FR3116228A1 - Pièce composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef - Google Patents

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Mattéo MINERVINO
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Abstract

L’invention concerne une pièce (10) en matériau composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef, comportant : un corps (40) réalisé à base de fibres tissées (41) et noyées dans une résine, en particulier une résine polymérique, au moins un capteur de déformation (50) apte à mesurer une déformation de la pièce (10), et au moins un élément de liaison (60) relié au capteur de déformation (50), et configuré pour transmettre une mesure de déformation de la pièce (10), en particulier à un organe extérieur à la pièce (10). Selon l’invention, le capteur de déformation (50) comprend au moins un fil conducteur (51) s’étendant le long d’une zone (Z1) du corps (40) dont la déformation doit être mesurée, et l’élément de liaison (60) est configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur (51) et pour transmettre sans fil la mesure de déformation de la pièce (10). Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

PIÈCE COMPOSITE, NOTAMMENT POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne une pièce composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle pièce composite.
Arrière-plan technique
De manière connue, une turbomachine s’étendant selon un axe de turbomachine permet de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine et circulant d’amont en aval. Par la suite, les termes « amont» et « aval » sont définis par rapport à l’axe de turbomachine orienté d’amont en aval. De même, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis selon une direction radiale définie par rapport à l’axe de turbomachine.
Par ailleurs, la turbomachine comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine pour entraîner en rotation le compresseur. La turbomachine comporte, en amont, une soufflante permettant d’accélérer le flux d’air de l’amont vers l’aval dans la turbomachine et comprenant des aubes s’étendant généralement dans un même plan transversal à l’axe de turbomachine.
Les aubes, notamment en matériau composite, sont notamment des pièces pour lesquelles il est important de pouvoir mesurer une déformation. Ceci est réalisée à partir de jauges de déformation permettant localement de mesurer la déformation de la pièce.
Les jauges de déformation sont des éléments de petites dimensions, notamment quelques centimètres, mesurant la déformation de la pièce par mesure, à température constante, de la résistance d’un fil conducteur déposé sur la jauge de déformation montée solidairement de la pièce pour laquelle on souhaite mesurer la déformation. Lorsque la pièce se déforme, la jauge de déformation se déforme ainsi de façon identique.
L’augmentation de la résistance du fil conducteur est proportionnelle à l’augmentation de la longueur du fil conducteur. Donc l’augmentation de la résistance du fil conducteur est l’image de la déformation de la pièce.
Cependant, ce type de mesure pour des pièces composites telles que par exemple des aubes, et en particulier pour des pièces composites dites RTM, acronyme anglais pour «Resin Transfer Molding», pose divers problèmes.
En effet, une pièce composite, telle qu’une aube, est fabriquée à partir d’une préforme réalisée manuellement par tissage de fibres, notamment des fibres de carbone, permettant d’impacter directement la rigidité de la pièce. La réalisation étant manuelle et la pièce présentant des géométries parfois complexes, une telle pièce a des comportements mécaniques, notamment la rigidité, non homogènes. Lorsque l’on souhaite mesurer le comportement d’ensemble d’une pièce présentant un comportement mécanique, notamment la rigidité, non homogène, il est ainsi nécessaire de disposer un nombre important de jauges de déformation réparties sur l’ensemble de la pièce afin de pouvoir mesurer la déformation de toute la pièce.
Ce type de mesure sur de nombreuses jauges de déformation nécessite un nombre important de raccordement, ce qui pose notamment un problème de câblage, en particulier lorsque la pièce est instrumentée dans son environnement réel.
En outre, les mesures filaires sont contraignantes pour réaliser des mesures sur des pièces montées dans leur environnement, en particulier des pièces mobiles, telles que les aubes.
La présente invention propose une solution à au moins une partie des problèmes évoqués ci-dessus.
L’invention concerne une pièce en matériau composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef, comportant :
  • un corps réalisé à base de fibres tissées et noyées dans une résine, en particulier une résine organique ou polymérique,
  • au moins un capteur de déformation apte à mesurer une déformation de la pièce, et
  • au moins un élément de liaison relié au capteur de déformation et configuré pour transmettre une mesure de la déformation de la pièce, en particulier à un organe extérieur à la pièce.
Selon l’invention, le capteur de déformation comprend au moins un fil conducteur s’étendant le long d’une zone du corps dont la déformation doit être mesurée, et l’élément de liaison est configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur et pour transmettre sans fil la mesure de déformation de la pièce.
Le fil conducteur de l’invention s’étendant le long de toute la zone de la pièce dans laquelle on cherche à mesurer la déformation, il est possible d’éviter de devoir placer de nombreux capteurs sur la pièce mesurant chacun localement la déformation.
L’invention permet ainsi de mesurer la déformation d’une pièce dans son ensemble, c’est-à-dire sur une grande longueur, uniquement avec un seul et unique capteur. La pièce peut, en outre, être de grande taille et peut avoir un comportement mécanique non homogène sans pour autant compliquer la mesure de sa déformation.
