FR3100837A1 - Aube composite pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une aube composite (1) pour une turbomachine d’aéronef, cette aube (1) comportant une pale (2) et une plateforme (4) intégrée, la pale (2) et la plateforme (4) comportant une structure tissée en trois dimensions et noyée dans une résine polymérique, la pale (2) comportant un bord de fuite (10) et un bord d’attaque (12) sur lequel est rapporté et fixé un premier bouclier métallique (14), la plateforme (4) s’étendant sensiblement depuis le bord d’attaque (12) jusqu’au bord de fuite (10) de la pale (2), de chaque côté de cette pale (2). Selon l’invention, la plateforme (4) comprend un bord amont (16) sur lequel est rapporté et fixé un second bouclier métallique (18). L’invention concerne aussi une turbomachine d’aéronef, comportant un rotor de soufflante équipé de plusieurs aubes (1). Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

AUBE COMPOSITE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l’invention
La présente invention se rapporte au domaine de l’aéronautique, et plus particulièrement à une aube composite pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
Une turbomachine pour aéronef comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une ou plusieurs soufflantes puis une partie moteur comprenant un ou plusieurs étages de compresseurs, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, et une tuyère d’échappement des gaz.
Les compresseurs comprennent des rotors comportant des aubes destinées respectivement à comprimer l’air avant son introduction dans la chambre de combustion. De même, les rotors des turbines comportent des aubes destinées à être entraînées par les gaz de combustion produits par ladite chambre de combustion afin d’entraîner en rotation lesdits rotors. De telles aubes sont généralement munies d’éléments complémentaires, tels des plateformes aérodynamiques qui sont rapportées sur l’aube. Toutefois, la présence de telles plateformes rapportées augmente significativement la masse de l’ensemble, et génère des problèmes de recirculation d’air par les plateformes qui ont dégradé l’écoulement en pied de l’aube. Les recirculations d’air apparaissent en effet au pied de l’aube parce que les plateformes rapportées laissent entre elles un espacement qui peut permettre à l’air de s’infiltrer dans une direction perpendiculaire à l’écoulement sain.
Afin de répondre à cette problématique, il est connu de prévoir des aubes composites, chaque aube comportant une pale et une plateforme intégrée à la pale, formant une seule pièce de matière. Une telle aube est par exemple décrite dans le document brevet WO-A1-2014/076408. Dans l’aube décrite dans ce document, la pale et la plateforme forment une seule pièce de matière qui comporte une structure tissée en trois dimensions et noyée dans une résine polymérique.
Le pied d’une telle aube est généralement monté dans les alvéoles d’un disque. Toutefois, une telle conception d’aube permet une liberté axiale de l’aube au niveau de son pied. Comme illustré sur la figure 1, cette liberté provoque un décalage de hauteur H1 entre deux plateformes adjacentes dès qu’un effort E1 est appliqué sur l’aube, posant ainsi des problèmes de rigidité sur les plateformes et donc de déplacement à leurs extrémités. Par conséquent, si les recirculations d’air en pied d’aube sont certes limitées avec une telle configuration d’aube, l’aérodynamique est pénalisée en milieu de canal, du fait du manque de rigidité de l’ensemble.
La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités.
L’invention propose à cet effet une aube composite pour une turbomachine d’aéronef, cette aube comportant une pale et une plateforme intégrée, la pale et la plateforme comportant une structure tissée en trois dimensions et noyée dans une résine polymérique, la pale comportant un bord de fuite et un bord d’attaque sur lequel est rapporté et fixé un premier bouclier métallique, la plateforme s’étendant sensiblement depuis le bord d’attaque jusqu’au bord de fuite de la pale, de chaque côté de cette pale.
Selon un premier aspect de l’invention, la plateforme comprend un bord amont sur lequel est rapporté et fixé un second bouclier métallique. Ce second bouclier étant en bord amont de la plateforme, il s’étend circonférentiellement si on considère l’aube telle qu’elle est destinée à être positionnée et à se mouvoir en rotation quand elle est en situation dans la turbomachine.
L’invention permet ainsi, grâce à la présence d’un second bouclier métallique rapporté et fixé sur un bord amont de la plateforme, de limiter les déplacements radiaux en extrémités de la plateforme, et d’ainsi améliorer la rigidité de l’ensemble. Ceci permet d’améliorer l’aérodynamique de l’aube composite, notamment en milieu de canal. L’utilisation d’une telle aube composite selon l’invention peut alors avantageusement servir à améliorer les performances d’une alimentation en air dans la turbomachine, notamment une alimentation en air dans un compresseur basse pression. L’aube selon l’invention est donc particulièrement avantageuse dans une soufflante de turbomachine.
