FR3108663A1 - Aube de soufflante rotative de turbomachine, soufflante et turbomachine munies de celle-ci - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une aube (2) de soufflante rotative de turbomachine, comportant un corps (20) en un matériau composite et une pièce (3) de renforcement métallique comportant un nez amont (31) formant un bord (30) d’attaque, une première ailette (32), une deuxième ailette (33) et une deuxième surface (27b) de tête d’aube. L’ailette (32) et/ou (33) comporte une ligne (52) de rupture prescrite, qui s’étend à une hauteur déterminée (H) non nulle sous la surface (27b). La hauteur (H) est inférieure à 3 % de la hauteur de veine aérodynamique de l’aube (2), la ligne (52) étant configurée pour délimiter sur la hauteur (H) une zone (6) de rupture prescrite de l’ailette (32) et/ou (33), apte à se détacher au moins partiellement en présence d’un frottement tangentiel allant dans la direction (EP) d’épaisseur contre la surface (27b). Figure pour l’abrégé : Figure. 5

Description

Aube de soufflante rotative de turbomachine, soufflante et turbomachine munies de celle-ci
L'invention concerne une aube de soufflante rotative de turbomachine, une soufflante rotative de turbomachine munie de celle-ci et une turbomachine munie de celle-ci.
Le domaine de l’invention concerne les turbomachines d’aéronefs, notamment les turboréacteurs ou les turbopropulseurs.
Il est connu que les aubes de soufflante rotative de turbomachine tournent dans un carter fixe les entourant avec un jeu entre les aubes et le carter, lequel est recouvert intérieurement d’un matériau abradable pouvant être raboté par les têtes d’aube en rotation. Le document EP-A-1 312 762 décrit de telles aubes, dont les sommets sont susceptibles d'être désintégrés par la paroi interne du carter de rétention en cas de choc suite à l'apparition d'un balourd ayant entraîné le découplage du palier, afin d'obtenir un jeu plus grand nécessaire au fonctionnement du découpleur. Selon ce document, chaque aube présente près de son sommet une zone fragilisée réalisée au moyen d'une rainure ménagée, parallèlement à son sommet, sur la face extrados. Cette rainure est remplie d'une résine qui assure la continuité aérodynamique de l'extrados au voisinage du sommet. La rainure est ménagée dans le matériau de base de l'aube sur une profondeur telle que la paroi restante en matériau de base de la zone fragilisée côtés bord d'attaque, intrados et bord de fuite a une résistance suffisante pour permettre le rabotage de la couche de matériau abradable et soit suffisamment fragile pour casser à l'apparition d'un choc entre le sommet de l'aube et la paroi intérieure du carter de rétention.
Le mouvement de rotation R du moteur faisant tourner l’aube 2 avec l’association de divers éléments externes comme par exemple l’ingestion d’oiseaux, ou des phénomènes vibratoires, peut induire des contacts soudains et importants entre la tête 27 d’aube et l’abradable 301 situé sur le carter 300 de la soufflante, ainsi que représenté à la figure 1.
Ce contact entre l’aube et le carter peut être à l’origine d’importants dégâts. En effet, un contact ponctuel et soudain peut conduire à déformer l’aube, ce qui va augmenter le contact en termes de surface de l’aube ou de profondeur de contact dans l’abradable. Si le phénomène n’est pas contrôlé, cela peut avoir pour conséquence d’endommager l’aube jusqu’à des pertes de matières importantes.
Pour éviter ce cas de figure, le jeu radial J en tête de la soufflante 280 et le volume de l’aube 2 sont dimensionnés de manière à éviter l’engagement de celle-ci dans l’abradable jusqu’à l’endommagement du moteur.
Des études ont montré que lorsque l’aube fonctionne à haut régime, elle se déforme sous l’effet centrifuge et les efforts aérodynamiques. Le jeu radial J en tête d’aube diminue et il s’avère que dans certains cas, ce jeu J n’assure pas une marge suffisante pour éviter le contact entre la tête 27 d’aube et l’abradable. Ce frottement induit sur la tête 27 d’aube une charge tangentielle, schématisée par les flèches F de la figure 2, dirigée de l’intrados 24 vers l’extrados 25 de l’aube 2 et ce dans la direction opposée à la rotation de l’aube 2 autour de l’axe AX de rotation du moteur.
Cette contrainte implique une déformation supplémentaire de l’aube. Plusieurs cas peuvent alors survenir.
Selon un premier cas, si cette déformation induit une augmentation de jeu de sorte à diminuer les efforts et désengager la pale de l’abradable, l’aube est définie comme non auto-engageante. On estime alors que dans ce premier cas le comportement de l’aube est sain quand elle entre en contact avec l’abradable.
Au contraire, selon un deuxième cas, si une consommation de jeu positive est induite par la déformation, l’aube est définie comme auto-engageante Dans ce deuxième cas, l’aube va continuer à s’enfoncer dans l’abradable et les efforts sur l’aube vont augmenter. L’aube et les parties environnantes de celle-ci peuvent alors subir de graves dommages.