D’autre part, l’élément de liaison, permettant de mesurer la résistance du fil conducteur et de transmettre cette mesure à un organe extérieur à la pièce, est un moyen sans fil, permettant de faciliter le procédé de mesures, notamment sur des pièces mobiles, telles que des aubes. Grâce notamment à la technologie RFID, on peut se passer des raccordements de fils, ce qui résout le problème de câblage important de l’art antérieur.
La pièce selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres :
  • le capteur de déformation est intégré à l’intérieur du corps ;
  • le fil conducteur est tissé avec les fibres du corps ;
  • les fibres sont en carbone et le fil conducteur est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine ;
  • le fil conducteur a un diamètre compris entre 0,05mm et 2mm ;
  • le fil conducteur forme au moins une boucle en C et/ou en U ;
  • le fil conducteur est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages, notamment le constantan ;
  • l’élément de liaison est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur ;
  • l’élément de liaison comprend une étiquette RFID, notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz ; et
  • la pièce forme une aube, en particulier une aube de soufflante.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant une pièce telle que décrite précédemment. Spécifiquement, la pièce étant une aube de soufflante, la turbomachine comprend un carter de soufflante entourant l’aube de soufflante et portant un dispositif de lecture, tel qu’un lecteur RFID.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle pièce, dans lequel il comprend :
  1. une étape d’insertion consistant à insérer des premier et deuxième conducteurs filaires dans une préforme de fibres tissées, les premier et deuxième conducteurs filaires s’étendant l’un à côté de l’autre et le long d’une zone dont la déformation doit être mesurée,
  2. une étape de liaison consistant à relier les premier et deuxième conducteurs filaires deux à deux par des bornes, avantageusement dans une zone extérieure disposée en dehors de la zone dont la déformation doit être mesurée,
  3. une étape de retrait consistant à retirer une portion d’un des premier et deuxième conducteurs filaires s’étendant entre les bornes, de façon à ce que les deux bornes soient reliées ensemble par une portion d’un seul conducteur filaire s’étendant le long de la zone dont la déformation doit être mesurée et que chaque borne soit en outre reliée à deux portions restantes des premier et deuxième conducteurs filaires en vue du raccordement électrique de ces bornes,
  4. une étape de jonction consistant à apposer l’élément de liaison sur la préforme ou intégrer l’élément de liaison dans la préforme et à relier l’élément de liaison aux portions restantes des premier et deuxième conducteurs filaires de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur, et
  5. une étape d’injection consistant à injecter la résine, notamment de la résine organique ou polymérique, dans la préforme préalablement disposée dans un moule, de façon à réaliser le corps de la pièce et à solidifier l’ensemble.
Selon une variante de réalisation du procédé, l’étape d’injection e) du procédé est précédée d’une étape d’isolation électrique des liaisons entre l’élément de liaison et les portions restantes des premier et deuxième conducteurs filaires.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation, donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées et présentés en tant qu’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
la est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine ;
la une représentation schématique en coupe d’une pièce comportant un capteur de déformation et un élément de liaison selon l’invention ;
la est une représentation schématique d’une étape de lecture de l’élément de liaison selon l’invention ;
la est une représentation schématique en perspective d’une soufflante de turbomachine avec un élément de liaison et un dispositif de lecture selon l’invention ;
la est une représentation schématique de côté d’une aube de soufflante avec un élément de liaison selon l’invention ;
la est une représentation schématique vue de dessus d’un élément de liaison selon l’invention ;
la est une représentation schématique en perspective d’un morceau de préforme tissée dans lequel est positionné un élément de liaison selon l’invention;
les figures 8a, 8b, 8c sont des représentations schématiques du procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention ; et
la est une représentation schématique d’une étape de fabrication d’une pièce selon l’invention.
Description détaillée de l'invention
Comme représentée sur la qui est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine 100 d’un aéronef, l’invention est propre à une pièce 10 en matériau composite, notamment pour la turbomachine 100.
La pièce 10 peut, par exemple, être une aube 1, en particulier une aube 1 d’une soufflante 110 de la turbomachine 100. La turbomachine 100 comprend notamment un carter 5 de la soufflante 110 entourant les aubes 1 de la soufflante 110.
La turbomachine 100 s’étend selon un axe de turbomachine X et permet de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine 100 et circulant d’amont en aval.
De manière connue, la turbomachine 100 comprend au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion et au moins une turbine (ces éléments étant non représentés), pour entraîner en rotation le rotor du compresseur.
La turbomachine 100 comporte en amont la soufflante 110 permettant d’accélérer le flux d’air de l’amont vers l’aval dans la turbomachine 100. La soufflante 110 comprend un disque 111, solidaire en rotation d’un arbre du compresseur, comprenant des logements, répartis à la périphérie du disque 111, dans lesquels sont respectivement montées les aubes 1 par insertion axiale selon l’axe de turbomachine X d’amont vers l’aval.