L’aube composite selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres :
  • le second bouclier est solidaire du premier bouclier ;
  • le second bouclier comprend deux parties reliées entre elles par le premier bouclier ;
  • le second bouclier a une forme allongée ;
  • le second bouclier s’étend le long dudit bord amont de la plateforme, le second bouclier comportant une rainure longitudinale de réception de ce bord amont ;
  • le second bouclier comprend à l’une de ses extrémités longitudinales une portion mâle et à l’autre de ses extrémités longitudinales une portion femelle, les portions mâle et femelle étant configurées pour coopérer par engagement respectivement avec des portions femelle et mâle d’aubes adjacentes ;
  • le second bouclier comprend à l’une de ses extrémités longitudinales un système de serrage à vis et à l’autre de ses extrémités longitudinales un orifice de passage d’une vis d’un système de serrage d’une aube adjacente ;
  • ledit orifice a une forme oblongue ou allongée dans une direction sensiblement parallèle à un axe d’allongement du second bouclier ; et
  • le second bouclier est fixé par collage.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant un rotor de soufflante équipé de plusieurs aubes telles que décrites ci-dessus.
Selon un deuxième aspect de l’invention, complémentaire mais indépendant du premier aspect, la plateforme comprend un bord aval sur lequel est rapporté et fixé un bouclier. Un tel bouclier permet d’augmenter encore la rigidité de l’ensemble.
Selon une caractéristique technique particulière, le bouclier est rapporté et fixé en outre sur tout ou partie du bord de fuite de la pale.
Brève 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 de plusieurs aubes composites pour turbomachine de l’art antérieur ;
la figure 2 est une vue en perspective d’une aube composite pour turbomachine selon l’invention, l’aube composite comprenant une plateforme intégrée ; et
la figure 3 est une vue en perspective d’un système d’attache de la plateforme intégrée de la figure 2 avec une plateforme d’aube composite adjacente.
Description détaillée de l’invention
Une turbomachine à double flux comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une ou plusieurs soufflantes puis une partie moteur comprenant un ou plusieurs étages de compresseurs, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, et une tuyère d’échappement des gaz.
Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine.
Les compresseurs comprennent des rotors comportant des aubes destinées respectivement à comprimer l’air avant son introduction dans la chambre de combustion. De même, les rotors des turbines comportent des aubes destinées à être entraînées par les gaz de combustion produits par ladite chambre de combustion afin d’entraîner en rotation lesdits rotors.
Sur la figure 2 est représentée une telle aube 1 destinée à équiper une turbomachine d’aéronef, notamment un des rotors de soufflante prévus dans la turbomachine. Toutefois, la présente invention peut tout aussi bien s’adapter à d’autres types d’aubes pour turbomachines, et notamment à des aubes de compresseur basse pression.
L’aube 1 est une aube composite qui comporte une pale 2 et une plateforme 4 intégrée à la pale 2. Plus précisément, la pale 2 et la plateforme 4 comportent une structure tissée en trois dimensions et noyée dans une structure polymérique. Le tissage tridimensionnel employé pour former la structure est préférentiellement un tissage tridimensionnel monobloc, par exemple un tissage en fibres de carbone effectué selon une armure interlock 3D. Selon cet exemple de réalisation, seules les surfaces de la structure sont tissées bidimensionnellement selon une armure de type satin. Une fois humidifiée, puis introduite dans un moule de formage, puis séchée, la structure est disposée dans un moule d’injection, aux dimensions de l’aube finale souhaitée 1, dans lequel on injecte une matrice, typiquement une matrice époxy. Une telle injection peut par exemple être réalisée par le procédé connu RTM (de l’anglais « Resin Transfer Molding »). A l’issue de cette étape on obtient l’aube 1 en matériau composite. Des étapes d’usinage peuvent éventuellement compléter ce procédé pour finaliser l’aube 1, comme cela sera décrit par la suite.
La pale 2 comporte un corps principal 6 et un pied 8 qui constitue le pied de l’aube 1. Le corps principal 6 de la pale 2 assure principalement la fonction aérodynamique de l’aube 1, tandis que le pied d’aube 8 assure principalement la fixation et la tenue mécanique de l’aube 1. Le pied 8 présente une forme en queue d’aronde, lui permettant d’être monté dans les alvéoles d’un disque de soufflante. La pale 2 présente un bord de fuite 10 et un bord d’attaque 12 sur lequel est rapporté et fixé un premier bouclier métallique 14. Plus précisément, le premier bouclier métallique 14 est rapporté et fixé sur le bord d’attaque 12 du corps principal 6 de la pale 2.
De préférence, le premier bouclier métallique 14 est en titane. Le premier bouclier 14 peut être fixé sur le bord d’attaque 12 du corps principal 6 de la pale 2 par collage.
La plateforme 4 sépare transversalement le corps principal 6 du pied 8 de la pale 2. La plateforme 4 s’étend sensiblement depuis le bord d’attaque 12 jusqu’au bord de fuite 10 de la pale 2, sensiblement orthogonalement à la pale 2 et de chaque côté de cette dernière, et comprend un bord amont 16 sur lequel est rapporté et fixé un second bouclier métallique 18. De préférence, le second bouclier métallique 18 est fixé sur le bord amont 16 de la plateforme 4 par collage.
Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur les figures 2 et 3, le second bouclier métallique 18 est solidaire du premier bouclier métallique 14. Plus précisément, le second bouclier métallique 18 comprend deux parties 18a, 18b agencées de part et d’autre de la pale 2, et reliées entre elles par le premier bouclier 14. De cette façon, le premier bouclier métallique 14 est étendu pour venir enfermer la plateforme 4 dans une encoche 18 du même matériau. Comme visible sur les figures 2 et 3, le second bouclier métallique 18 présente par exemple une forme allongée. Dans cet exemple, le second bouclier 18 s’étend le long du bord amont 16 de la plateforme 4 et comporte une rainure longitudinale 19 de réception de ce bord amont 16, une telle rainure 19 étant visible sur la figure 3.
De préférence, le second bouclier métallique 18 est en titane. L’utilisation de titane pour les premier et second boucliers métalliques 14, 18 permet, du fait des propriétés mécaniques intrinsèques de ce matériau, de limiter les déplacements radiaux en extrémités de la plateforme 4. En fabrication, les premier et second boucliers métalliques 14, 18 peuvent être usinés entièrement comme une seule pièce de matière. En variante, le second bouclier métallique 18 peut être soudé sur le premier bouclier métallique 14.
Selon une caractéristique technique préférentielle de l’invention, et illustrée sur la figure 3, le second bouclier métallique 18 comprend à l’une de ses extrémités longitudinales une portion mâle 20, et à l’autre de ses extrémités longitudinales une portion femelle 22. Comme visible sur la figure 3, les portions mâle et femelle 20, 22 de l’aube 1 sont configurées pour coopérer par engagement respectivement avec des portions femelle et mâle 22, 20 d’aubes adjacentes. Grâce à cette configuration, l’aube 1 qui subit un effort transmet le déplacement de sa plateforme 4 à l’aube suivante. Lorsqu’une telle aube 1 est utilisée dans le cadre d’une alimentation en air pour un compresseur basse pression, ceci permet avantageusement de limiter l’influence sur cette alimentation. Les performances de cette dernière sont ainsi améliorées. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 3, la portion mâle 20 du second bouclier métallique 18 comprend un système de serrage à vis 24, et la portion femelle 22 comprend un orifice 26 de passage d’une vis d’un système de serrage à vis 24 d’une aube adjacente. Un tel système de serrage inter-plateformes 4 permet de contenir les déplacements en cas d’efforts sur l’aube 1.
De préférence, et comme illustré sur la figure 3, l’orifice 26 de passage de vis a une forme oblongue ou allongée dans une direction sensiblement parallèle à un axe d’allongement du second bouclier métallique 18. Une telle forme pour l’orifice 26 autorise un déplacement longitudinal en cas de besoin, tout en conservant le profil de la veine aérodynamique.

Claims (10)

  1. Aube composite (1) pour une turbomachine d’aéronef, cette aube (1) comportant une pale (2) et une plateforme (4) intégrée, la pale (2) et la plateforme (4) comportant une structure tissée en trois dimensions et noyée dans une résine polymérique, la pale (2) comportant un bord de fuite (10) et un bord d’attaque (12) sur lequel est rapporté et fixé un premier bouclier métallique (14), la plateforme (4) s’étendant sensiblement depuis le bord d’attaque (12) jusqu’au bord de fuite (10) de la pale (2), de chaque côté de cette pale (2), caractérisée en ce que la plateforme (4) comprend un bord amont (16) sur lequel est rapporté et fixé un second bouclier métallique (18).
  2. Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle le second bouclier (18) est solidaire du premier bouclier (14).
  3. Aube (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le second bouclier (18) comprend deux parties (18a, 18b) reliées entre elles par le premier bouclier (14).
  4. Aube (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le second bouclier (18) a une forme allongée.
  5. Aube (1) selon la revendication 4, dans laquelle le second bouclier (18) s’étend le long dudit bord amont (16) de la plateforme (4), le second bouclier (18) comportant une rainure longitudinale (19) de réception de ce bord amont (16).
  6. Aube (1) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle le second bouclier (18) comprend à l’une de ses extrémités longitudinales une portion mâle (20) et à l’autre de ses extrémités longitudinales une portion femelle (22), les portions mâle (20) et femelle (22) étant configurées pour coopérer par engagement respectivement avec des portions femelle (22) et mâle (20) d’aubes adjacentes.
  7. Aube (1) selon l’une des revendications 4 à 6, dans laquelle le second bouclier (18) comprend à l’une de ses extrémités longitudinales un système de serrage à vis (24) et à l’autre de ses extrémités longitudinales un orifice (26) de passage d’une vis d’un système de serrage (24) d’une aube adjacente.
  8. Aube (1) selon la revendication 7, dans laquelle ledit orifice (26) a une forme oblongue ou allongée dans une direction sensiblement parallèle à un axe d’allongement du second bouclier (18).
  9. Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le second bouclier (18) est fixé par collage.
  10. Turbomachine d’aéronef, comportant un rotor de soufflante équipé de plusieurs aubes (1) selon l’une des revendications précédentes.
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EP3040517A1 (fr) * 2014-12-29 2016-07-06 United Technologies Corporation Verrou radial pour gaine de pale de soufflant

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