynamique comprend en outre un bord d’attaque BA, un bord de fuite BF, et un bord de tête d’aube BT. Le bord de tête d’aube BT est le bord libre de l’aube 7 le plus éloigné de l’axe de rotation X du rotor de la soufflante 3. Le bord de tête d’aube BT est propre à s’étendre le long d’une surface interne du carénage 4 entourant la soufflante et délimitant la veine d’air.
La partie de pale 72 à profil aérodynamique comprend en outre une face d’intrados Fl et une face d’extrados FE.
Comme illustré sur la figure 5, la tête d’aube 73 présente une forme évasée, c’est-à-dire que la dimension de l’aube mesurée entre le bord d’attaque BA et le bord de fuite BF augmente lorsqu’on parcourt la tête d’aube 73 vers le bord de tête d’aube BT.
La partie de pale 72 à profil aérodynamique comprend une structure en matériau composite 9 comprenant un renfort fibreux 10 obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice 12 dans laquelle est noyé le renfort fibreux 10. La partie de pale 72 à profil aérodynamique comprend en outre un insert 11 disposé à l’intérieur du renfort fibreux 10 et noyé dans la matrice 12.
Le renfort fibreux 10 présente une première portion 101 reliée au pied d’aube 71 et deux deuxièmes portions 102, 103 reliées chacune à la première portion 101 par tissage continu. Les deuxièmes portions 102, 103 incluent une deuxième portion d’intrados 102 et une deuxième portion d’extrados 103. Les deuxièmes portions 102, 103 du renfort fibreux 10 sont séparées l’une de l’autre par une zone de déliaison D (représentée en traits pointillés sur la figure 5) obtenue lors du tissage tridimensionnel du renfort fibreux 10.
Le renfort fibreux 10 comprend en outre une portion de bord d’attaque 104 s’étendant le long du bord d’attaque BA et une portion de bord de fuite 105 s’étendant le long du bord de fuite BF.
Les deux deuxièmes portions 102, 103 sont reliées entre elles par tissage continu d’une part avec la portion de bord d’attaque 104 et d’autre part avec la portion de bord de fuite 105. Les deux deuxièmes portions 102 et 103 délimitent ainsi à l’intérieur du renfort fibreux 10, une poche 106 dans laquelle est logé l’insert 11. La poche 106 présente de préférence une forme complémentaire de la forme de l’insert 11. La poche 106 présente en outre une ouverture 107 ménagée le long du bord de tête d’aube.
Lorsque l’insert 11 est placé dans la poche 106, la deuxième portion d’intrados 102 s’étend entre la face d’intrados Fl et l’insert 11, et la deuxième portion d’extrados 103 s’étend entre la face d’extrados FE et l’insert 11.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la deuxième portion d’extrados 103 présente une épaisseur inférieure à la deuxième portion d’intrados 104. Cette caractéristique permet de faire travailler au maximum l’insert 11 lorsque l’aube 7 est soumise à des efforts de flexion pendant le fonctionnement du moteur.
Comme illustré sur la figure 5, un point A est défini comme le point d’intersection du bord d’attaque BA de la partie de pale 72 à profil aérodynamique et d’une surface interne de la veine d’air du moteur à turbine à gaz. Un point B est défini comme le point d’intersection du bord d’attaque BA de la partie de pale 72 à profil aérodynamique et d’une surface externe d’une veine d’air du moteur à turbine à gaz.
Le repérage d’un point sur l’aube se fera au moyen de coordonnées réduites : la hauteur d’aube et la corde réduite dont les définitions sont données par la suite.
désigne la hauteur du point A, c’est-à-dire l’ordonnée du point A le long du rayon s’étendant à partir de l’axe X et passant par le point A. H désigne la hauteur du point B, c’est-à-dire l’ordonnée du point B le long du rayon s’étendant à partir de l’axe X et passant par le point B.
La hauteur h d’un point P quelconque de l’aube 7 est définie de la manière suivante :
rayon(.Pj — r oyon(y4) rayon(B ) — royonf A) où le rayon d’un point est la distance de ce point à l’axe de rotation X.
Ainsi, les points situés sur le bord d’attaque BA ont une hauteur h qui varie entre 0%H (=0) et 100%H (=H). En revanche d’autres points de l’aube 7, tels que des points situés sur le bord de fuite BF, ont une hauteur h qui peut être inférieure à 0 ou supérieure à H (dans le cas où les surfaces interne et externe de la veine d’air ne présentent pas un rayon constant le long de l’axe X).