La solution la plus simple pour éviter ce phénomène d’auto-engagement ou du moins réduire sa criticité est d’augmenter le jeu en tête d’aube afin d’avoir une marge supplémentaire avant le contact de l’aube avec l’abradable. Cette stratégie permet d’éviter tout endommagement du moteur mais peut avoir un impact non négligeable sur les performances aérodynamiques de l’aubage. Le fait d’augmenter le jeu en tête augmente le débit de fuite et les pertes associées dans cette zone.
De plus, on cherche à éviter des configurations du bord d’attaque de la tête d’aube qui en cas d’auto-engagement se détachent difficilement du fait de leur profil géométrique et augmentent la criticité de l’auto-engagement.
Ainsi, l’auto-engagement peut apparaître en tête d’aube dans la zone formant le bord d’attaque de l’aube, ce qui fait que l’aube selon le document EP-A-1 312 762, du fait de sa structure a son sommet qui se détache mal dans ce cas, ce qui représente un inconvénient. Notamment, la structure de l’aube selon le document EP-A-1 312 762 ne comporte pas de pièce rapportée métallique formant le bord d’attaque de l’aube et a une structure inadaptée à une telle pièce rapportée métallique formant le bord d’attaque de l’aube, ce qui est également un inconvénient
On connaît par ailleurs des aubes de soufflante de turbomachine comportant une pièce de renforcement métallique comportant un nez amont métallique formant le bord d’attaque de l’aube et deux ailettes métalliques fixées sur l’intrados et l’extrados du corps en matériau composite de l’aube.
Un objectif de l’invention est d’obtenir une aube de soufflante rotative de turbomachine, qui pallie les inconvénients mentionnés ci-dessus et qui permette de limiter la criticité de l’auto-engagement sur le bord d’attaque de la tête d’aube sans détériorer les performances aérodynamiques.
A cet effet, un premier objet de l’invention est une aube de soufflante rotative de turbomachine, l’aube comportant un corps en un matériau composite ayant un bord amont et un bord aval, entre lesquels le corps s’étend suivant une première direction de longueur, un extrados et un intrados, entre lesquels le corps s’étend suivant une deuxième direction d’épaisseur, qui est transversale à la première direction, un pied d’aube et une première surface de tête d’aube, entre lesquels le corps s’étend suivant une troisième direction de hauteur, transversale aux première et deuxième directions, le pied d’aube ayant pour fonction la fixation sur un moyeu rotatif longitudinal de soufflante.
L’aube comporte une pièce de renforcement métallique comportant un nez amont métallique, qui forme un bord d’attaque de l’aube et qui est fixé au bord amont, une première ailette métallique, qui est raccordée en aval d’un premier flanc d’extrados du nez amont métallique et qui est fixée à une partie amont de l’extrados, une deuxième ailette métallique, qui est raccordée en aval d’un deuxième flanc d’intrados du nez amont métallique et qui est fixée à une partie amont de l’intrados, et une deuxième surface métallique de tête d’aube située en amont de la première surface de tête d’aube.
L’aube comporte en outre un aménagement de rupture prescrite. A cet effet, la première ailette et/ou la deuxième ailette comporte, comme aménagement de rupture prescrite, au moins une ligne de rupture prescrite, qui s’étend à une hauteur déterminée non nulle sous la deuxième surface métallique de tête d’aube.
La hauteur déterminée non nulle est inférieure à 3 % de la hauteur de veine aérodynamique de l’aube, définie de la deuxième surface métallique de tête d’aube ou de la première surface de tête d’aube à un point de début de veine aérodynamique de l’aube, qui est situé à distance du pied d’aube selon la troisième direction de hauteur et qui est destiné à être en contact avec une plate-forme inter-aubes.
La ligne de rupture prescrite est configurée pour délimiter sur la hauteur déterminée une zone de rupture prescrite de la première ailette et/ou de la deuxième ailette, qui est apte à se détacher au moins partiellement en présence d’un frottement tangentiel allant dans la deuxième direction d’épaisseur contre la deuxième surface métallique de tête d’aube.
Grâce à l'invention, la zone de rupture prescrite prévue au niveau de la tête d’aube métallique peut suffire à éviter l’auto-engagement de l’ensemble de l’aube à partir de son bord d’attaque. L’invention permet ainsi de casser au moins partiellement ou entièrement l’extrémité de tête de la pièce de renforcement métallique située au-dessus de la ligne de rupture prescrite, en cas de contact tangentiel de l’aube contre le matériau abradable du carter de la soufflante avec des efforts importants.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite est également positionnée dans le nez métallique.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite est prévue à la fois dans la première ailette et dans la deuxième ailette.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite s’étend à partir d’une première extrémité aval de la première ailette et/ou de la deuxième ailette.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite s’étend sur une longueur déterminée le long de la deuxième surface métallique de tête d’aube et est localisée du côté d’une troisième surface intérieure de la première ailette et/ou de la deuxième ailette, la troisième surface intérieure étant tournée vers une couche d’adhésif située entre la pièce de renforcement et le corps.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite est également localisée du côté d’une quatrième surface intérieure du nez métallique, tournée vers la couche d’adhésif.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite comporte au moins une rainure d’amincissement du matériau de la première ailette et/ou de la deuxième ailette.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite est formée par au moins une rainure d’amincissement, qui est continue dans une troisième surface intérieure de la première ailette et de la deuxième ailette et dans une quatrième surface intérieure du nez métallique et qui part d’une première extrémité aval de la première ailette et de la deuxième ailette, la troisième surface intérieure et la quatrième surface intérieure du nez métallique étant tournées vers la couche d’adhésif.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la rainure possède une première profondeur située dans la première ailette et/ou dans la deuxième ailette, et une deuxième profondeur située dans la quatrième surface intérieure du nez métallique, la deuxième profondeur étant supérieure à la première profondeur.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la rainure est remplie par un matériau de remplissage différent de celui de la pièce, le matériau de remplissage étant le même matériau que celui de la couche d’adhésif.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ligne de rupture prescrite est courbe dans des sections prises perpendiculairement à la troisième direction de hauteur.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le corps, le nez amont métallique, la première ailette et la deuxième ailette ont une courbure tridimensionnelle dans des sections prises perpendiculairement aux première, deuxième et troisième directions. Pour de telles courbures, les effets de contact et auto-engagement sont avantageusement à considérer en conception d’aube pour prévoir l’aménagement de rupture prescrite à au moins une ligne de rupture conformément à l’invention.
