FR3116311A1 - Aube de soufflante comprenant un bouclier à densité variable - Google Patents

Aube de soufflante comprenant un bouclier à densité variable Download PDF

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Abstract

L’invention concerne une aube (1) d’une partie tournante d’une turbomachine, ladite aube (1) comprenant une surface aérodynamique (2), ladite surface aérodynamique (2) comprenant une direction principale d’extension, et une hauteur (h) amont, ladite aube (1) comprenant : - une pale (8) et un bord d’attaque (4), - un bouclier (10) structurel rapporté et fixé sur le bord d’attaque (4), une portion supérieure (1a) du bouclier (10) en un premier matériau métallique et s’étendant sur une partie seulement de la hauteur (h) de ladite surface aérodynamique (2) depuis une partie adjacente à la tête de l’aube (1), l’aube (1) étant caractérisée en ce que la portion supérieure (1a) du bouclier (10) comporte un noyau interne (121) qui s’étend suivant la direction principale d’extension dans la portion supérieure (1a), ledit noyau interne (121) étant en un second matériau métallique d’une densité supérieure à la densité du premier matériau métallique. Figure pour l’abrégé : [Fig. 2]

Description

Aube de soufflante comprenant un bouclier à densité variable
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne de manière générale le domaine des turbomachines, et plus particulièrement celui des aubes de soufflantes de ces turbomachines.
L’invention s’applique plus particulièrement aux aubes de soufflante en matériau composite ou métallique, et dont le bord d’attaque comporte un bouclier structurel métallique.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Une aube de soufflante (ou fan en anglais) d’une turbomachine comporte une pale ayant un bord d'attaque, un bord de fuite et des faces latérales intrados et extrados qui relient le bord d'attaque au bord de fuite.
Les aubes de turbomachine, et notamment les aubes de soufflante, subissent d'importantes contraintes majoritairement mécaniques en résultant en particulier de forces aérodynamiques, d’efforts dynamiques tels que centrifuges, et le cas échéant thermiques. Ces aubes doivent satisfaire à des conditions strictes de poids et d'encombrement. Il a donc été proposé d’utiliser des aubes dans un matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère, qui sont plus légères et qui ont une meilleure tenue aux contraintes que des aubes métalliques ayant une masse équivalente.
Lors de la certification et de la vie d’un moteur, les aubes de soufflante sont soumises à des ingestions d’oiseau. Le comportement mécanique des aubes de soufflante est donc optimisé pendant leur phase de conception pour respecter les règles de certification.
Il est connu d'équiper les aubes de soufflante réalisées en matériau composite d'un bouclier structurel métallique de protection s'étendant sur toute la hauteur de la pale et au-delà de son bord d'attaque, comme mentionné dans le document EP 1 908 919, et comprenant un bord d’attaque configuré pour venir en regard du bord d’attaque de la pale ainsi que des ailettes configurées pour venir en appui contre l’intrados et l’extrados de l’aube. Un tel bouclier permet notamment de protéger le bord d'attaque en évitant des risques de délaminage, de rupture de fibre ou encore d'endommagement par décohésion fibre/matrice. Ce bouclier participe en outre à la rigidité de l’aube qui est nécessaire notamment pour des aspects fréquentiels et de déflexion à l’impact ainsi qu’à l’aérodynamisme de l’aube, en permettant un amincissement du bord d’attaque.
D’un point du vue performances aérodynamiques, la réduction des épaisseurs des extrémités amont (bord d’attaque) d’une aube permet de gagner en rendement aérodynamique ainsi qu’en comportement. En effet, la mise en place d’une technologie dite bord fin permet de limiter le contournement du profil qui entraine un pic de nombre de Mach sur les coupes transsoniques et supersoniques (en tête de l’aube) néfaste aux performances de la soufflante.
L’impact de ce type de technologie est directement rattaché au rendement de la turbomachine et donc à sa consommation de carburant.