La zone de déliaison D s’étend depuis une hauteur Hmin de l’aube comprise entre 70%H (=0,7H) et 90%H (=0,9H) jusqu’à une hauteur Hmax de l’aube correspondant au bord de tête de l’aube. Hmax peut par exemple être compris entre 90%H (=0,9H) et 110%H (=1,1 H) selon la forme de la surface externe de la veine d’air.
Dans l’exemple illustré sur la figure 5, la zone de déliaison D est agencée à proximité du bord de fuite BF, c’est-à-dire qu’elle est plus proche du bord de fuite BF que du bord d’attaque BA. Cependant, dans un autre mode de réalisation possible, la zone de déliaison D pourrait être agencée à proximité du bord d’attaque BA, c’est-à-dire qu’elle serait plus proche du bord d’attaque BA que du bord de fuite BF.
La section permettant le calcul de la corde réduite est alors obtenue par l’intersection entre l’aube et un cylindre de rayon donné (à la hauteur du point donné selon la définition de la hauteur). L’abscisse x d’un point P quelconque de l’aube 7 situé à une hauteur h est défini de la manière suivante :
distance’ (P; 0%Cfe) distance (100%Ch;0%Ch) où 0%Ch est un point situé à la hauteur h sur le bord d’attaque et 100%Ch est un point situé à la hauteur h sur la bord de fuite.
A une hauteur h donnée, la zone de déliaison D s’étend depuis une abscisse xi jusqu’à une abscisse X2. De préférence, la zone de déliaison D s’étend depuis une abscisse xi comprise entre 60%Ch (=0,6Ch) et 85%Ch (=0,85Ch) jusqu’à une abscisse X2 comprise 85%Ch (=0,85Ch) et 95%Ch (=0,95Ch).
Par ailleurs, chacune des deuxièmes portions 102, 103 du renfort 10 présente une épaisseur qui diminue lorsqu’on parcourt la deuxième portion 102, 103 en s’éloignant du pied d’aube 71 jusqu’au bord de tête d’aube BT.
A l’inverse, l’insert 11 peut présenter une épaisseur qui augmente lorsqu’on parcourt l’insert 11 en s’éloignant du pied d’aube 71 jusqu’au bord de tête d’aube BT.
L’insert 11 peut être formé en métal, par exemple en aluminium, en titane, ou en un matériau composite, tel qu’un matériau composite à matrice organique (CMO) qui présente l’avantage d’être léger, ou un matériau composite à matrice métallique (CMM).
Parmi les matériaux composites à matrice organique appropriés, on peut citer des matériaux comprenant une matrice époxy et des fibres de renfort en carbone ou en carbure de silicium. Parmi les matériaux composites à matrice métallique appropriés, on peut citer des matériaux comprenant une matrice en titane et des fibres de renfort en carbone ou en carbure de silicium. Si l’insert 11 est formé en un matériau composite, il peut s’agir d’un matériau tressé, tissé 3D ou d’un stratifié qui résulte de l’empilement de plis 2D. Dans ces cas, la direction des fibres peut être optimisée pour garantir une raideur maximale dans la direction souhaitée.
Préférentiellement, il s’agira d’un matériau composite à matrice organique ayant des fibres de renfort dont la direction principale sera choisie de façon à minimiser le déplacement en cas de flexion du coin d’aube.
Les figures 6 à 10 illustrent de manière schématique des étapes d’un procédé de fabrication d’une aube 7 de soufflante conforme à un mode de réalisation possible de l’invention.
Selon une première étape (figure 6), le renfort fibreux 10 est réalisé par tissage tridimensionnel sur un métier à tisser de type jacquard. Lors du tissage, des faisceaux de fils de chaîne C (ou torons de chaîne) sont disposés en plusieurs couches de plusieurs centaines de fils chacune. Des fils de trame T (ou torons de trame) sont entrelacés avec les fils de chaîne C de manière à lier les différentes couches de fils de chaînes C entre elles.
Dans l’exemple illustré, le tissage tridimensionnel est un tissage à armure « interlock ». Par « interlock », on désigne une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d’une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l’armure.
D’autres types de tissages tridimensionnels connus peuvent être utilisés, comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755.
Le renfort fibreux 10 peut être tissé à partir de fils de fibres de carbones.
L’étape de tissage du renfort fibreux brut (ou préforme) consiste à entrelacer des fils de trame T avec des fils de chaîne C, selon un sens de tissage allant du pied d’aube 71 vers la tête d’aube 73, en suivant les fils de chaîne C. Les deux deuxièmes portions 102 et 103 du renfort fibreux 10 sont tissées en parallèle l’une de l’autre, en étant séparées par la zone de déliaison D. De cette manière, chacune des deux deuxièmes portions 102, 103 du renfort fibreux 10 comprend des fils de chaîne C qui se prolongent à l’intérieur de la première portion 101 du renfort fibreux.