Les aubes 1 s’étendent généralement dans un même plan transversal à l’axe de turbomachine X. Dans l’exemple de réalisation présenté, la turbomachine 100 comporte un cône 112 monté en amont du disque 111.
La pièce 10 est réalisée dans un matériau composite comportant des fibres 41 noyées dans une résine, par exemple une résine organique ou polymérique. Certaines des fibres 41 sont conductrices de l’électricité (également appelées fibres électro conductrices) et d’autres fibres 41 sont non conductrices de l’électricité (également appelées fibres non électro conductrices). La résine n’est pas conductrice de l’électricité. Les fibres électro conductrices sont de préférence en fibres métalliques et/ou en fibres de carbone. Les fibres non électro conductrices sont de préférence en fibres de verre et/ou en fibres thermoplastiques (aramide, polyéthylène, polyester, etc.).
Les fibres 41 sont tissées entre elles de manière à former au moins une préforme, en trois dimensions, destinée à être noyée dans la résine. La résine est, dans cet exemple, thermodurcissable mais elle pourrait être de nature différente. Il peut s’agir d’une résine époxy ou bismaléimide.
Plus spécifiquement, l’aube 1 comprend un pied 11, une pale 13, un bord d’attaque 1a et un bord de fuite 1b.
On se reporte dorénavant à la qui est une représentation schématique en coupe d’une pièce 10 comportant un capteur de déformation 50 et un élément de liaison 60. L’invention est propre à la pièce 10 en matériau composite, telle que l’aube 1, comportant un corps 40 réalisé à base des fibres 41 tissées et noyées dans la résine. La pièce 10 comporte également au moins le capteur de déformation 50 destiné à mesurer la déformation de la pièce 10. La pièce 10 comporte en outre au moins l’élément de liaison 60 relié au capteur de déformation 50 et configuré pour transmettre une mesure de la déformation de la pièce 10, notamment à un organe extérieur (non représenté) à la pièce 10.
Le capteur de déformation 50 comprend au moins un fil conducteur 51 s’étendant le long d’une zone Z1 du corps 40 dont une déformation doit être mesurée. Selon la présente invention, le capteur de déformation 50 est un élément sensible permettant de mesurer la déformation de la pièce 10.
En effet, il est possible de déterminer la valeur d’une élongation du fil conducteur 51 en mesurant l’évolution d’une résistance du fil conducteur 51. En outre, la déformation du fil conducteur 51 étant proportionnelle à la déformation de la pièce 10, il sera possible de déduire la déformation de la pièce 10 à partir de celle du fil conducteur 51.
Selon un mode de réalisation non représenté, le capteur de déformation 50 pourrait être positionné en externe de la pièce 10 ou imprimé sur la pièce 10.
Selon le mode de réalisation représenté, le capteur de déformation 50 est notamment intégré à l’intérieur du corps 40. Ainsi, le fil conducteur 51 est tissé avec les fibres 41 du corps 40. Selon un exemple plus spécifique, les fibres 41 sont notamment en carbone et le fil conducteur 51 est entouré, par exemple, par une gaine isolante (non représentée) permettant d’éviter que la valeur résistive du fil conducteur 51 ne soit court-circuitée par d’autres éléments conducteurs présent dans la pièce 10, tel que par exemple un renfort de la préforme, notamment des fibres 41 en carbone.
Avantageusement, la tension de mesure étant faible, l’épaisseur de la gaine isolante peut être faible mais doit résister à l’usure lors de son passage dans une machine à tisser permettant de fabriquer la pièce 10. Le matériau de l’isolant utilisé pour la gaine isolante peut notamment être un isolant polymère compatible avec le matériau de la préforme, de préférence réalisée dans un isolant polymère compatible de la résine, idéalement de la même famille que la résine, par exemple une gaine isolante en époxy lorsque la résine présente une base époxy.
Le fil conducteur 51 peut présenter, en particulier, un diamètre compris entre 0,05mm et 2mm. Un tel diamètre permet d’être assez grand pour résister à la tension du fil conducteur 51 et d’être assez petit pour être compatible des métiers à tisser permettant de fabriquer la pièce 10. Particulièrement, le fil conducteur 51 peut former, par exemple, une ou plusieurs boucles en C et/ou en U.
Le fil conducteur 51 est réalisé dans un matériau conducteur électrique dont la résistance électrique est connue. Le matériau est choisi, notamment, parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel, et leurs alliages.
Le fil conducteur 51 est, par exemple, réalisé en constantan, qui est un alliage ayant une résistance électrique fortement indépendante de la température, permettant d’obtenir une valeur plus précise qu’avec les autres types de matériau. De plus, il n’est ainsi pas nécessaire de compenser l’erreur par une augmentation potentielle de la température.
