FR3124262A1 - Device, assembly and method for friction testing an aircraft turbine engine blade - Google Patents

Device, assembly and method for friction testing an aircraft turbine engine blade Download PDF

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Jacques Delcoigne Eric
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Abstract

Dispositif de test de frottement pour tester le frottement entre aubes (12) de turbomachine (1) d’aéronef comprenant : un bâti (29) comportant un dispositif de maintien de pied (30) et un dispositif de maintien de talon (40), le dispositif de maintien de talon (40) comprend un premier élément (42) présentant une première surface d’appui (41) et un deuxième élément (44) présentant une deuxième surface d’appui (43), le premier élément (42) simulant le contact de l’aube (12) avec une première aube adjacente (12’) et le deuxième élément (44) simulant le contact de l’aube (12) avec une deuxième aube adjacente (12’’), la première surface d’appui (41) étant mobile par rapport à la deuxième surface d’appui (43) entre une position de contrainte et une position de libération, un dispositif d’excitation (50) configuré pour faire vibrer l’aube, un dispositif de mesure de déplacement (60) pour relever les déplacements de l’aube (12). Figure pour l’abrégé : Figure 5Friction test device for testing the friction between blades (12) of an aircraft turbomachine (1) comprising: a frame (29) comprising a foot holding device (30) and a heel holding device (40), the heel retention device (40) comprises a first element (42) having a first bearing surface (41) and a second element (44) having a second bearing surface (43), the first element (42) simulating the contact of the blade (12) with a first adjacent blade (12') and the second element (44) simulating the contact of the blade (12) with a second adjacent blade (12''), the first surface support (41) being movable relative to the second support surface (43) between a constraint position and a release position, an excitation device (50) configured to cause the blade to vibrate, a displacement measurement (60) to record the displacements of the blade (12). Figure for abstract: Figure 5

Description

Dispositif, ensemble et procédé de test de frottement d’une aube de turbomachine d’aéronefDevice, assembly and method for friction testing an aircraft turbine engine blade

Domaine de la divulgationDomain of disclosure

La présente divulgation concerne un dispositif de test de frottement pour tester le frottement entre aubes de turbomachine d’aéronef, un ensemble comprenant le dispositif et un procédé utilisant l’ensemble.The present disclosure relates to a friction test device for testing the friction between aircraft turbine engine blades, an assembly comprising the device and a method using the assembly.

La turbomachine est en particulier un turboréacteur ou un turbopropulseur comprenant une turbine à gaz. L’aube est en particulier une aube dite à talon ou à nageoire. L’aéronef est en particulier un avion, mais est susceptible d’être tout type d’aéronef muni d’une turbomachine.The turbomachine is in particular a turbojet or a turboprop comprising a gas turbine. The dawn is in particular a so-called heel or fin dawn. The aircraft is in particular an airplane, but is likely to be any type of aircraft fitted with a turbomachine.

Etat de la techniqueState of the art

Lors du fonctionnement de la turbomachine, les aubes sont soumises à des efforts, des températures et des frottements élevés entre les talons d’aubes adjacentes au niveau de zones de contact situées sur des bords latéraux du talon. Ces frottements génèrent des usures rapides et localisées.During operation of the turbomachine, the blades are subjected to high forces, temperatures and friction between the heels of adjacent blades at contact zones located on the lateral edges of the heel. This friction generates rapid and localized wear.

Lorsqu'une usure des zones de contact supérieure aux spécifications est détectée, la pièce doit être changée. Une alternative est de réparer ou recharger la zone de contact usée avec un matériau protecteur. Il est connu d’utiliser alors du stellite, marque déposée. Il est généralement prévu de fabriquer directement une pièce localement recouverte d’un matériau protecteur, fortement résistant à l’abrasion.When contact area wear above specification is detected, the part must be changed. An alternative is to repair or reload the worn contact area with a protective material. It is known to use stellite, a registered trademark. It is generally planned to directly manufacture a part locally covered with a protective material, highly resistant to abrasion.

L’intervention sur les zones de contact concernées consiste alors notamment en un soudage conventionnel à l'arc (MIG, TIG, plasma ou électrode enrobée), par projection laser ou par brasage diffusion. Si du stellite est utilisé, il est apporté sous forme de baguette ou en bobine.The intervention on the contact zones concerned then consists in particular of conventional arc welding (MIG, TIG, plasma or coated electrode), by laser projection or by diffusion brazing. If stellite is used, it is brought in the form of a rod or in a coil.