Un deuxième objet de l’invention est une soufflante rotative de turbomachine, comportant un moyeu rotatif longitudinal de soufflante et une pluralité d’aubes telles que décrites ci-dessus, qui sont fixées au niveau de leur pied d’aube au moyeu rotatif longitudinal de soufflante.
Un troisième objet de l’invention est une turbomachine comportant une soufflante rotative telle que décrite ci-dessus, et, en aval de la soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés.
représente une vue schématique de face d’une aube suivant l’état de la technique.
représente une vue schématique suivant une direction radiale de la tête d’une aube suivant l’état de la technique.
représente une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine, comportant l’aube suivant l’invention.
représente une vue schématique de côté d’une aube suivant des modes de réalisation de l’invention.
représente une vue schématique de côté agrandie d’une partie de tête de l’aube suivant des modes de réalisation de l’invention.
représente une vue schématique en perspective agrandie d’une partie de tête de l’aube suivant des modes de réalisation de l’invention.
représente une vue schématique agrandie en coupe axiale de la partie de tête de l’aube suivant un mode de réalisation de l’invention.
représente une vue schématique partielle en coupe transversale de la partie de tête de l’aube suivant un mode de réalisation de l’invention.
représente une vue schématique partielle en coupe transversale de la partie de tête de l’aube suivant un autre mode de réalisation de l’invention.
représente une vue schématique partielle en coupe transversale de la partie de tête de l’aube suivant un autre mode de réalisation de l’invention.
On décrit ci-dessous plus en détail en référence à la figure 3 un exemple de turbomachine 1 sur laquelle peut être utilisée la ou les aubes 2 de soufflante rotative suivant l’invention.
Ainsi que cela est connu, la turbomachine 1 représentée à la figure 3 est destinée à être installée sur un aéronef non représenté pour le propulser dans les airs.
L’ensemble moteur à turbine à gaz ou turbomachine 1 s’étend autour d’un axe AX ou direction axiale AX (ou première direction longitudinale AX mentionnée ci-dessous) orientée de l’amont vers l’aval. Par la suite, les termes « amont », respectivement « aval » ou « avant », respectivement « arrière », ou « gauche » respectivement « droite » ou « axialement » sont pris le long de la direction générale des gaz qui s’écoulent dans la turbomachine selon l’axe AX. La direction allant de l’intérieur vers l’extérieur est la direction radiale DR (ou troisième direction DR de hauteur mentionnée ci-dessous) partant de l’axe AX.
La turbomachine 1 est par exemple à double corps. La turbomachine 1 comprend un premier étage formé par une soufflante rotative 280 et un générateur de gaz 130, situé en aval de la soufflante rotative 280. Central à la turbomachine, le générateur de gaz 130 comprend, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, un compresseur basse pression CBP1, un compresseur haute pression CHP1, une chambre de combustion 160, une turbine haute pression THP1 et une turbine basse pression TBP1, qui délimitent un flux primaire de gaz FP1.
La soufflante rotative 280 comprend un ensemble d’aubes 2 rotatives de soufflante s'étendant radialement vers l'extérieur depuis un moyeu rotatif 250 de soufflante. Les aubes 2 rotatives de soufflante sont entourées extérieurement par un carter 300 de soufflante, comportant une ou plusieurs couches 301 d’un matériau abradable sur sa surface située en face des têtes 27 d’aube des aubes 2.
La turbomachine 1 présente une extrémité amont d'admission 290 située en amont de la soufflante 280, et une extrémité aval d'échappement 310. La turbomachine 1 comprend également un carter inter-veine 360 qui délimite une veine primaire dans laquelle circule le flux primaire FP1 qui traverse en aval de la soufflante 280 le compresseur basse pression CBP1, le compresseur haute pression CHP1, la turbine haute pression THP1 et la turbine basse pression TBP1.