Or, lorsque les aubes, notamment de soufflante, sont réalisées en matériau composite, il est difficile d’obtenir des épaisseurs fines (c’est-à-dire de l’ordre d’un à deux millimètres) tout en conservant une tenue mécanique du bord d’attaque (ou du bord de fuite) de la pale optimale. En effet, d’un point de vue mécanique et compte tenu des exigences de certification, il est nécessaire que le bord d’attaque et le bord de fuite puissent résister et limiter les endommagements de l’aube lorsqu’ils sont soumis à diverses sollicitations telles que des impacts d’oiseaux ou la répétition des cycles de vol (durée de vie). Cette difficulté d’obtention d’une épaisseur fine s’explique par l’épaisseur des torons utilisés pour réaliser le renfort fibreux (un toron étant constitué de plusieurs milliers de fibres, généralement de carbone, et ayant une épaisseur de l’ordre du millimètre) et par le nombre de couches nécessaire pour assurer une bonne tenue mécanique. Il est en effet plus difficile d’obtenir des propriétés matériau optimales par un entrelacement de deux couches que par un entrelacement sur un nombre de couches plus important.
Les boucliers sont généralement réalisés en titane pour des raisons de maîtrise de la masse. Si le titane présente une bonne résistance mécanique, l’impact à haute vitesse d’un corps étranger, en particulier un oiseau, sur un bouclier en titane entraîne tout de même une déformation (pliure) de celui-ci. Une solution peut consister à augmenter la raideur du bouclier en augmentant l’épaisseur de celui-ci ou en utilisant un matériau plus dense. Cependant, dans ce cas, on augmente significativement la masse globale du bouclier et, par conséquent, l’effort centrifuge subi par le matériau composite de l’aube en particulier au niveau de l’échasse qui est une zone critique de l’aube en statique.
Un objectif de l’invention est donc de proposer une aube d’une partie tournante d’une turbomachine réalisée dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère, et notamment d’une soufflante, qui présente une faible épaisseur au niveau de son bord d’attaque afin d’améliorer les performances aérodynamiques et le comportement de l’aube, sans pour autant pénaliser la masse du bouclier.
Pour cela, l’invention concerne une aube d’une partie tournante d’une turbomachine, notamment d’une soufflante de ladite turbomachine, ladite aube comprenant une surface aérodynamique, ladite surface aérodynamique comprenant une direction principale d’extension définissant un axe longitudinal de l’aube, et une hauteur amont correspondant à une distance entre une limite inférieure de la surface aérodynamique et une tête de l’aube, ladite aube comprenant :
- une pale en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère et un bord d’attaque,
- un bouclier structurel rapporté et fixé sur le bord d’attaque, une portion supérieure du bouclier en un premier matériau métallique et s’étendant sur une partie seulement de la hauteur de ladite surface aérodynamique depuis une partie adjacente à la tête de l’aube,
l’aube étant caractérisée en ce que la portion supérieure du bouclier comporte un noyau interne qui s’étend suivant la direction principale d’extension dans la portion supérieure , ledit noyau interne étant en un second matériau métallique d’une densité supérieure à la densité du premier matériau métallique.
L’aube de l’invention comporte ainsi un bord d’attaque présentant une densité variable avec la plus forte densité et, par conséquent, la plus grande raideur, dans la partie supérieure de l’aube correspondant à la partie de l’aube la plus sensible à l’impact avec un corps étranger. Le bord d’attaque présente une densité plus faible dans la partie inférieure de l’aube qui est peu exposée et/ou moins sensible à l’impact avec des corps étrangers. L’aube ainsi obtenue présente une très bonne tenue à l’impact dans la zone à renforcer vis-à-vis de l’ingestion de corps étrangers sans pénaliser significativement la masse globale de l’aube grâce à la présence d’une portion de plus faible densité. On évite ainsi en outre d’augmenter les contraintes statiques générées par l’effort centrifuge au niveau de l’échasse qui correspond à une zone de concentration d’efforts dans la structure d’aube en matériau composite.