L’élément de liaison 60 est configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur 51. Selon un mode de relation, l’élément de liaison 60 comprend une étiquette RFID 62 pour la transmission sans fil de la mesure, notamment la transmission de l’information de l’évolution de la résistance du fil conducteur 51.
L’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, comprend notamment pour cela une antenne 42 et un ou plusieurs composants électroniques 44. L’acronyme anglais « RFID », ou «Radio Frequency Identification», désigne un support du type radio-identification.
L’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, peut être intégré dans la pièce 10, par exemple dans la préforme, ou encore apposé sur la préforme avant injection de la résine.
La est une représentation schématique d’une étape de lecture de l’élément de liaison 60 selon l’invention. Dans l’exemple particulier illustré sur la , il peut être avantageux que l’élément de liaison 60 puisse, dans un premier cas, être de préférence positionné au plus proche du centre de rotation du système sur laquelle la pièce 10, en l’occurrence l’aube 1, est montée, c’est-à-dire ici du centre de rotation de la turbomachine 100. En effet, si la pièce 10, en l’occurrence l’aube 1, est en rotation, cela permet en particulier à un opérateur P utilisant manuellement un dispositif de lecture 6, notamment un lecteur 6, en particulier un lecteur RFID 6, de pouvoir, en une seule fois, récupérer les données des différents éléments de liaison 60, notamment les différentes étiquettes RFID 62, présentes sur les pièces 10, en l’occurrence les aubes 1, de manière collective.
La est une représentation schématique en perspective de la soufflante 110 de la turbomachine 100 équipée de l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, et du dispositif de lecture 60, notamment le lecteur RFID 60. Selon une variante de réalisation illustrée à la , l’élément de liaison 60 peut être placé de préférence dans une zone éloignée du cône 112 de soufflante 110.
L’élément de liaison 60 est ici positionné sur une extrémité extérieure de la pièce 10, en l’occurrence l’aube 1, permettant ainsi d’être lue facilement par le dispositif de lecture 6, par exemple fixé sur le carter 5 de la soufflante 110.
Le dispositif de lecture 6 étant fixé sur une partie non mobile, lorsque la pièce 10 passe devant le dispositif de lecture 6, il peut récupérer les données envoyées par les éléments de liaison 60, telles que les étiquettes RFID 62, des différentes pièces 10, en l’occurrence des aubes 1 de la soufflante 110.
L’éloignement de l’élément de liaison 60 par rapport au cône de soufflante 110 permet d’éviter les perturbations dans la transmission des données. En effet, la zone du cône de soufflante 110 comporte de nombreuses pièces métalliques réalisant un blindage électromagnétique et formant une cage de Faraday, gênant ainsi la transmission des données, notamment par la technologie RFID.
Par ailleurs, une caractéristique très importante, pour maximiser la distance de détection de l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, par le dispositif de lecture 6 approprié, est le fait de placer l’élément de liaison 60 dans un milieu isolant électriquement. Cependant, la proximité d’un élément conducteur peut perturber le fonctionnement des éléments de liaison 60.
La résine utilisée pour la fabrication des aubes 1 de soufflante 110 est, de par sa nature, isolante alors que le carbone utilisé pour les fibres 41 de tissage de la préforme est un bon conducteur électrique. On choisira ainsi une zone de la pièce 10, en l’occurrence l’aube 1, présentant le moins possible de carbone pour positionner l’élément de liaison 60.
Ainsi, le positionnement des éléments de liaison 60 dans un endroit riche en fibres 41 non électro conductrices, ou « non métalliques », permet de réduire une perturbation du champ électromagnétique et /ou de l’antenne 42 de l’élément de liaison 60 et/ou une dissipation induite par les fibres 41 électro conductrices, comme les fibres 41 en carbone, et d’augmenter la distance de détection de quelques centimètres, notamment de 5cm à 25cm, en particulier entre 10cm à 20cm, jusqu’à plusieurs mètres, notamment de 0,5m à 10m, en particulier entre 2m à 8m.
En plus, pour que l’élément de liaison 60 ne soit pas d’un effet nocif pour le comportement mécanique du corps 40, le choix du modèle et la position de l’élément de liaison 60 dans la pièce 10 sont, de préférence, soigneusement définis. Par ailleurs, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, est intégré dans la pièce 10 et donc est protégé de l’environnement extérieur.
On se reporte dorénavant à la qui est une représentation schématique de la pièce 10 selon la présente invention réalisée en tant qu’aube. La présente plus particulièrement une vue de côté de l’aube 1 de soufflante 110 avec l’élément de liaison 60.