Le carter inter-veine 360 comporte, de l’amont vers l’aval, un carter 361 du compresseur basse pression CBP1, un carter intermédiaire 260, qui est interposé entre le compresseur basse pression CBP1 et le compresseur haute pression CHP1, un carter 362 du compresseur haute pression CHP1, un carter 363 de la turbine haute pression THP1 et un carter 190 de la turbine basse pression TBP1.
Le compresseur basse pression CBP1 et le compresseur haute pression CHP1 peuvent comporter chacun un ou plusieurs étages, chaque étage étant formé par un ensemble d’aubes fixes (ou aubage de stator) et un ensemble d’aubes rotatives (ou aubage de rotor).
Les aubes fixes 101 du compresseur basse pression CBP1 sont fixées au carter 361. Les aubes rotatives 102 du compresseur basse pression CBP1 sont fixées à un premier arbre rotatif 410 de transmission.
Les aubes fixes 103 du compresseur haute pression CHP1 sont fixées au carter 362. Les aubes rotatives 104 du compresseur haute pression CHP1 sont fixées à un deuxième arbre rotatif 400 de transmission.
La turbine haute pression THP1 et la turbine basse pression TBP1 peuvent comporter chacun un ou plusieurs étages, chaque étage étant formé par un ensemble d’aubes fixes (ou aubage de stator) et un ensemble d’aubes rotatives (ou aubage de rotor).
Les aubes fixes 105 de la turbine haute pression THP1 sont fixées au carter 363. Les aubes rotatives 106 de la turbine haute pression THP1 sont fixées au deuxième arbre rotatif 400 de transmission.
Les aubes fixes 107 de la turbine basse pression TBP1 sont fixées au carter 190. Les aubes rotatives 108 de la turbine basse pression TBP1 sont fixées au premier arbre rotatif 410 de transmission.
Les aubes 108 rotatives de la turbine basse pression TBP1 entraînent les aubes rotatives 102 du compresseur basse pression CBP1 en rotation autour de l’axe AX sous l'effet de la poussée des gaz provenant de la chambre de combustion 160. Les aubes rotatives 106 de la turbine haute pression THP1 entraînent les aubes rotatives 104 du compresseur haute pression CHP1 en rotation autour de l’axe AX sous l'effet de la poussée des gaz provenant de la chambre de combustion 160.
Les aubes 2 de soufflante rotative sont en amont des aubes 101,102, 103, 104 105, 106, 107 et 108 et sont de forme différente de celles-ci.
En fonctionnement, l'air s'écoule à travers la soufflante rotative 280 et une première partie FP1 (flux primaire FP1) du flux d'air est acheminée à travers le compresseur basse pression CBP1 et le compresseur haute pression CHP1, dans lesquels le flux d'air est comprimé et envoyé à la chambre de combustion 160. Les produits de combustion chauds (non représentés sur les figures) provenant de la chambre de combustion 160 sont utilisés pour entraîner les turbines THP1 et TBP1 et produire ainsi la poussée de la turbomachine 1. La turbomachine 1 comprend également une veine secondaire 390 qui est utilisée pour faire passer un flux secondaire FS1 du flux d'air évacué de la soufflante rotative 280 autour du carter inter-veine 360. Plus précisément, la veine secondaire 390 s'étend entre une paroi interne 201 d'un carénage 200 ou nacelle 200 et le carter inter-veine 360 entourant le générateur de gaz 130, le carter 300 de soufflante étant la partie amont de ce carénage 200 ou nacelle 200. Des bras 340 relient le carter intermédiaire 260 à la paroi interne 201 du carénage 200 dans la veine secondaire 390 du flux secondaire FS1.
Ci-dessous, l’aube 2 de soufflante rotative de turbomachine suivant l’invention est décrite en référence aux figures 4 à 10.
A la figure 4, l’aube 2 comporte un corps 20 en un matériau composite, qui s’étend entre un bord amont 22 et un bord aval 23 éloigné du bord amont suivant la première direction longitudinale AX.
Le corps 20 en matériau composite s’étend entre un extrados 24 et un intrados 25, éloigné de l’extrados 25 suivant la deuxième direction EP d’épaisseur transversale à la première direction AX. L’extrados 24 est tourné vers l’extérieur dans le sens de rotation de l’aube 2 de soufflante lorsque le moyeu 250 de soufflante auquel est fixé le pied 26 d’aube tourne autour de la direction axiale AX. L’extrados 24 est dissymétrique par rapport à l’intrados 25.
Le corps 20 en matériau composite s’étend entre un pied 26 d’aube et la première surface 27 (ou bord supérieur 27) de tête d’aube du corps 20, éloigné du pied 26 d’aube suivant la troisième direction DR de hauteur, transversale aux première et deuxième directions AX et EP. La troisième direction DR de hauteur est orientée de bas en haut du pied 26 d’aube au bord supérieur 27 de tête d’aube et à la partie métallique 27b de tête d’aube décrite ci-dessous. Le pied 26 d’aube sert à être fixé au moyeu rotatif longitudinal 250 de soufflante. A cet effet, le pied 26 d’aube peut avoir une section transversale épaissie, pouvant être par exemple en forme de queue d’aronde ou autre, suivant la direction EP par rapport à une zone intermédiaire 26b située entre le pied 26 d’aube et le bord supérieur 27 de tête d’aube. Le pied d’aube 26 peut ainsi être inséré dans un logement périphérique du moyeu 250 de soufflante pour y être fixé.