Avantageusement, la présente invention permet de conserver le matériau à faible densité au niveau des ailettes.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube décrite ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- la portion supérieure s’étend sur une hauteur correspondant à au moins 60% de la hauteur de ladite surface aérodynamique ;
- la section du noyau suivant une direction sensiblement transversale au bord d’attaque, diminue en s’éloignant de la tête de l’aube, suivant la direction d’extension ;
- le bouclier comporte une portion inférieure , distincte de la portion supérieure , composée d’un troisième matériau métallique, ladite portion inférieure s’étendant sur une partie de la hauteur de ladite surface aérodynamique depuis une partie adjacente à la limite inférieure de la surface aérodynamique , ladite portion inférieure comportant une cavité s’étendant suivant la direction principale d’extension dans la portion inférieure , et un treillis , éventuellement tridimensionnel, disposé dans la cavité ;
- la densité du treillis augmente en s’éloignant de la limite inférieure, suivant la direction d’extension ;
- le treillis comporte un ensemble de cloisons transversales entrecroisées ;
- le second matériau métallique du noyau est un alliage à base de nickel ou de cobalt ou un acier, tandis que le premier matériau métallique de la portion supérieure est de l’acier ou du titane ;
- le second matériau métallique du noyau est de l’acier, tandis que le premier matériau métallique de la portion supérieure est du titane ;
- le troisième matériau métallique de la portion inférieure est de l’acier ou du titane.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une soufflante comprenant au moins une aube selon le premier aspect de l’invention.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne une turbomachine comprenant une soufflante selon le deuxième aspect de l’invention.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
La illustre de manière schématique un exemple de moteur incluant une soufflante comportant au moins une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La est une vue de côté d’un premier exemple de réalisation d’une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La est une vue en coupe transversale d’une aube conventionnelle.
La est une vue en coupe transversale de l’aube de la , dans un premier plan normal à l’axe X de la .
La est une vue en coupe transversale de l’aube de la , dans un second plan normal à l’axe X de la .
La est une vue schématique en perspective de la structure interne d’une portion de bouclier d’une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
Dans ce qui suit, l’invention va plus particulièrement être décrite dans le cas d’une aube de soufflante d’une turbomachine. On comprendra toutefois que l’invention s’applique mutatis mutandis aux aubes de toute partie tournante de la turbomachine, tant que ces aubes sont réalisées en matériau composite.
La illustre une turbomachine 100 comprenant une nacelle 120 destinée à être fixée à un fuselage d’un aéronef, une soufflante 130 et un carénage 140 entourant la soufflante, le carénage 140 étant monté fixe sur la nacelle 120. Dans l’exemple illustré sur la , le carénage 140 de la soufflante 130 est disposé à l’intérieur de la nacelle 120.
La soufflante 130 comprend un rotor de soufflante 150 propre à être entraîné en rotation par rapport à la nacelle autour d’un axe de rotation Y (qui coïncide avec l’axe principal du moteur 100). Le rotor de soufflante 150 comprend un moyeu 160 et une pluralité d’aubes 170 fixées au moyeu et s’étendant selon des directions sensiblement radiales à partir du moyeu 160. Dans l’exemple illustré sur la , les aubes 170 sont toutes identiques, et agencées avec un écart angulaire constant entre deux aubes successives.
En référence à la , il est illustré une aube de soufflante 1 pouvant être disposée telle que l’aube 170 illustrée sur la . Une aube 1 comporte une surface aérodynamique 2 entre un pied d'aube 1 et une tête d'aube 1. L’aube 1 comprend également une pale 8 présentant un bord d’attaque 4, un bord de fuite 5, une paroi intrados 6 et une paroi extrados 7. Le bord d’attaque 4 est configuré pour s’étendre face à l'écoulement des gaz entrant dans la turbomachine. Il correspond à la partie antérieure (ou amont) d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement extrados. Le bord de fuite 5 quant à lui correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados.
La surface aérodynamique 2 de l’aube 1 présente une direction principale d’extension, définissant l’axe longitudinal X de l’aube 1 qui est sensiblement radial à un axe de révolution Y de la soufflante. La surface aérodynamique 2 présente en outre une hauteur h correspondant à une distance entre une limite inférieure 3 de la surface aérodynamique 2 et une tête de l’aube 1, au niveau d’une intersection entre le bord d’attaque 4 et la limite inférieure 3.
La pale 8 est réalisée dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère.
Le renfort fibreux peut être formé à partir d’une préforme fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel avec épaisseur évolutive. Il peut notamment comprendre des fibres en carbone, en verre, aramide et/ou céramique. La matrice quant à elle est typiquement une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide.
La pale 8 est alors formée par moulage au moyen d’un procédé d’injection sous vide de résine du type RTM (pour « Resin Transfer Moulding), ou encore VARRTM (pour Vacuum Resin Transfer Molding).
L’aube 1 comprend en outre un bouclier 10 structurel de protection qui est rapporté et fixé sur le bord d’attaque 4 de la pale.
