FR3105076A1 - Procede de fabrication d’un carter pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

Procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine d’aéronef, le carter (3) comportant une enveloppe (29) réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, l’enveloppe (29) comportant un corps longitudinal (29a) et au moins une bride (29c) s’étendant radialement et vers l’extérieur depuis le corps longitudinal (29a), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : - mise en place d’une préforme (34) en matière tissée dans un moule d’injection (25) ; - mise en place d’une plaque de renfort (31 ; 31’) contre une saillie annulaire radiale (34c ; 34c’) de la préforme (34) ; - fermeture du moule d’injection (25) autour de la préforme (34) ; - injection de résine dans le moule d’injection (25). Figure pour l'abrégé : Figure 3A

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UN CARTER POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne la fabrication d’un carter, en particulier de soufflante, pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
La figure 1 représente partiellement une soufflante d’une turbomachine d’aéronef.
De façon classique, une turbomachine comprend d’amont en aval, c'est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines, et une tuyère d’éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines.
La soufflante1comporte une roue à aubes2 qui est entourée par un carter3 de soufflante, encore appelé carter de rétention du fait de sa fonction de rétention des aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d’entrée de débris dans la soufflante.
Comme cela est visible sur la figure1, le carter de soufflante3 comprend typiquement une enveloppe annulaire 9 d'axe de révolution A qui s'étend autour des aubes de soufflante2 de la turbomachine. Cette enveloppe comprend une bride annulaire de fixation3’,3’’ à chacune de ses extrémités axiales. Ces brides 3’,3’’ sont utilisées pour fixer le carter3 à des parois annulaires de la nacelle de la turbomachine.
Les figures 2a et 2b sont des coupes à caractère schématique illustrant un carter de soufflante3 selon l’art antérieur.
Le carter de soufflante 3 est lié, à l’amont, à une manche d’entrée d’air5, et, à l’aval, à une virole 6 de carter intermédiaire. Le carter porte également des panneaux acoustiques amont 7 et des panneaux acoustiques aval8. Le carterde soufflante3 comporte encore une couche annulaire 4 de matière abradable, positionnée sur une surface annulaire interne de l’enveloppe 9, entre les panneaux amont7 et les panneaux aval 8.
En plus de la fonction de rétention, le carter de soufflante3 est également conçu pour:
  • assurer la continuité de la veine aérodynamique par l’intermédiaire de la couche annulaire en matériau abradable;
  • assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d’entrée d’air5 et la virole 6 de carter intermédiaire;
  • permettre la fixation des panneaux 7, 8 et de la couche 4,
  • permettre la fixation d’équipements et de supports connus en soi;
  • tenir les spécifications de règlementation au feu et aux fuites;
  • permettre une continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc.
Dans le carter 3 connu de l’art antérieur, des plaques de renfort 11’, 11’’ sont fixées sur les brides 3’ et 3’’ par des liaisons boulonnées et des rivets 10 (figure 1).
Ces plaques de renfort 11’, 11’’ doivent tenir en position en service ainsi que lors de toutes les opérations de démontage (dépose de la bouche d’entrée d’air, d’équipements, opérations de maintenance).
En référence à un cas dans lequel l’enveloppe 9 est en matière composite, un procédé de fabrication de cette enveloppe 9 est par exemple utilisé aujourd’hui. Au cours de ce procédé, une préforme 24 en matière tissée formant renfort de l’enveloppe 9 est utilisée, telle qu’illustrée en figures 2a et 2b. Une extrémité avant 27 de la préforme 24 est représentée en figure 2A, suivant l’orientation avant-arrière indiquée par la flèche F, à l’issue d’une étape de fermeture de parties 20, 21, 22 et 23 d’un moule d’injection. Cette étape de fermeture du moule précède une étape d’injection de résine dans la préforme 24 permettant d’obtenir l’enveloppe 9. La préforme 24 comporte ici un corps principal 24a généralement longitudinal par rapport à l’axe A, une partie coudée 24b continue au corps 24a, et une saillie radiale annulaire 24c formant l’extrémité avant 27 et s’étendant radialement vers l’extérieur et en continu depuis la partie coudée 24b.