Selon l’exemple de réalisation illustré à la , le pied 11 de l’aube 1 est formé à partir d’une préforme ou d’une première partie d’une préforme 30 comprenant uniquement des fibres 41, notamment des fibres 41 de carbone, tissées. C’est également le cas d’une majeure partie de la pale 13 et, en particulier, du bord d’attaque 1a réalisé à partir d’une préforme ou d’une deuxième partie de préforme 32 comprenant donc uniquement des fibres 41 en carbone. La préforme est, en général, unique et s’étend dans la première partie de préforme 30 et la deuxième partie de préforme 32.
Au contraire, la portion de la pale 13 s’étendant le long du bord de fuite 1b est réalisée par tissage de fibres 41 électro conductrices, notamment de fibres de carbone, et de fibres 41 non électro conductrices, notamment de fibre de verre, et comprend donc une préforme ou une troisième partie de préforme 34 en matériau hybride.
La première partie de préforme 30, la deuxième partie de préforme 32 et la troisième partie de préforme 34 sont délimitées par des rectangles en traits pointillés dans la .
L’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, est, de préférence, situé dans la troisième partie de préforme 34 présentant le moins de fibres 41 en carbone. Avantageusement, l’élément de liaison 60 est positionné au voisinage du bord de fuite 1b de l’aube 1, dans l’exemple représenté. Ceci est particulièrement avantageux car cela permet de faciliter la détection de l’élément de liaison 60 à distance par le dispositif de lecture 6.
Dans tous les cas, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, est positionné sur la pièce 10 suffisamment proche du dispositif de lecture 6, notamment du lecteur RFID 6. La distance de lecture de ce type d’étiquette selon la technologie RFID est limitée (entre 5cm à 10m), il est nécessaire que le lecteur RFID 6 apporte l’énergie pour alimenter la partie intégrée de l’étiquette RFID 62 réalisant la lecture de la résistance du fil conducteur 51 intégré dans la pièce 10.
En effet, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62 est, de préférence, un dispositif passif, c’est-à-dire sans batterie, mais alimentée par une onde radio générée par le dispositif de lecture 6, notamment le lecteur RFID 6.
Alternativement, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, pourrait comprendre une batterie.
Préférentiellement, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette 62, est configuré pour fonctionner sur la bande UHF, acronyme anglo-saxon pour «U ltra H igh F requency», par exemple à une fréquence comprise notamment entre 860 et 960 MHz.
La est une représentation schématique vue de dessus de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62 et illustre un exemple préféré de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62.
Selon cet exemple de réalisation, l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, comprend une bille 43, notamment afin de protéger un composant électronique ainsi qu’une connexion à l’antenne 42, par exemple réalisée en matière métallique.
L’élément le plus encombrant de l’élément de liaison 60 est la bille 43 qui a, de préférence, un diamètre inférieur ou égal à 5mm.
Selon une variante de réalisation, l’antenne 42 est plane et peut s’étendre parallèlement à une surface de la pièce 10, telle que la surface de l’aube 1 ou de la pale 13, ou entre deux plis ou nappes de fibres 41 de la pièce 10 ou de la préforme. L’antenne 42 a, par exemple, une épaisseur inférieure ou égale à 2mm, notamment inférieure ou égale à 1mm, en particulier inférieure ou égale à 0,5mm.
L’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62 tel que précédemment décrit a l’avantage de répondre aux exigences dimensionnelles, de stabilité thermique et de compatibilité chimique dans le domaine. Par ailleurs, les matériaux de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, sont, de préférence, choisis pour :
  • ne pas affecter la résine et la polymérisation de celle-ci,
  • être stable thermiquement pendant la cuisson éventuelle de la préforme imprégnée de résine et/ou la réaction exothermique de polymérisation de la résine,
  • ne pas perturber le tissage et la préforme au moment de la fermeture du moule de fabrication de l’aube, et
  • ne pas être trop encombrante.
La bille 43 est, par exemple, en polymère. Par ailleurs, l’antenne 42 est, par exemple, en cuivre ou aluminium et potentiellement recouvert d’un polymère thermoplastique ou époxyde (PET, PC, Poly imide etc.).
L’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, peut comporter une mémoire de stockage, notamment dans la bille 43. Ainsi, des données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 peuvent être stockées, par exemple un numéro de série ID1, connu sous sa désignation anglaise «serial number SN», et/ou un numéro de version ID2, connu sous sa désignation anglaise «part number PN».
Il va de soi que la mémoire de stockage pourrait stocker une unique donnée ou un ensemble de données telles que, par exemple, une donnée de déformation mesurée DF de la pièce 10, une résistance du fil conducteur 51, un identifiant unique permettant d’identifier de façon particulière une pièce ou plus de deux données d’identification tel qu’un identifiant du fabricant (code CAGE …), une date de fabrication, un degré de sensibilité, notamment à des fluides spécifiques, une référence d’autorisation d’exploitation, des données liées aux opérations de vécus de maintenance ou de logistique de la pièce 10, tel que le statut opérationnel, les opérations réalisées, etc.