Un bouclier conventionnel, tel que représenté en comporte une section sensiblement en forme de V présentant une base 13, pouvant aussi être qualifié de « nez », configurée pour s’étendre dans le prolongement du bord d’attaque 4 de la pale, ainsi qu’une ailette intrados 11 et une ailette extrados 12 configurées pour épouser respectivement les parois intrados 6 et extrados 7 de la pale. Les ailettes peuvent présenter un profil effilé ou aminci en direction du bord de fuite 5 de la pale.
Le bouclier 10 épouse la forme du bord d’attaque 4 de la pale 8 qu’il prolonge pour former un nouveau bord d’attaque, dit bord d’attaque 14 du bouclier 10. Le bouclier 10 forme donc la partie antérieure du profil aérodynamique de l’aube 1.
Le bouclier 10 de l’aube 1 est généralement métallique, par exemple en titane, afin de conférer une grande capacité d’absorption de l’énergie due aux éventuels chocs.
Le bouclier 10 et la pale 8 sont réalisés séparément. Le bouclier 10 est ensuite rapporté sur le bord d’attaque 4 de la pale et fixé sur celle-ci par collage, par exemple au moyen d’une colle cyano-acrylique ou époxy. Pour cela, le bouclier 10 présente un profil interne adapté pour épouser la forme arrondie du bord d’attaque 4 de l’aube 1, avec ou sans contact avec ledit bord d’attaque 4. Le cas échéant, un soyage des parois intrados 6 et extrados 7 de la pale peut être effectué afin de faciliter l’assemblage du bouclier 10.
Le bouclier 10 s'étend sur toute la hauteur de la surface aérodynamique 2 de l’aube 1. Conventionnellement, lorsque l’aube 1 est intégrée dans une soufflante, la portion radialement interne de la veine d’écoulement est délimitée par une plateforme inter-aubes. La surface aérodynamique 2 de l’aube 1 correspond alors à la surface de l’aube 1 s’étendant entre la tête de l’aube 1 et les plateformes inter-aubes placées de part et d’autre de son pied. Par ailleurs, la limite inférieure 3 de la surface aérodynamique 2 de l’aube 1 correspond à l’intersection entre l’aube 1 et la plateforme inter-aubes.
Afin de permettre la réalisation d’un bord d’attaque fin sur une aube 1 en matériau composite, sans augmenter pour autant la masse de l’aube 1, le bouclier 10 comporte en outre une première portion s’étend sur une partie seulement de la hauteur de la surface aérodynamique 2. Ainsi, la portion supérieure 1a s’étend sur la partie supérieure de l’aube 1, c’est-à-dire la partie adjacente à la tête de l’aube 1. Une seconde portion inférieure 1b s’étend sur la partie inférieure, c’est-à-dire la partie adjacente au pied de l’aube 1.
Par exemple, pour une aube 1 de soufflante, la portion supérieure 1a peut s’étendre sur au plus 70% de la hauteur h de la surface aérodynamique 2, en partant de la tête de l’aube 1, de préférence sur au plus 60% de ladite hauteur h. La portion inférieure 1b s’étend sur le reste de la hauteur h de la surface aérodynamique 2, soit environ 30% de sa hauteur h, de préférence 40%.
La portion supérieure 1a est destinée à s’étendre dans une zone ou hauteur de veine de l’aube où l’impact avec un corps étranger comme un oiseau est critique. A titre d’exemple, pour une aube de soufflante, l’ingestion d’oiseau de grande taille est critique à environ 50% de la hauteur totale de veine tandis que l’ingestion d’un oiseau de taille moyenne est critique à environ 85% de la hauteur totale de veine.
Dans ce but, tel qu’illustré auxfigures 4a et 4b, la portion supérieure 1a, réalisée dans un premier matériau métallique, comporte également un noyau 121 comportant un second matériau à densité plus élevé que le second matériau métallique. Le noyau 121 s’étend dans la portion supérieure 1a suivant la direction de l’axe longitudinal X.
L’ajout du noyau 121 avec un matériau plus dense dans le bord d’attaque peut se faire via l’insertion d’une pièce rapportée ou bien par fabrication additive en changeant le métal d’apport.
A l’inverse de la portion supérieure 1a, la portion inférieure 1b est destinée à s’étendre dans une zone ou hauteur de veine (ou de bord d’attaque) de l’aube 1 où l’impact avec un corps étranger, en particulier un oiseau, n’est pas critique car il n’entraîne qu’une faible déformation du bord d’attaque. La portion inférieure 1b peut donc être constituée avec un troisième matériau métallique ayant une densité moyennement élevée et présentée une configuration telle que celle illustrée en .