On décrit ci-dessous un mode de réalisation du corps 20 en matériau composite. Le corps 20 de l’aube 2 est en un matériau composite tissé en trois dimensions dans une résine. Le corps 20 en matériau composite comprend une matrice de résine dans laquelle est noyé un renfort fibreux comportant des torons de chaîne s’étendant au moins selon la troisième direction DR de hauteur et des torons de trame s’étendant au moins selon la première direction longitudinale AX à l’état fini de l’aube 2. Un procédé de fabrication possible du corps 20 de l’aube 2 est le suivant. Les torons de chaîne sont tissés en trois dimensions avec les torons de trame pour former le renfort fibreux lors d’une première étape de tissage.Puis, au cours d’une deuxième étape de moulage, le renfort fibreux est placé dans un moule, où le renfort fibreux est déformé selon une courbure tridimensionnelle imposée par une courbure tridimensionnelle prescrite des parois intérieures du moule, puis de la résine est injectée autour du renfort fibreux dans le moule, pour donner la forme tridimensionnelle du corps 20 de l’aube 2 à l’état fini. Après moulage de la résine autour du renfort fibreux, les torons de chaîne et les torons de trame présentent la courbure tridimensionnelle du corps 20 à l’état fini. Le renfort fibreux peut être formé à partir d’une préforme fibreuse en une seule pièce obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche avec épaisseur évolutive. Il comprend des torons de chaîne et de trame qui peuvent notamment comprendre des fibres en carbone, en verre, en basalte, et/ou en aramide. La matrice quant à elle est typiquement une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide. L’aube peut être formée par moulage au moyen d’un procédé d’injection sous vide de résine du type RTM (pour moulage à tranfert de résine, en anglais : « Resin Transfer Moulding), ou encore VARRTM (pour moulage à tranfert de résine sous vide, en anglais : Vacuum Resin Transfer Molding). Par tissage tridimensionnel, on comprendra que les torons de chaîne suivent des trajets sinueux afin de lier entre eux des torons de trame appartenant à des couches de torons de trame différentes exception faite de déliaisons, étant noté qu'un tissage tridimensionnel, notamment à armure interlock, peut inclure des tissages bidimensionnels en surface. Différentes armures de tissage tridimensionnel peuvent être utilisées, telles que des armures interlock, multi-satin ou multi-voile.
En amont du bord amont 22 est fixé, par exemple par collage au moyen d’une couche 4 d’adhésif, une pièce 3 de renforcement métallique (non représentée, également appelé bouclier) formant un bord 30 d’attaque de l’aube 2. La pièce 3 de renforcement a pour fonction de faire face au flux aérodynamique entrant en vol pour répondre au problème d’érosion de l’aube et de protection de l’aube contre l’ingestion d’oiseaux.
On décrit ci-dessous la pièce 3 de renforcement métallique en référence aux figures 4 à 10.
La pièce 3 de renforcement métallique comporte un nez amont métallique 31, qui forme le bord 30 d’attaque de l’aube 2 et qui est fixé au bord amont 22 du corps 20 en matériau composite par la couche 4 d’adhésif située entre le nez amont métallique 31 et le bord amont 22. Le nez amont métallique 31 est formé d’un premier flanc 32b d’extrados et d’un deuxième flanc 33b d’intrados, qui se raccordent l’un à l’autre dans le sens de la direction EP d’épaisseur et qui se terminent en amont au niveau du bord 30 d’attaque. La pièce 3 de renforcement métallique comporte une première ailette 32, qui est raccordée en aval du premier flanc 32b d’extrados et qui est fixée par la couche 4 d’adhésif à une partie amont 28 de l’extrados 24 du corps 2. La pièce 3 de renforcement métallique comporte une deuxième ailette 33, qui est raccordée en aval du deuxième flanc 33b d’intrados et qui est collée par la couche 4 d’adhésif à une partie amont 29 de l’intrados 25 du corps 2. Le nez amont métallique 31, la première ailette 32 et la deuxième ailette 33 délimitent une cavité dans laquelle se trouvent le bord amont 22 et les parties amont 28, 29 de l’extrados 24 et de l’intrados 25. Le nez amont métallique 31 est plein et est plus épais que chaque ailette 32 et 33. Suivant un mode de réalisation, le corps 20, le nez amont métallique 31, la première ailette 32 et la deuxième ailette 33 ont une courbure tridimensionnelle dans des premières sections S1 prises dans plusieurs plans distincts perpendiculaires à la première direction AX, dans des deuxièmes sections S2 prises dans plusieurs plans distincts perpendiculaires à la deuxième direction EP et dans des troisièmes sections S3 prises dans plusieurs plans distincts perpendiculaires à la troisième directions DR. La pièce 3 se termine suivant la troisième direction DR de hauteur au-dessus de sa zone principale 34 par une partie métallique 27b de tête d’aube, située en amont du premier bord 27 de tête d’aube du corps 2 en matériau composite.