Ainsi, le renfort fibreux 10 est tissé avec des torons de chaîne C s’étendant de manière continue à la fois dans la première portion 101 et dans la deuxième portion d’intrados 102 et avec des torons de chaîne C s’étendant de manière continue à la fois dans la première portion 101 et dans la deuxième portion d’extrados 103 du renfort fibreux, jusqu’au bord de la tête d’aube BT.
Au fur et à mesure du tissage du renfort fibreux 10 dont l’épaisseur et la largeur varient, un certain nombre de fils de chaîne C ne sont pas tissés, ce qui permet de définir un contour, une largeur et une épaisseur voulus continûment variables, du renfort fibreux.
La figure 7A est une vue schématique agrandie, en coupe transversale d’une pluralité de couches de fils de chaîne Ci à Ce, dans une partie du renfort fibreux ne comprenant pas de déliaison. Dans cet exemple, le renfort fibreux comprend 6 couches de fils de chaîne Ci à Ce s’étendant selon une direction transversale au plan de coupe. Les couches de fils de chaîne Ci à Ce sont liées entre elles par 5 couches de fils de trames Ti à Ts s’étendant dans le plan de coupe (ou plan d’armure).
La figure 7B est une vue schématique agrandie, en coupe transversale d’une pluralité de couches de fils de chaîne Ci à Ce, dans une partie du renfort fibreux incluant une déliaison. Les trois couches de fils de chaîne Ci à Cssont liées entre elles par deux couches de fils de trame Ti et T2, tandis que les trois couches de fils de chaîne C4 à Ce sont liées entre elles par deux couches de fils de trame T4 et T5. Comme cela est visible sur la figure 7B, deux couches de fils de chaînes adjacentes C3 et C4 ne sont pas liées entre elles par des fils de trame, de sorte qu’une déliaison est formée dans le renfort fibreux.
Par ailleurs, comme illustré sur les figures 8A et 8B, le renfort fibreux 10 présente une première portion 101 et deux deuxièmes portions 102, 103 s’étendant de part et d’autre de la zone de déliaison D.
Chaque deuxième portion 102, 103 du renfort 10 présente une épaisseur e qui diminue lorsqu’on parcourt la deuxième portion 102, 103 en s’éloignant du pied d’aube jusqu’au bord de tête d’aube (dans le sens du tissage représenté par la flèche F). Cette diminution d’épaisseur est obtenue en procédant progressivement à des sorties de couche de certains torons de chaîne. Autrement dit, pour diminuer l’épaisseur du renfort 10, le nombre de torons de trame utilisés dans un même plan d’armure diminue, de sorte que certains torons de chaîne cessent d’être tissés.
Les sorties de couche peuvent être réalisées vers l’extérieur du renfort (comme illustré sur la figure 8A) ou vers l’interieur du renfort, c’est-àdire vers la zone de déliaison (comme illustré sur la figure 8B), ce qui peut améliorer la tenue mécanique du renfort fibreux 10 obtenu.
Une solution alternative (illustrée sur les figures 8C et 8D) consiste à procéder à un passage de certains torons de chaîne situés à l’intérieur du renfort fibreux 10 vers la surface du renfort fibreux 10 avant de les réintroduire dans l’épaisseur du renfort fibreux.
Comme illustré sur la figure 9, il est possible de réaliser une zone de déliaison D décalée par rapport à la surface squelette du renfort fibreux. (La surface squelette, appelée aussi « ossature » ou « surface moyenne », est l'ensemble des points équidistants de la face d’extrados et de la face d’intrados du renfort). Dans ce cas, la deuxième portion d’extrados 103 présente une épaisseur inférieure à la deuxième portion d’intrados 102.
Sur la figure 9, les torons de chaîne C déviés pour réaliser les sorties de couche sont représentés en noir. Dans l’exemple illustré sur cette figure, la deuxième portion d’extrados 103 est formée par tissage à partir d’une seule couche de torons de chaîne tandis que la deuxième portion d’intrados 102 est formée par tissage à partir de deux couches de torons de chaîne. De manière générale, la deuxième portion d’extrados 103 est formée par tissage à partir d’un premier nombre de couche de torons de chaîne tandis que la deuxième portion d’intrados 102 est formée par tissage à partir d’un deuxième nombre de couches de torons de chaîne, le deuxième nombre étant supérieur au premier nombre.