La figure 2B, illustre une extrémité arrière 27’ de la préforme 24, de conception similaire sur le principe à l’extrémité avant 27, à l’exception de l’orientation des éléments selon la direction longitudinale qui est inverse. Par analogie avec les éléments similaires à ceux de la figure 2A, certains éléments de la figure 2B sont numérotés avec les mêmes références numériques qu’en figure 2A, mais assortis du symbole ‘.
Après injection et polymérisation de la résine, les extrémités 27 et 27’ deviennent les brides 3’ et 3’’.
Une fois l’enveloppe 9 sortie du moule 25’, les plaques de renfort 11’, 11’’ peuvent être fixées sur les brides 3’ et 3’’.
La fabrication et l’assemblage des plaques de renfort 11’, 11’’ nécessitent des opérations supplémentaires comme :
- un contrôle particulier des interfaces par exemple pour garantir un affleurement des têtes de rivet par rapport à la face libre de la bride 3’ ou 3’’;
- un usinage précis pour garantir un montage serré et ainsi éviter les surcontraintes dans les rivets qui risquent de provoquer leur rupture, ou le matage des pièces adjacentes.
En outre, le carter 3 de soufflante 1 présente une géométrie complexe. Le positionnement des plaques de renfort s’avère ainsi parfois délicat (interférence des rayons, jeu trop important).
L’accastillage des plaques de renfort 11’, 11’’ sur le carter 3 de soufflante 1 engendre un temps d’assemblage supplémentaire. De plus, plaques de renfort 11’, 11’’ sont sectorisées, ce qui augmente d’autant le temps d’assemblage.
La présente invention vise ainsi à proposer un procédé amélioré de fabrication d’un de carter de turbomachine d’aéronef, qui soit simple, efficace et économique.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter de turbomachine d’aéronef, ce carter comportant:
une enveloppe réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, l’enveloppe comportant un corps longitudinal et au moins une bride s’étendant radialement et vers l’extérieur depuis le corps longitudinal. Le procédé de fabrication comporte les étapes de :
- mise en place d’une préforme en matière tissée dans un moule d’injection ;
- mise en place d’une plaque de renfort contre une saillie annulaire radiale de la préforme ;
- fermeture du moule d’injection autour de la préforme ;
- injection de résine dans le moule d’injection.
Le procédé de fabrication de carter de turbomachine selon l’invention propose ainsi de placer les plaques de renfort sur la préforme de l’enveloppe dans le moule avant l’injection de la résine. Une fois le carter de turbomachine brut sorti du moule d’injection, les plaques de renfort métalliques sont incorporées à l’enveloppe de carter. Il est alors possible d’usiner directement les brides intégrant les plaques de renfort.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres:
- l’étape de mise en place de la plaque de renfort contre la saillie annulaire radiale est précédée par une étape d’application d’un tackifiant entre la saillie annulaire radiale et une surface de la plaque de renfort, de préférence sur une surface de la plaque de renfort appliquée contre la saillie annulaire radiale;
- l’étape de mise en place de la plaque de renfort contre la saillie annulaire radiale inclut une étape d’affichage d’un marquage de positionnement par un système lumineux, de préférence un système laser;
- une cale du moule d’injection présente un évidement de section complémentaire à la plaque de renfort, la plaque de renfort étant logée dans l’évidement à l’issue de l’étape de fermeture du moule d’injection;
- une étape de perçage simultané d’alésages à travers la plaque de renfort et la saillie annulaire radiale est prévue.
L’invention porte également sur un carter de turbomachine d’aéronef, le carter étant fabriqué selon le procédé de fabrication ci-dessus.