La première ailette 32 comporte au moins une ligne 52 de rupture prescrite, et/ou la deuxième ailette 33 comporte au moins une ligne 53 de rupture prescrite. La ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 s’étend à une hauteur déterminée H non nulle sous la deuxième surface 27b métallique supérieure de tête d’aube, qui représente la distance de laquelle est éloignée la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 par rapport à la deuxième surface 27b métallique supérieure de tête d’aube de la première ailette 32 et/ou de la deuxième ailette 33.
La hauteur déterminée H est inférieure à 3 % de la hauteur HVA de veine aérodynamique de l’aube 2. La hauteur HVA de veine aérodynamique est la plus grande distance suivant la direction DR de hauteur, entre le bord 27 de tête d’aube ou la deuxième surface 27b métallique de tête d’aube et le point 7 de début de veine aérodynamique de l’aube 2. Le point 7 de début de veine aérodynamique est le point à la fois le plus proche du moyeu central 250 rotatif autour de la direction axiale AX, et faisant face axialement au flux aérodynamique déplacé par l’aube 2 et situé sur l’aube 2. Le point 7 de début de veine aérodynamique est situé à distance du pied 26 d’aube selon la direction DR de hauteur et est destiné à être en contact avec une plate-forme inter-aubes, qui fait la jonction entre deux aubes voisines l’une de l’autre sur la périphérie extérieure du moyeu 250.
La ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 est configurée pour délimiter au-dessus d’elle, à savoir sur la hauteur déterminée H jusqu’à la deuxième surface 27b métallique de tête d’aube, une zone 6 de rupture prescrite de la première ailette 32 et/ou de la deuxième ailette 33. Cette zone 6 de rupture prescrite est apte à se détacher au moins partiellement en présence d’un frottement tangentiel allant dans la deuxième direction EP d’épaisseur contre la deuxième surface 27b métallique de tête d’aube. Suivant la troisième direction DR de hauteur, la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 est située entre la zone 6 de rupture prescrite située en haut et une zone principale 34 de la première ailette 32 et/ou de la deuxième ailette 33, située plus en bas jusqu’à la base de l’aube 2.
La zone 6 de rupture prescrite agit ainsi en tant que fusible en cas de contact trop prononcé avec l’abradable 301 situé sur le carter 300 de la soufflante 280. La zone 6 de rupture prescrite de la pièce métallique 3 de renforcement est présente dans une partie auto-engageante de l’aube 2, c’est-à-dire une partie pouvant venir en contact avec le matériau abradable 301 du carter 300 de la soufflante 280, telle que définie ci-dessus. Ainsi, en cas d’effort important sur la partie métallique 27b de tête d’aube de la pièce métallique 3 de renforcement, dû à un contact avec l’abradable 301, la zone 6 de rupture prescrite se détachera partiellement ou entièrement de l’aube 2, ce qui permet de sortir directement du contact avec l’abradable 301 et évitera l’auto-engagement. La ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 crée une discontinuité d’épaisseur dans le matériau métallique de la première ailette et/ou de la deuxième ailette 53.
La hauteur H non nulle déterminée de la zone 6 de rupture prescrite est inférieure à 3 % de la hauteur HVA de veine aérodynamique de l’aube 2 à son bord 30 d’attaque ou à son bord amont 22, et donc de la hauteur totale de l’aube 2 entre la surface inférieure 260 du pied 26 d’aube et la deuxième surface 27b métallique de tête d’aube à son bord 30 d’attaque ou le bord 27 de tête d’aube à son bord amont 22. Suivant un mode de réalisation, la hauteur H non nulle déterminée de la zone 6 de rupture prescrite est inférieure ou égale à 2 %, et par exemple inférieure ou égale à 1.5 % de la hauteur HVA de veine aérodynamique de l’aube 2 à son bord 30 d’attaque ou à son bord amont 22, et donc de la hauteur totale de l’aube 2 entre la deuxième surface 27b métallique de tête d’aube à son bord 30 d’attaque ou le bord 27 de tête d’aube à son bord amont 22. La hauteur H non nulle déterminée de la zone 6 de rupture prescrite est supérieure à 0.5 % de la hauteur HVA de veine aérodynamique de l’aube 2 à son bord d’attaque ou à son bord amont 22, et notamment supérieure à 1 % de la hauteur HVA de veine aérodynamique. Par exemple, la hauteur H peut être d’environ 1 cm pour une hauteur totale d’environ 90 cm entre la surface inférieure 260 du pied 26 d’aube et le bord 27b de tête d’aube à son bord 30 d’attaque.
La ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 peut être prévue à la fois dans la première ailette 32 et dans la deuxième ailette 33, ainsi que représenté à la figure 7. La ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 peut également être positionnée dans le nez métallique 31, ainsi que représenté à la figure 7.
Dans un mode de réalisation représenté aux figures 4 à 10, la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 s’étend sur une longueur déterminée L le long de la deuxième surface 27b métallique de tête d’aube suivant la première direction AX.