Le premier matériau métallique de la portion supérieure 1a peut être le même que le troisième matériau métallique de la portion inférieure 1b. Avantageusement, cela permet de garder des ailettes avec un matériau de faible densité.
A titre d’exemples non limitatifs :
- le premier et/ou le troisième matériau métallique peut être de l’acier ou du titane tandis que le second matériau métallique du noyau 121 est un alliage à base de nickel comme l’Inconel® 718 ou un alliage à base de cobalt,
- le premier et/ou le troisième matériau métallique peut être du titane tandis que le second matériau métallique du noyau 121 est de l’acier.
L’aube 1 ainsi réalisée présente une très bonne tenue à l’impact dans la zone à renforcer vis-à-vis de l’ingestion de corps étrangers sans pénaliser significativement la masse globale de l’aube grâce à la présence d’une portion de plus faible densité. On évite ainsi en outre d’augmenter les contraintes statiques générées par l’effort centrifuge au niveau de l’échasse qui correspond à une zone de concentration d’efforts dans la structure d’aube en matériau composite.
Avantageusement, afin d’éviter une évolution brutale de la densité du nez plein sur la hauteur, la géométrie du noyau 121 peut être adaptée en conséquence. Ainsi, la densité du noyau 121 peut diminuer, suivant la direction de l’axe longitudinal X, depuis la zone proximale à la tête de l’aube 1 à la zone distale de la tête de l’aube. Ainsi, comme illustré, la section du noyau 121, dans une direction sensiblement transversale au bord d’attaque 4, varie suivant l’étendue longitudinale du noyau 121. Dans une région distale de la tête de l’aube 1, le noyau 121 peut être totalement noyé dans le bord d’attaque 14. Dans une région distale de la tête de l’aube 1, le noyau 121 peut être rapporté au bord d’attaque 4 de la pale 8.
Dans un autre mode de réalisation possible illustré en , le matériau de la portion inférieure 1b de bouclier présente une cavité 20 ou évidement. Cette cavité 20 s'étend sur la majorité de la hauteur de la portion inférieure 1b de bouclier. La cavité 20 peut représenter la majorité du volume de la portion inférieure 1b.
La portion inférieure 1b comprend un treillis 21 dans la cavité 20. Il peut être présent dans la majorité de la cavité 20, préférentiellement dans toute la cavité 20. Le treillis 21 peut également être un treillis tridimensionnel 21. Le treillis 21 peut être lié à chaque surface interne de la cavité 20 de sorte à former une structure tridimensionnelle de renfort interne de la partie inférieure 1b. Le treillis 21 peut être fixé à la paroi intérieure de la cavité 20, et comprendre une pluralité d'éléments de treillis reliés entre eux.
Le treillis 21 peut relier les ailettes 11 et 12, sur toute la hauteur de la portion inférieure 1b. Le treillis 21 peut également joindre une portion de la cavité 20 proximale du nez du bouclier à une portion de la cavité 20 proximale de la paroi interne destinée à être rapportée au bord d’attaque 4.
Le treillis 21 est formé par une pluralité de cloisons transversales entrecroisées 21a, 21b et 21c formant un maillage régulier.
Chacune des cloisons entrecroisées 21a, 21b et 21c peut s'étendre longitudinalement à l'intérieur de la cavité 20 depuis une portion de surface intérieure de la cavité 20 proximale du nez du bouclier à une portion de surface intérieure de la cavité 20 proximale de la paroi interne destinée à être fixée au bord d’attaque 4.
Chacune des cloisons entrecroisées 21a, 21b et 21c peut s'étendre latéralement à l'intérieur de la cavité 20 entre les ailettes 11 et 12.
La portion inférieure 1b de bouclier peut être également adaptée afin d’avoir une évolution progressive de la densité sur la hauteur de la partie inférieure 1b, pour éviter une évolution brutale de la densité.
Ainsi, avantageusement, la densité volumique du treillis varie suivant la hauteur de la portion inférieure 1b, la densité volumique du treillis augmentant en direction de la tête de l’aube 1.
Avantageusement, la portion inférieure 1b de bouclier 10 est réalisée par fabrication additive.