Dans ce carter:
- la plaque de renfort peut s’étendre sur 10% à 50%, et de préférence sur 15 à 25%, de la dimension radiale de la bride;
- l’épaisseur de la plaque de renfort est comprise entre 1 mm à 5 mm, de préférence entre 1,5 mm et 4 mm.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comportant au moins un carter tel que décrit ci-dessus.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 déjà discutée montre une vue partielle en coupe d’une soufflante de turbomachine d’aéronef selon l’état de la technique ;
La figure 2A montre schématiquement une extrémité avant d’une préforme intervenant dans la fabrication d’une enveloppe de carter d’une turbomachine d’aéronef au cours d’une étape d’un procédé de fabrication du carter selon l’art antérieur, avant injection de résine ; La figure 2B montre une vue analogue à la figure 2A pour une extrémité arrière de la préforme, au cours du procédé de fabrication selon l’art antérieur ;
La figure 3A montre schématiquement une extrémité avant d’une préforme intervenant dans la fabrication d’une enveloppe de carter d’une turbomachine d’aéronef au cours d’une étape d’un procédé de fabrication du carter selon l’invention, avant injection de résine ; La figure 3B montre une vue analogue à la figure 3A pour une extrémité arrière de la préforme, au cours du procédé de fabrication selon l’invention ;
La figure 4 est une vue d’un moule et d’une préforme en place dans le moule au cours de la même étape du procédé de fabrication selon l’invention qu’aux figures 3a et 3b;
La figure 5 est une vue en perspective d’un moule et d’une préforme en place dans le moule tels qu’illustrés en figure 4, montrant un système de positionnement de la préforme par laser ;
La figure 6 est une vue partielle en coupe d’une bride de l’enveloppe de carter intégrant une plaque de renfort, le carterétant obtenu par le procédé de fabrication de carter selon l’invention ;
La figure 7 est une vue analogue à la figure 6, après perçage de la plaque de renfort et de la partie de préforme correspondante; et
La figure 8 montre une bride amont d’une enveloppe d’un carter fabriqué au moyen du procédé selon l’invention, ainsi qu’une jonction entre deux plaques de renfort de la bride;
La figure 9 est une vue analogue à la figure 1 d’une soufflante de turbomachine d’aéronef selon l’invention.
Description détaillée de l'invention
Dans la description qui suit, l’invention est appliquée à un carter de soufflante, tel que le carter 23 (figure 9). L’invention n’est toutefois pas limitée à ce type de carter et peut être appliquée à d’autres carters d’une turbomachine.
Le carter 23 auquel le procédé selon l’invention a une forme générale annulaire autour d’un axe A.
Ce carter 23 comprend une enveloppe annulaire 29 (figure 6, 7 et 9) s’étendant autour de l’axe A.
L’enveloppe 29 est réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine. Plus précisément, l’enveloppe 29 est fabriquée à partir d’une préforme 34 en fibres tissées, destinée à être noyée dans une matrice de résine.
L’enveloppe 29 comporte un corps longitudinal 29a, une bride avant 29c (figures 6, 7 et 9) et une bride arrière 29c’. Les brides avant 29c et arrière s’étendent radialement et vers l’extérieur depuis le corps longitudinal 29a.
La bride avant 29c et la bride arrière 29c’ comportent ici par intégration chacune une plaque de renfort 31, 31’ respective.Les plaques de renfort 31 et 31’ sont orientées axialement vers l’intérieur, c’est-à-dire à l’opposé des surfaces de contact 29d, 29d’ respectives de l’enveloppe 29 avec les éléments voisins longitudinalement (tels qu’à l’amont, la manche d’entrée d’air5, et, à l’aval, la virole 6 de carter intermédiaire).
La préforme 34 présente une extrémité avant 37 ou amont (figure 3A) et une extrémité arrière 37’ ou aval (figure 3B). L’orientation avant-arrière, c’est-à-dire amont-aval, de la préforme 34 selon l’orientation générale du carter 23 est matérialisée par la flèche F.