Selon une deuxième étape, les fils de chaîne C et les fils de trame T situés à la limite de la masse tissé (appelés « flottés ») sont découpés, de manière à extraire le renfort fibreux 10.
Dans le cas d’un renfort fibreux 10 conforme à la figure 8A, les torons de chaîne découpés apparaissent sur les faces externes du renfort fibreux 10.
Dans le cas d’un renfort fibreux 10 conforme à la figure 8B, certains torons de chaîne découpés apparaissent également sur des faces internes du renfort fibreux situées de part et d’autre de la zone de déliaison D.
Dans le cas d’un renfort fibreux 10 conforme aux figures 8C et 8D, les torons de chaîne déviés vers la surface du renfort fibreux peuvent être en fibre de verre (de couleur blanche) afin d’être facilement distingués des autres torons de chaîne en fibre de carbone (de couleur noire).
Ensuite, le renfort fibreux fini 10 est obtenu en réalisant un détourage (« contouring ») de la préforme. Le détourage désigne la découpe de la préforme à plat le long du bord d’attaque BA, du bord de fuite BF, du bord de la tête d’aube BT (en laissant des surlongueurs sur ces trois découpes). Un détourage est également réalisé le long du bord s’étendant le long de la surface interne de la veine d’air et sur les faces latérales de la partie de pied d’aube 71.
Selon une troisième étape (figure 10), l’insert 11 est introduit par l’ouverture 107 ménagée par la zone de déliaison D et s’étendant sur le bord de tête d’aube BT. L’insert 11 est introduit entre les deux deuxièmes portions 102, 103 du renfort fibreux, dans la poche 106 ménagée entre les deux deuxièmes portions 102 et 103, via l’ouverture 107.
Selon une quatrième étape, l’ensemble obtenu, comprenant le renfort fibreux 10 et l’insert 11, est placé dans un moule. Le moule présente une cavité ayant la forme de la pièce finale moulée (à savoir l’aube de soufflante).
Selon une cinquième étape, de la matière plastique (appelée « résine »), est injectée dans le moule de manière à imprégner tout le renfort fibreux 10 et à enrober complètement l’insert 11. L’injection de matière plastique peut être réalisée par une technique d’injection appelée « Resin Transfert Molding » (RTM). La matière plastique injectée est par exemple une composition liquide thermodurcissable contenant un précurseur organique du matériau de la matrice. Le précurseur organique se présente habituellement sous forme d’un polymère, tel qu’une résine, éventuellement diluée dans un solvant.
Selon une sixième étape, la matière plastique est chauffée de manière à provoquer une polymérisation de la matière plastique, par exemple par réticulation. A cet effet, le moule est placé dans une étuve.
Selon une septième étape, la pièce obtenue est démoulée.
Selon une huitième étape, la pièce est détourée par usinage du bord d’attaque BA, du bord de fuite BF et du bord de tête d’aube BT afin d’obtenir une pièce présentant la forme désirée. Les surlongueurs évoquées précédemment sont donc supprimées. La partie de pied d’aube 71 est également usinée.
Le renfort 10 imprégné de matière plastique constituant la matrice 12 forme la structure en matériau composite 9. L’insert 11 est solidarisé avec le renfort fibreux 10 par la matrice 12.
Le procédé peut en outre comprendre les étapes supplémentaires suivantes :
Selon une neuvième étape (figure 11), une ou plusieurs pièce(s) additionnelles de renfort 13, 14 peu(ven)t être rapportée(s) sur la structure en matériau composite 9. En particulier, les pièces de renfort peuvent comprendre une pièce de renfort de bord d’attaque 13 et/ou une pièce de renfort de bord de fuite 14.
La ou les pièce(s) de renfort 13, 14 peu(ven)t être formée(s) en métal. Elle(s) peu(ven)t être collée(s) sur la structure en matériau composite
9.
Selon une dixième étape, la structure en matériau composite 9 peut également être recouverte d’une couche de protection, par exemple une couche de protection en polyuréthane, afin de protéger l’aube 7 contre l’abrasion et les impacts d’objets.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Aube de soufflante (7) pour moteur à turbine à gaz, comprenant un pied d’aube (71) propre à être fixé sur un moyeu (6) de rotor (5) de soufflante (3) et une partie de pale à profil aérodynamique (72) s’étendant à partir du pied d’aube (71), la partie de pale à profil aérodynamique (72) comprenant :- une structure en matériau composite (9) comprenant un renfort fibreux (10) obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice (12) dans laquelle est noyé le renfort fibreux (10), le renfort fibreux (10) présentant une première portion (101) reliée au pied d’aube (71) et deux deuxièmes portions (102, 103) reliées chacune à la première portion (101) par tissage continu et s’étendant chacune jusqu’à un bord de tête (BT) de l’aube (7),- un insert (11) disposé entre les deux deuxièmes portions (102, 103) du renfort fibreux (10).