Comme illustré sur la , l’antenne 42 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, est configurée pour recevoir une requête de lecture REQ et émettre en retour des données, notamment les données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 et/ou des données de déformation mesurée DF.
Une étiquette selon la technologie RFID est connue de l’homme du métier. De manière connue, parmi les étiquettes selon la technologie RFID, on distingue celles destinées à une utilisation «métallique » dont l’épaisseur est minimum de 1,5mm pour fonctionner à haute fréquence ou UHF, celles destinées à une utilisation « non métallique » ou non conductrice, dont l’épaisseur est inférieure à 0,5mm pour une application UHF et celles destinées à une utilisation « mixte ».
De manière préférée, l’étiquette RFID 62 de l’invention est destinée à une utilisation « non métallique ». En effet, l’étiquette RFID 62 « non métallique » est avantageuse du fait de sa faible épaisseur, et son application est particulièrement intéressante pour une aube 1 qui a une épaisseur fine imposée par les contraintes aérodynamiques. Ainsi, dans le cas où l’étiquette RFID 62 est pour une utilisation « non métallique », la préforme devra comprendre des fibres 41 de verre.
Dans le cas où l’étiquette RFID 62 est pour une utilisation « métallique », la préforme ne doit pas nécessairement comprendre des fibres 41 de verre.
Selon l’exemple illustré sur la , l’antenne 42 comporte notamment au moins un lobe de communication L1 orienté selon un axe radio XR pour recevoir la requête de lecture REQ et émettre en retour des données, par exemple les données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 et les données de déformation mesurée DF.
L’antenne 42 peut, notamment, comporter deux lobes de communication L1 alignés selon un même axe radio XR. Ainsi, l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, peut ainsi être utilisé selon deux sens opposés, selon une même direction.
La est une représentation schématique en perspective d’un morceau de préforme tissée dans lequel est positionné l’élément de liaison 60. Plus particulièrement, la illustre une partie d’une préforme tissée de la pièce 10, notamment de l’aube 1, et montre des espaces E existant dans cette préforme. Les espaces E sont aptes à loger la bille 43 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62. Les espaces E sont situés entre des fibres 41 tissées. Ainsi, la bille 43 logée dans l’un des espaces E est destinée à être noyée dans la résine qui imbibe la préforme et donc à être entièrement noyée dans la résine.
L’utilisation de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, et son intégration dans la préforme présentent plusieurs avantages parmi lesquels :
  • il n’y a pas d’étape spécifique supplémentaire pour installer l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, car son intégration est prévue pendant la fabrication de la pièce 10, notamment l’aube 1, avant l’injection de la résine dans le moule de fabrication de la pièce 10, notamment l’aube 1 ;
  • l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, est intégré dans la pièce 10, notamment l’aube 1, et est donc infalsifiable. Elle ne peut pas être enlevée sans risque de dégradation de la pièce 10, notamment l’aube 1 ;
    - l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, est noyé dans la résine. Il n’y a donc pas de risque de décollement et de perte accidentelle de l’élément de liaison 60 en fonctionnement ; et
  • une détection de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, sans nécessité de dépose, notamment de la turbomachine et/ou de l’aube.
L’antenne 42 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, a également pour avantage :
  • d’être fine et donc facilement positionnable et intégrable par rapport à une antenne métallique qui est en général plus épaisse et encombrante ; et
  • de faciliter la détection par le dispositif de lecture 6, tel que le lecteur RFID 6.
En référence à la , il va dorénavant être présenté un procédé de lecture individuel et collectif des données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 et des données de déformation DF d’une ou plusieurs pièces 10, notamment des aubes 1 d’une soufflante 110 d’une turbomachine 100, en particulier d’aéronef.
Dans cet exemple, l’opérateur P utilise le dispositif de lecture 6 pour assurer une radio-identification, notamment le lecteur RFID 6, et se place à distance de la ou des pièces 10, c’est-à-dire, selon l’exemple présenté à la , à distance de la turbomachine 100, en particulier en amont de cette dernière de manière à être proche de la soufflante 110.
A l’aide du dispositif de lecture 6, l’opérateur P émet de manière radio la requête de lecture REQ qui est reçue de manière radio par l’antenne 42 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RDID 62.
En réponse à la requête de lecture REQ, l’antenne 42 émet un signal radio transmettant des données, par exemple les données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 et les données de déformation mesurée DF de la pièce 10. Les données transmises par l’antenne 42 sont lues par le dispositif de lecture 6. En particulier, les données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 et les données de déformation mesurée DF sont émises par les lobes de communication L1 de l’antenne 42. Préférentiellement, les données d’identification et/ou de caractérisation ID1, ID2 et/ou les données de déformation mesurée DF lues sont stockées de manière informatique dans le dispositif de lecture 6.