La préforme 34 comporte ici un corps principal 34a généralement longitudinal par rapport à l’axe A, une partie coudée 34b continue au corps 34a, et une saillie radiale annulaire 34c, formant l’extrémité avant 37, et s’étendant radialement vers l’extérieur et en continu depuis la partie coudée 34b (figure 3A). La préforme 34 comporte ici encore une partie coudée 34b’ continue au corps 34a, et une saillie radiale annulaire 34c’ formant l’extrémité arrière 37 et s’étendant radialement vers l’extérieur et en continu depuis la partie coudée 34b’.
L’extrémité arrière 37’ est de conception similaire à l’extrémité avant 37 sur le principe, à l’exception de l’orientation inversée des éléments selon la direction longitudinale. Par analogie avec les éléments similaires à ceux de la figure 3A, certains éléments de la figure 3B sont numérotés avec les mêmes références numériques qu’en figure 3A, mais assortis du symbole ‘.
Le corps longitudinal 29a, la bride avant 29c et la bride arrière 29c’ correspondent respectivement au corps longitudinal 34a, à la saillie radiale annulaire avant 34c et à la saillie radiale annulaire arrière 34c’, une fois la préforme 34 noyée dans la résine et la résine solidifiée.
Plus précisément, la bride avant 29c comporte la saillie avant 34c et la plaque de renfort 31, et la bride arrière 29c’ comporte la saillie arrière 34c’ et la plaque de renfort 31’. Des alésages 32a, 32b sont aménagés à travers la saillie avant 34c et la plaque de renfort 31 (figures 7 et 9). Des alésages 32a’, 32b’ sont aménagés à travers la saillie avant 34c’ et la plaque de renfort 31’.
Un moule d’injection 25 est illustré en figures 3a, 3b et 4 dans une étape préliminaire à l’injection de résine dans la préforme 34.
Plus précisément, le moule d’injection 25 présente:
- d’une part une première partie de moule 20 d’étendue radiale, une deuxième partie de moule 21 d’étendue longitudinale, une troisième partie de moule 22 et une cale 33 ou coin, les parties de moule 20, 21 et 22 et la cale 33 étant prévues pour venir envelopper l’extrémité avant 37 de la préforme 34 avant une étape d’injection de résine;
- d’autre part une quatrième partie de moule 20’ d’étendue radiale et une cale 33’, prévues pour venir envelopper, conjointement avec les deuxième et troisième partie de moule 21 et 22, l’extrémité arrière 37’ de la préforme 34 avant une étape d’injection de résine;
- optionnellement, des appuis 35 et 35’, par exemple sous forme de serre-joints (figure 4).
La cale avant 33, ou cale amont, présente une surface annulaire longitudinale 33a et une surface radiale 33b, d’orientations sensiblement transversales l’une avec l’autre, et venant en contact avec le corps principal 34a et la saillie radiale avant 34c lorsque le moule 25 est refermé sur la préforme 34. Un évidement 33c est ménagé à la rencontre des surfaces 33a et 33b. La section de l’évidement 33c est de forme complémentaire à la forme de la section d’une plaque de renfort 31.
De même, la cale arrière 33’, ou cale aval, présente une surface annulaire longitudinale 33a’ et une surface radiale 33b’, d’orientations sensiblement transversales l’une avec l’autre, et venant en contact avec le corps principal 34a et la saillie radiale arrière 34c’ lorsque le moule 25 est refermé sur la préforme 34. Un évidement 33c’ est ménagé à la rencontre des surfaces 33a’ et 33b’. La section de l’évidement 33c’ est de forme complémentaire à la forme de la section d’une plaque de renfort 31’.