Claims (11)

  1. Aube (1) d’une partie tournante d’une turbomachine, notamment d’une soufflante de ladite turbomachine, ladite aube (1) comprenant une surface aérodynamique (2), ladite surface aérodynamique (2) comprenant une direction principale d’extension définissant un axe longitudinal (X) de l’aube (1), et une hauteur (h) amont correspondant à une distance entre une limite inférieure (3) de la surface aérodynamique (2) et une tête de l’aube (1), ladite aube (1) comprenant :
    - une pale (8) en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère et un bord d’attaque (4),
    - un bouclier (10) structurel rapporté et fixé sur le bord d’attaque (4), une portion supérieure (1a) du bouclier (10) en un premier matériau métallique et s’étendant sur une partie seulement de la hauteur (h) de ladite surface aérodynamique (2) depuis une partie adjacente à la tête de l’aube (1),
    l’aube (1) étant caractérisée en ce que la portion supérieure (1a) du bouclier (10) comporte un noyau interne (121) qui s’étend suivant la direction principale d’extension dans la portion supérieure (1a), ledit noyau interne (121) étant en un second matériau métallique d’une densité supérieure à la densité du premier matériau métallique.
  2. Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle la portion supérieure (1a) s’étend sur une hauteur correspondant à au moins 60% de la hauteur (h) de ladite surface aérodynamique (2).
  3. Aube selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la section du noyau (121) suivant une direction sensiblement transversale au bord d’attaque (4), diminue en s’éloignant de la tête de l’aube (1), suivant la direction d’extension.
  4. Aube selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le bouclier (10) comporte une portion inférieure (1b), distincte de la portion supérieure (1a), composée d’un troisième matériau métallique, ladite portion inférieure (1b) s’étendant sur une partie de la hauteur (h) de ladite surface aérodynamique (2) depuis une partie adjacente à la limite inférieure (3) de la surface aérodynamique (2), ladite portion inférieure (1b) comportant une cavité (20) s’étendant suivant la direction principale d’extension dans la portion inférieure (1b), et un treillis (21), éventuellement tridimensionnel, disposé dans la cavité (20).
  5. Aube selon la revendication précédente, dans laquelle la densité du treillis (21) augmente en s’éloignant de la limite inférieure (3), suivant la direction d’extension.
  6. Aube selon l’une des revendications 4 à 5, dans laquelle le treillis comporte un ensemble de cloisons transversales entrecroisées (21a, 21b, 21c).
  7. Aube selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le second matériau métallique du noyau (121) est un alliage à base de nickel ou de cobalt ou un acier, tandis que le premier matériau métallique de la portion supérieure (1a) est de l’acier ou du titane.
  8. Aube selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le second matériau métallique du noyau (121) est de l’acier, tandis que le premier matériau métallique de la portion supérieure (1a) est du titane.
  9. Aube selon l’une des revendications 4 à 6 ou selon l'une des revendications 7 à 8 lorsqu'elle est dépendante de la revendication 4, dans laquelle le troisième matériau métallique de la portion inférieure (1b) est de l’acier ou du titane.
  10. Soufflante de turbomachine comprenant au moins une aube (1) selon l’une des revendications 1 à 9.
  11. Turbomachine comportant une soufflante selon la revendication précédente.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1908919A1 (fr) 2006-09-26 2008-04-09 Snecma Aube composite de turbomachine à renfort métallique
US20110116906A1 (en) * 2009-11-17 2011-05-19 Smith Blair A Airfoil component wear indicator
FR2965202A1 (fr) * 2010-09-28 2012-03-30 Snecma Procede de fabrication d'une piece et piece massive composite obtenue par ce procede
FR2989991A1 (fr) * 2012-04-30 2013-11-01 Snecma Renfort structurel metallique d'aube de turbomachine
US20200102835A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 General Electric Company Airfoil with leading edge guard

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1908919A1 (fr) 2006-09-26 2008-04-09 Snecma Aube composite de turbomachine à renfort métallique
US20110116906A1 (en) * 2009-11-17 2011-05-19 Smith Blair A Airfoil component wear indicator
FR2965202A1 (fr) * 2010-09-28 2012-03-30 Snecma Procede de fabrication d'une piece et piece massive composite obtenue par ce procede
FR2989991A1 (fr) * 2012-04-30 2013-11-01 Snecma Renfort structurel metallique d'aube de turbomachine
US20200102835A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 General Electric Company Airfoil with leading edge guard

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