En fonction de la puissance d’émission du dispositif de lecture 6 et de la distance entre le dispositif de lecture 6 et l’élément de liaison 60, l’opérateur P peut lire de manière individuelle un seul élément de liaison 60, en l’occurrence une seule étiquette RFID 62 d’une aube 1 (puissance faible et distance faible), ou de manière collective une pluralité d’éléments de liaison 60, en l’occurrence une pluralité d’étiquettes RFID 62 des aubes 1 d’une soufflante 110 (puissance élevée et distance importante). En pratique, une lecture peut être réalisée à une distance comprise entre quelques centimètres (5cm à 25cm) jusqu’à plusieurs mètres (0.5m à 10m), selon l’élément de liaison 60, le dispositif de lecture 6 et l’environnement.
Comme représenté sur les figures 8a, 8b, 8c et 9, l’invention concerne également un procédé de fabrication de la pièce 10 telle que décrite précédemment.
Le procédé comprend une étape d’insertion a), représentée sur la figure 8a, consistant à insérer, pour le ou chaque fil conducteur 51, un premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b dans une préforme de fibres 41 tissées. Avantageusement, les premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b s’étendent l’un à côté de l’autre et le long de la zone Z1 dans laquelle la déformation doit être mesurée. Les premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b commencent et finissent à l’endroit où l’on souhaite mettre le capteur de déformation 50. Selon un exemple particulier de réalisation, les premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b suivent en particulier le même chemin.
Comme illustré sur la figure 8b, les premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b, comprennent ainsi chacun une première portion 52a’, 52b’ située dans une zone extérieure Z2, disposée en dehors de la zone Z1 dans laquelle la déformation doit être mesurée, une deuxième portion 52a’’, 52b’’ située dans la zone Z1 dans laquelle la déformation doit être mesurée, et une troisième portion 52a’’’, 52b’’’ située dans la zone extérieure Z2. Les premières portions 52a’, 52b’, les deuxièmes portions 52a’’, 52b’’ et les troisième portions 52a’’’, 52b’’’ sont ici agencées les unes à la suite des autres dans cet ordre.
Le procédé comprend une étape de liaison b) consistant à relier, avantageusement dans la zone extérieure Z2, les premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b deux à deux par des bornes 53a, 53b. On obtient ainsi, dans la zone Z1 dans laquelle la déformation doit être mesurée, les deuxièmes portions 52a’’, 52b’’ des premier et deuxième deux conducteurs filaires 52a, 52b qui s’étendent entre les bornes 53a et 53b. Dans la zone extérieure Z2, se trouvent les premières portions 52a’, 52b’ et les troisièmes portions 52a’’’, 52b’’’ de chaque conducteur filaire 52a, 52b.
Le procédé comprend une étape de retrait c) consistant à retirer une des deuxièmes portions 52a’’, 52b’’ du premier conducteur filaire 52a ou du deuxième conducteur filaire 52b qui s’étend entre les bornes 53a et 53b. Par exemple, comme illustré sur la figure 8c, la deuxième portion 52b’’ du deuxième conducteur filaire 52b présent dans la zone Z1 entre les deux bornes 53a et 53b a été retirée. Ainsi les deux bornes 53a, 53b sont reliées ensemble par la deuxième portion 52a’’ du seul premier conducteur filaire 52a qui s’étend le long de la zone Z1.
De plus, chaque borne 53a, 53b est reliée aux premières et troisièmes portions 52a’, 52b’, 52a’’’, 52b’’’, également dénommées portions restantes 52a’, 52b’, 52a’’’, 52b’’’, des premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b en dehors de la zone Z1, en vue du raccordement électrique des bornes 53a, 53b. Plus précisément, la borne 53a est reliée aux premières portions 52a’, 52b’ des premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b, et la borne 53b est reliée aux troisièmes portions 52a’’’, 52b’’’ des premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b.
Le procédé comprend également une étape de jonction d), représentée sur la , consistant à apposer l’élément de liaison 60, comprenant notamment l’étiquette RFID 62, sur la préforme ou à intégrer l’élément de liaison 60 dans la préforme et à relier l’élément de liaison 60 aux portions restantes 52a’, 52a’’’, 52b’, 52b’’’ des premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b, de façon à mesurer la résistance du fil conducteur 51, par exemple par une mesure dite « quatre points » bien connu de l’homme du métier. La mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur 51 permet ainsi de réaliser une mesure très précise de la résistante de la deuxième portion 52a’’ du premier conducteurs filaire 52a.
L’élément de liaison 60 est alors configuré pour calculer la déformation de la deuxième portion 52a’’ du premier conducteurs filaire 52a et, par conséquent, pour déterminer la déformation de la zone Z1 sur la base de la résistance de la deuxième portion 52a’’ du premier conducteurs filaire 52a.
Le procédé comprend également une étape d’injection e) consistant à injecter de la résine, notamment de la résine organique ou polymérique, dans la préforme préalablement disposée dans un moule (non représenté), de façon à réaliser le corps 40 de la pièce 10, telle que l’aube 1. Ainsi, l’ensemble composé de la préforme, du capteur de déformation 50 et de l’élément de liaison 60, est solidifié.