Dans un mode de réalisation représenté aux figures 4 à 10, la ligne de rupture prescrite 52 est localisée du côté d’une troisième surface intérieure 321 de la première ailette 32 et/ou la ligne de rupture prescrite 53 est localisée du côté d’une troisième surface intérieure 331 de la deuxième ailette 33. La troisième surface intérieure 321 est tournée vers la couche 4 d’adhésif et est fixée par cette couche 4 d’adhésif contre la partie amont 28 de l’extrados 24. La troisième surface intérieure 331 est tournée vers la couche 4 d’adhésif et est fixée par cette couche 4 d’adhésif contre la partie amont 29 de l’intrados 25. On permet ainsi de mieux conserver le profil aérodynamique de l’aube 2 dans la zone de la ligne 52 et/ou 53 de rupture, en y conservant la surface extérieure métallique sans discontinuité du matériau métallique soumis au flux d’air.
Suivant un mode de réalisation représenté aux figures 4 à 10, la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 s’étend à partir d’une première extrémité aval 32d de la première ailette 32 et/ou à partir d’une deuxième extrémité aval 33d de la deuxième ailette 33. On facilite ainsi le détachement de la première ailette 32 et/ou de la deuxième ailette en cas de frottement tangentiel allant dans la direction EP d’épaisseur contre sa deuxième surface 27b métallique 33. La longueur L peut être par exemple présente sur la totalité de la longueur de la première ailette 32 et/ou de la deuxième ailette 33 suivant la première direction AX.
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 7, la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 est également localisée du côté d’une quatrième surface intérieure 311 du nez métallique 31, tournée vers la couche 4 d’adhésif. Cette quatrième surface intérieure 311 est donc la surface aval du nez métallique 31. On facilite ainsi le détachement de la partie du nez amont métallique 31 située au-dessus de la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53, dans le cas où il se produit un frottement tangentiel allant dans la direction EP d’épaisseur contre la deuxième surface 27b métallique du nez amont métallique 31 à partir du bord 30 d’attaque.
Suivant un mode de réalisation représenté aux figures 4 à 10, la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53 comporte ou est formée par au moins une rainure 52 et/ou 53 d’amincissement du matériau métallique de la première ailette 32 et/ou de la deuxième ailette 33.
Suivant un mode de réalisation représenté aux figures 4 à 10, la rainure 52 et 53 est continue dans la troisième surface intérieure 321 de la première ailette 32, dans la troisième surface intérieure 331 de la deuxième ailette 33 et dans la quatrième surface intérieure 311 du nez métallique 31 et part de la première extrémité aval 32d de la première ailette 32 et de la deuxième extrémité aval 33d de la deuxième ailette 33, les troisième surface intérieure 321 et 331 et la quatrième surface intérieure 311 étant tournées vers la couche 4 d’adhésif. On facilite ainsi le détachement de la longueur L2 totale de l’amont vers l’aval (c’est-à-dire du bord 30 d’attaque jusqu’aux extrémités aval 32d et 33d) de la pièce 3 de renforcement métallique située au-dessus du niveau de la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53, dans le cas où il se produit un frottement tangentiel allant dans la direction EP d’épaisseur contre la deuxième surface 27b métallique du nez amont métallique 31 à partir du bord 30 d’attaque.
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 7, la rainure 52 et/ou 53 possède une première profondeur e1 située dans la troisième surface intérieure 321 de la première ailette 32 et/ou dans la troisième surface intérieure 331 de la deuxième ailette 33. La rainure 52 et/ou 53 possède une deuxième profondeur e2 située dans la quatrième troisième surface intérieure 311 du nez métallique 31. La deuxième profondeur e2 est plus grande que la première profondeur e1. On facilite ainsi le détachement de la partie du nez amont métallique 31 située au-dessus de la ligne de rupture prescrite 52 et/ou 53, dans le cas où il se produit un frottement tangentiel allant dans la direction EP d’épaisseur contre la deuxième surface 27b métallique du nez amont métallique 31 à partir du bord 30 d’attaque.
Suivant un mode de réalisation représenté aux figures 4 à 10, la rainure 52 et/ou 53 est remplie par un matériau 8 de remplissage différent de celui de la pièce 3. Le matériau 8 de remplissage est le même matériau que celui de la couche 4 d’adhésif. La couche 4 d’adhésif est donc présente dans la rainure 52 et/ou 53 et sur la surface intérieure 321 de la première ailette 32 et/ou sur la surface intérieure 331 de la deuxième ailette 33 à distance de la rainure 52 et/ou 53.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 8, la première rainure 52 et/ou 53 est de section rectangulaire.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 9, la première rainure 52 et/ou 53 est de section en forme de cuvette en V.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 10, la première rainure 52 et/ou 53 est de section arrondie, par exemple semi-circulaire.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 7, la ligne 52 et/ou 53 de rupture prescrite est courbe dans des sections S3 prises perpendiculairement à la troisième direction DR de hauteur.
Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples décrits ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre.