Dans le mode de réalisation illustré notamment en figure 3A et 3B, la section de la plaque de renfort 31, respectivement de la plaque de renfort 31’, tout comme la section de l’évidement 33c, respectivement de l’évidement 33c’, est rectangulaire selon un plan comportant les directions radiale et longitudinale tel que le plan P de la page portant la figure. Les cales 33 et 33’ des figures 3a et 3b sont donc retravaillées par rapport à celles de l’art antérieur (figures 2a et 2b) de manière à pouvoir intégrer les plaques de renfort 31, 31’ dans le moule d’injection 25 avant injection de la résine.
Ci-après, un exemple de procédé de fabrication du carter 23 de turbomachine d’aéronef est décrit.
Ledit procédé de fabrication comporte les étapes suivantes de:
- mise en place d’une préforme 34 en matière tissée dans le moule d’injection 25;
- mise en place d’une plaque de renfort 31, 31’ contre une saillie annulaire radiale 24c, 24c’ de la préforme 34;
- fermeture du moule d’injection 25 autour de la préforme 34;
- injection de résine dans le moule d’injection 25.
La résine se polymérise ensuite.
La figure 6 illustre un exemple d’une extrémité de l’enveloppe 29 après injection et solidification de la résine.
L’enveloppe 29 est ensuite usinée selon les besoins, par exemple par perçage des alésages 32a et 32b (figure 7).
Dans le procédé ci-dessus, l’étape de mise en place de la plaque de renfort 31, 31’ contre la saillie annulaire radiale 24c, 24c’ respective est de préférence précédée par une étape d’application d’un tackifiant entre la saillie annulaire radiale 24c, 24c’ et une surface de la plaque de renfort 31, 31’. Un tackifiant est un agent de collage, c’est-à-dire offrant une adhésivité entre, ici la plaque de renfort 31, 31’ et la surface radiale annulaire 24c, 24c’ respective, de manière à tenir la plaque de renfort 31, 31’ en place contre la surface radiale annulaire 24c, 24c’ respective avant injection et solidification de la résine. De préférence le tackifiant est appliqué directement sur une surface de la plaque de renfort 31, 31’ appliquée contre la saillie annulaire radiale 24c, 24c’ respective.
De préférence, dans le procédé de fabrication ci-dessus, l’étape de mise en place de la plaque de renfort 31, 31’ contre la saillie annulaire radiale 24c, 24c’ inclut une étape d’affichage d’un marquage de positionnement 36b au moyen d’un système lumineux, de préférence un système laser 36 émettant un faisceau 36a, dans le but de faciliter le positionnement de la plaque de renfort 31, 31’ respective (figure 5).
De préférence encore, l’application de tackifiant est combinée à l’affichage du marquage de positionnement.
L’application de tackifiant et/ou l’utilisation d’un marquage de positionnement lumineux permettent d’assurer le bon positionnement des plaques de renfort et d’anticiper les étapes d’usinage ultérieures de fabrication. Il est ainsi possible d’éviter qu’une jonction entre plaques de renfort adjacentes ne se situe au niveau d’un perçage.
Très préférentiellement, une fois le moule d’injection 25 refermé sur la préforme 34, les plaques de renfort 31, 31’ sont logées dans les évidements 33a, 33a’ respectifs. Ceci permet de plaquer les saillies annulaires radiales 34c, 34c’ et les plaques de renfort 31, 31’, que comportent les brides avant 29c et arrière respectives après injection de la résine, contre la partie de moule 20, 20’ respective.
Une fois la résine injectée et solidifiée, une étape de perçage simultané des alésages 32a, 32b à travers la bride 29c, c’est-à-dire respectivement la plaque de renfort 31 et la saillie radiale annulaire 34c, est prévue. Les alésages 32a’, 32b’ sont, de même, percés à travers la bride 29c’, c’est-à-dire respectivement la plaque de renfort 31’ et la saillie radiale annulaire 34c’.
La figure 8 illustre, dans un état intermédiaire d’assemblage, la bride amont 29c de l’enveloppe 29 du carter 23 fabriqué au moyen du procédé selon l’invention, ainsi qu’une jonction entre deux plaques de renfort 31 juxtaposées de la bride 29c. Un perçage 32a d’une première plaque 31 est par exemple pourvu d’un chanfrein 32aa. Un autre perçage d’une deuxième plaque 31 voisine est ici pourvu d’un rivet 32ab.