Il est cependant nécessaire que le capteur de déformation 50, l’élément de liaison 60, ainsi que les éléments réalisant la connexion puissent supporter les contraintes de température et de pression générées au moment de l’injection, notamment une température comprise entre 180ºC et 200°C, notamment une température typique de 180°C, et une pression de 20 bars.
L’étape d’injection d) du procédé peut être, par exemple, précédée d’une étape d’isolation électrique (non représentée) des liaisons entre l’élément de liaison 60 et les portions restantes 52a’, 52a’’’, 52b’, 52b’’’ des premier et deuxième conducteurs filaires 52a, 52b.
L’invention a été décrite avec des modes de réalisation dans lesquels la pièce 10 est spécifiquement une aube 1 mais peut bien sûr s’appliquer à tout type de pièce 10 en matériau composite, notamment des pièces 10 pour une turbomachine d’aéronef.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de l’invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims (13)

  1. Pièce (10) en matériau composite, notamment pour une turbomachine (100) d’aéronef, comportant :
    • un corps (40) réalisé à base de fibres (41) tissées et noyées dans une résine, en particulier une résine organique ou polymérique,
    • au moins un capteur de déformation (50) apte à mesurer une déformation de la pièce (10), et
    • au moins un élément de liaison (60) relié au capteur de déformation (50) et configuré pour transmettre une mesure de déformation de la pièce (10), en particulier à un organe extérieur à la pièce (10),
    caractérisée en ce que :
    • le capteur de déformation (50) comprend au moins un fil conducteur (51) s’étendant le long d’une zone (Z1) du corps (40) dont la déformation doit être mesurée, et
    • l’élément de liaison (60) est configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur (51) et pour transmettre sans fil la mesure de déformation de la pièce (10).
  2. Pièce (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le capteur de déformation (50) est intégré à l’intérieur du corps (40).
  3. Pièce (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le fil conducteur (51) est tissé avec les fibres (41) du corps (40).
  4. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les fibres (41) sont en carbone et le fil conducteur (51) est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine.
  5. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) a un diamètre compris entre 0,05mm et 2mm.
  6. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) forme au moins une boucle en C et/ou en U.
  7. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages, notamment le constantan.
  8. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de liaison (60) est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur (51).
  9. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de liaison (60) comprend une étiquette RFID (62), notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz.
  10. Turbomachine (100) d’aéronef, comportant une pièce (10) selon l’une des revendications précédentes.
  11. Turbomachine (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la pièce (10) est une aube (1) de soufflante (110) et la turbomachine (100) comprend un carter (5) de soufflante (110) entourant l’aube (1) de soufflante et portant un dispositif de lecture (6).
  12. Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel il comprend :
    a) une étape d’insertion consistant à insérer des premier et deuxième conducteurs filaires (52a, 52b) dans une préforme de fibres (41) tissées, les premier et deuxième conducteurs filaires (52a, 52b) s’étendant l’un à côté de l’autre et le long d’une zone (Z1) dont la déformation doit être mesurée,
    b) une étape de liaison consistant à relier les premier et deuxième conducteurs filaires (52a, 52b) deux à deux par des bornes (53a, 53b), avantageusement dans une zone extérieure (Z2) disposée en dehors de ladite zone (Z1),
    c) une étape de retrait consistant à retirer une portion (52a’’, 52b’’) du premier ou du deuxième des conducteurs filaires (52a, 52b) s’étendant entre les bornes (53a, 53b), de façon à ce que les deux bornes (53a, 53b) soient reliées ensemble par une portion (52a’’, 52b’’) d’un seul conducteur filaire (52a, 52b) s’étendant le long de la zone (Z1) et que chaque borne (53a, 53b) soit en outre reliée à deux portions restantes (52a’, 52a’’’, 52b’, 52b’’’) des premier et deuxième conducteurs filaires (52a, 52b) en vue du raccordement électrique de ces bornes (53a, 53b),
    d) une étape de jonction consistant à apposer l’élément de liaison (60) sur la préforme ou intégrer l’élément de liaison (60) dans la préforme, et à relier l’élément de liaison (60) aux portions restantes (52a’, 52a’’’, 52b’, 52b’’’) des premier et deuxième conducteurs filaires (52a, 52b) de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur (51), et
    e) une étape d’injection consistant à injecter la résine, notamment de la résine organique ou polymérique, dans la préforme préalablement disposée dans un moule, de façon à réaliser le corps (40) de la pièce (10) et à solidifier l’ensemble.
  13. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape d’injection e) est précédée d’une étape d’isolation électrique des liaisons entre l’élément de liaison (60) et les portions restantes (52a’, 52a’’’, 52b’, 52b’’’) des premier et deuxième conducteurs filaires (52a, 52b).
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