Claims (14)

  1. Aube (2) de soufflante rotative de turbomachine, l’aube (2) comportant :
    un corps (20) en un matériau composite ayant un bord amont (22) et un bord aval (23), entre lesquels le corps (20) s’étend suivant une première direction (AX) de longueur, un extrados (24) et un intrados (25), entre lesquels le corps (20) s’étend suivant une deuxième direction (EP) d’épaisseur, qui est transversale à la première direction (AX), un pied (26) d’aube et une première surface (27) de tête d’aube, entre lesquels le corps (20) s’étend suivant une troisième direction (DR) de hauteur, transversale aux première et deuxième directions (AX, EP), le pied (26) d’aube ayant pour fonction la fixation sur un moyeu rotatif longitudinal (250) de soufflante,
    l’aube comportant une pièce (3) de renforcement métallique comportant un nez amont métallique (31), qui forme un bord (30) d’attaque de l’aube et qui est fixé au bord amont (22), une première ailette métallique (32), qui est raccordée en aval d’un premier flanc (32b) d’extrados du nez amont métallique (31) et qui est fixée à une partie amont (28) de l’extrados (24), une deuxième ailette métallique (33), qui est raccordée en aval d’un deuxième flanc (33b) d’intrados du nez amont métallique (31) et qui est fixée à une partie amont (29) de l’intrados (25), et une deuxième surface (27b) métallique de tête d’aube située en amont de la première surface (27) de tête d’aube,
    l’aube comportant un aménagement de rupture prescrite,
    caractérisée en ce que comme aménagement de rupture prescrite, la première ailette (32) et/ou la deuxième ailette (33) comporte au moins une ligne (52, 53) de rupture prescrite, qui s’étend à une hauteur déterminée (H) non nulle sous la deuxième surface (27b) métallique de tête d’aube,
    la hauteur déterminée (H) non nulle est inférieure à 3 % de la hauteur (HVA) de veine aérodynamique de l’aube (2), définie de la deuxième surface (27b) métallique de tête d’aube ou de la première surface (27) de tête d’aube à un point (7) de début de veine aérodynamique de l’aube (2), qui est situé à distance du pied (26) d’aube selon la troisième direction (DR) de hauteur et qui est destiné à être en contact avec une plate-forme inter-aubes,
    la ligne (52, 53) de rupture prescrite étant configurée pour délimiter sur la hauteur déterminée (H) une zone (6) de rupture prescrite de la première ailette (32) et/ou de la deuxième ailette (33), qui est apte à se détacher au moins partiellement en présence d’un frottement tangentiel allant dans la deuxième direction (EP) d’épaisseur contre la deuxième surface (27b) métallique de tête d’aube.
  2. Aube suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite est également positionnée dans le nez métallique (31).
  3. Aube suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite est prévue à la fois dans la première ailette (32) et dans la deuxième ailette (33).
  4. Aube suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite s’étend à partir d’une première extrémité aval (32d) de la première ailette (32) et/ou de la deuxième ailette (33).
  5. Aube suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite s’étend sur une longueur déterminée (L) le long de la deuxième surface (27b) métallique de tête d’aube et est localisée du côté d’une troisième surface intérieure (321, 331) de la première ailette (32) et/ou de la deuxième ailette (33), la troisième surface intérieure (321, 331) étant tournée vers une couche (4) d’adhésif située entre la pièce (3) de renforcement et le corps (2).
  6. Aube suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite est également localisée du côté d’une quatrième surface intérieure (311) du nez métallique (31), tournée vers la couche (4) d’adhésif.
  7. Aube suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite comporte au moins une rainure (52, 53) d’amincissement du matériau de la première ailette (32) et/ou de la deuxième ailette (33).
  8. Aube suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite est formée par au moins une rainure (52, 53) d’amincissement, qui est continue dans une troisième surface intérieure (321) de la première ailette (32) et de la deuxième ailette (33) et dans une quatrième surface intérieure (311) du nez métallique (31) et qui part d’une première extrémité aval (32d) de la première ailette (32) et de la deuxième ailette (33), la troisième surface intérieure (321) et la quatrième surface intérieure (311) du nez métallique (31) étant tournées vers la couche (4) d’adhésif.
  9. Aube suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la rainure (52, 53) possède une première profondeur (e1) située dans la première ailette (32) et/ou dans la deuxième ailette (33), et une deuxième profondeur (e2) située dans la quatrième surface intérieure (311) du nez métallique (31), la deuxième profondeur (e2) étant supérieure à la première profondeur (e1).
  10. Aube suivant l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la rainure (52, 53) est remplie par un matériau de remplissage différent de celui de la pièce (3), le matériau (8) de remplissage étant le même matériau que celui de la couche (4) d’adhésif.
  11. Aube suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (52, 53) de rupture prescrite est courbe dans des sections (S3) prises perpendiculairement à la troisième direction (DR) de hauteur.
  12. Aube suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (20), le nez amont métallique (31), la première ailette (32) et la deuxième ailette (33) ont une courbure tridimensionnelle dans des sections (S1, S2, S3) prises perpendiculairement aux première, deuxième et troisième directions (AX, EP, DR).
  13. 13. Soufflante (280) rotative de turbomachine, comportant un moyeu rotatif longitudinal (250) de soufflante et une pluralité d’aubes (2) suivant l’une quelconque des revendications précédentes, qui sont fixées au niveau de leur pied (26) d’aube au moyeu rotatif longitudinal (250) de soufflante.
  14. 14. Turbomachine (1) comportant une soufflante rotative (280) suivant la revendication 13, et, en aval de la soufflante (280), un compresseur basse pression (CBP1), un compresseur haute pression (CHP1), une chambre (160) de combustion, une turbine haute pression (THP1) et une turbine basse pression (TBP1).
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