- 2. Aube selon la revendication 1, comprenant un bord d’attaque (BA) et dans laquelle le renfort fibreux (10) comprend une portion de bord d’attaque (104) s’étendant entre le bord d’attaque (BA) et les deux deuxièmes portions (102, 103), les deux deuxièmes portions (102, 103) étant reliées entre elles par tissage continu avec la portion de bord d’attaque (104).
- 3. Aube selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant un bord de fuite (BF) et dans laquelle le renfort fibreux (10) comprend une portion de bord de fuite (105) s’étendant entre le bord de fuite (BF) et les deux deuxièmes portions (102, 103), les deux deuxièmes portions (102, 103) étant reliées entre elles par tissage continu avec la portion de bord de fuite (105).
- 4. Aube selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les deuxièmes portions (102, 103) du renfort fibreux (10) sont séparées l’une de l’autre par une zone de déliaison (D) obtenue lors du tissage tridimensionnel du renfort fibreux (10).
- 5. Aube selon la revendication 4, dans laquelle la zone de déliaison (D) s’étend depuis une hauteur (Hmin) de l’aube (7) comprise entre 0,7H et 0,9H jusqu’au bord de tête (BT) de l’aube (7), H désignant une différence entre un rayon du point d’intersection (A) du bord d’attaque (BA) de la partie de pale à profil aérodynamique (72) et d’une surface interne d’une veine d’air du moteur à turbine à gaz, et un rayon du point d’intersection (B) du bord d’attaque (BA) de la partie de pale à profil aérodynamique (72) et d’une surface externe d’une veine d’air du moteur à turbine à gaz.
- 6. Aube selon l’une des revendications 4 et 5, dans laquelle la zone de déliaison (D) s’étend depuis une distance (x-ι) au bord d’attaque (BA) comprise entre 0,6C et 0,85C jusqu’à une distance (X2) au bord d’attaque comprise entre 0,85C et 0,95C, C étant une distance entre le bord d’attaque (BA) de l’aube (7) et le bord de fuite (BF) de l’aube (7) à une hauteur (h) de l’aube (7) déterminée.
- 7. Aube selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle chacune des deuxièmes portions de renfort (102, 103) présente une épaisseur (e) qui diminue lorsqu’on parcourt la deuxième portion (102, 103) en s’éloignant du pied d’aube (71 ) jusqu’au bord de tête d’aube (BT).
- 8. Aube selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant une face d’intrados (Fl) et une face d’extrados (FE), dans laquelle les deuxièmes portions (102, 103) incluent une deuxième portion d’intrados (102) s’étendant entre la face d’intrados (Fl) et l’insert (11), et une deuxième portion d’extrados (103) s’étendant entre la face d’extrados (FE) et l’insert (11), et dans laquelle la deuxième portion d’extrados (103) présente une épaisseur inférieure à la deuxième portion d’intrados (102).
- 9. Aube selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant une tête d’aube (73) présentant une forme évasée vers le bord de tête d’aube (BT).
- 10. Procédé de fabrication d’une aube de soufflante (7) pour moteur à turbine à gaz, comprenant des étapes de :- réaliser un renfort fibreux (10) par tissage tridimensionnel, le renfort fibreux (101) présentant une première portion (101) destinée à être reliée à un pied d’aube (71) de l’aube (7) et deux deuxièmes portions (102, 103) reliées chacune à la première portion (101) par tissage continu et propres à s’étendre chacune jusqu’à un bord de tête (BT) de l’aube (7),- disposer un insert (11) entre les deux deuxièmes portions (102, 103),- placer le renfort fibreux (10) muni de l’insert (11 ) dans un moule,- injecter de matière plastique dans le moule de manière à former une structure en matériau composite (9) comprenant le renfort fibreux (10) et une matrice (12) dans laquelle sont noyés le renfort fibreux (10) et l’insert (11).
- 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l’étape de réalisation du renfort fibreux (11) comprend le tissage du renfort fibreux avec des torons de chaîne (C) s’étendant à la fois dans la première portion (101) et dans l’une des deux deuxièmes portions (102, 103) du renfort fibreux (10).
- 12. Moteur à turbine à gaz (1) comprenant une soufflante (3), la soufflante (3) comprenant un moyeu (6) et des aubes (7) s’étendant radialement à partir du moyeu (6), les aubes (7) étant conformes à l’une des revendications 1 à 9.
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