Le procédé de fabrication ci-dessus et le carter issu de celui-ci permettent ainsi des gains à plusieurs niveaux. D’un point de vue technique, la définition des plaques de renfort est simplifiée; la répartition des efforts mécaniques est améliorée par l’intégration des plaques de renfort à l’enveloppe avant injection de résine; le positionnement des plaques de renfort est plus robuste et précis, ce qui offre une meilleure tenue mécanique. D’un point de vue industriel, le temps d’assemblage est réduit; le nombre de références de plaques de renfort peut être réduit jusqu’à n’en utiliser qu’un type; le nombre de composants d’assemblage, tels que les rivets, est réduit, ainsi que la masse; la mise en œuvre du procédé de fabrication est simple; le schéma industriel est simplifié, c’est-à-dire que le nombre de références est réduit, ainsi que le nombre d’étapes de fabrication, d’assemblage, d’ajustement; les coûts et délais sont réduits, compte tenu de la possibilité de pouvoir mettre en œuvre des plaques de renfort brutes; l’usinage est simplifié, le perçage des saillies radiales de la préforme, et des plaques de renfort peut être notamment réalisé en même temps; le contrôle dimensionnel est également amélioré.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine d’aéronef, le carter (3) comportant une enveloppe (29) réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, l’enveloppe (29) comportant un corps longitudinal (29a) et au moins une bride (29c) s’étendant radialement et vers l’extérieur depuis le corps longitudinal (29a),
    caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de:
    - mise en place d’une préforme (34) en matière tissée dans un moule d’injection (25);
    - mise en place d’une plaque de renfort (31; 31’) contre une saillie annulaire radiale (34c; 34c’) de la préforme (34);
    - fermeture du moule d’injection (25) autour de la préforme (34);
    - injection de résine dans le moule d’injection (25).
  2. Procédé de fabrication de carter selon la revendication précédente, dans lequel l’étape de mise en place de la plaque de renfort (31; 31’) contre la saillie annulaire radiale (34c; 34c’) est précédée par une étape d’application d’un tackifiant entre la saillie annulaire radiale (34c; 34c’) et une surface de la plaque de renfort (31; 31’), de préférence sur une surface de la plaque de renfort (31; 31’) appliquée contre la saillie annulaire radiale (34c; 34c’).
  3. Procédé de fabrication de carter selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape de mise en place de la plaque de renfort (31; 31’) contre la saillie annulaire radiale (34c; 34c’) inclut une étape d’affichage d’un marquage de positionnement par un système lumineux, de préférence un système laser.
  4. Procédé de fabrication de carter selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une cale (33; 33’) du moule d’injection (25) présente un évidement (33a; 33a’) de section complémentaire à la plaque de renfort (31; 31’), la plaque de renfort (31; 31’) étant logée dans l’évidement (33a; 33a’) à l’issue de l’étape de fermeture du moule d’injection (25).
  5. Procédé de fabrication de carter selon l’une des revendications précédentes, comportant une étape de perçage simultané d’alésages (32a, 32b) à travers la plaque de renfort (31; 31’) et la saillie annulaire radiale (34c; 34c’).
  6. Carter (3) de turbomachine d’aéronef fabriqué selon le procédé de fabrication de l’une des revendications 1 à 5
  7. Carter (3) selon la revendication précédente, dans lequel la plaque de renfort (31; 31’) s’étend sur 10% à 50% de l’épaisseur totale de la bride (29c, 31, 34c; 29c’, 31’, 34c’).
  8. Carter (3) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l’épaisseur de la plaque de renfort (31; 31’) est comprise entre 1 mm et 5 mm.
  9. Turbomachine d’aéronef, comportant au moins un carter (3) selon l’une des revendications 6 à 8.
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