Le frottement entre les aubes adjacentes dans les zones de contact a un rôle important dans la dissipation de l’énergie vibratoire de l’aube, notamment sur son premier mode vibratoire de flexion, afin de diminuer l’amplitude de déformation et donc la réduction du risque de rupture de l’aube.The friction between the adjacent blades in the contact zones has an important role in the dissipation of the vibrational energy of the blade, in particular on its first vibrational mode of bending, in order to reduce the amplitude of deformation and therefore the reduction of the risk of breaking dawn.

Exposé de la divulgationStatement of Disclosure

Conformément à un premier aspect de la présente divulgation, il est proposé un dispositif de test de frottement comprenant :In accordance with a first aspect of the present disclosure, there is provided a friction test device comprising:

un bâti comportant un dispositif de maintien de pied et un dispositif de maintien de talon, le dispositif de maintien de pied et le dispositif de maintien de talon étant distants l’un de l’autre suivant une direction d’allongement, le dispositif de maintien de pied étant configuré pour maintenir un pied disposé à une extrémité de pied de l’aube et le dispositif de maintien de talon étant configuré pour maintenir un talon disposé à une extrémité de talon de l’aube, le dispositif de maintien de talon comprend un premier élément présentant une première surface d’appui et un deuxième élément présentant une deuxième surface d’appui, le premier élément simulant le contact de l’aube avec une première aube adjacente et le deuxième élément simulant le contact de l’aube avec une deuxième aube adjacente, la première surface d’appui étant mobile par rapport à la deuxième surface d’appui entre une position de contrainte dans laquelle le dispositif de maintien de talon est configuré pour maintenir l’extrémité de pied et une position rétractée dans laquelle le dispositif de maintien de talon libère l’extrémité de talon de l’aube,a frame comprising a foot-holding device and a heel-holding device, the foot-holding device and the heel-holding device being spaced from each other in a direction of elongation, the holding device being configured to hold a foot disposed at a root end of the blade and the heel holding device being configured to hold a heel disposed at a heel end of the blade, the heel holding device comprises a first element having a first bearing surface and a second element having a second bearing surface, the first element simulating the contact of the blade with a first adjacent blade and the second element simulating the contact of the blade with a second adjacent blade, the first bearing surface being movable relative to the second bearing surface between a constrained position in which the bead retention device is configured to maintain the foot end and a retracted position in which the heel holding device releases the heel end of the blade,

un dispositif d’excitation configuré pour faire vibrer l’aube suivant une direction d’excitation,an excitation device configured to cause the blade to vibrate in an excitation direction,

un dispositif de mesure pour relever les déplacements de l’aube suivant une direction de mesure.a measuring device for recording the movements of the blade along a measuring direction.

Ainsi, la capacité de différents matériaux protecteurs dans les zones de contact à dissiper l’énergie vibratoire par frottement peut être évalué. Par conséquent, il peut être aisément déterminé quel matériau protecteur est le plus satisfaisant en fonction du but recherché, tel que la résistance à l’usure, la réduction de l’amplitude maximum de déplacement de l’aube ou sur une gamme de fréquences. En outre, le dispositif permet de déterminer si le matériau protecteur a été correctement déposé.Thus, the ability of different protective materials in contact areas to dissipate vibrational energy by friction can be assessed. Therefore, it can easily be determined which protective material is the most satisfactory depending on the desired goal, such as wear resistance, reduction of the maximum amplitude of blade displacement or over a range of frequencies. In addition, the device makes it possible to determine whether the protective material has been correctly deposited.

Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence le premier élément du dispositif de maintien et le deuxième élément du dispositif de maintien sont mobiles en rotation l’un par rapport à l’autre autour d’un d’axe de pivotement s’étendant suivant la direction d’allongement entre la position de contrainte et la position rétractée.According to another feature in accordance with the disclosure, preferably the first element of the holding device and the second element of the holding device are rotatable relative to each other around a pivot axis. extending in the direction of elongation between the constrained position and the retracted position.

Ainsi, le déplacement relatif entre le premier élément et le deuxième élément du dispositif de maintien est aisément obtenu.Thus, the relative movement between the first element and the second element of the holding device is easily obtained.

Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence le dispositif de test est configuré pour exercer un couple de torsion entre l’extrémité de pied et l’extrémité de talon de l’aube dans la position de contrainte, et le dispositif de test de frottement comprend en outre un dispositif de mesure de couple pour mesurer un couple de torsion s’exerçant entre le dispositif de maintien de pied et le dispositif de maintien de talon à travers l’aube.According to another characteristic in accordance with the disclosure, the test device is preferably configured to exert a torque between the root end and the heel end of the blade in the constrained position, and the test device friction further comprises a torque measuring device for measuring a torsional torque exerted between the foot holding device and the heel holding device through the blade.

Ainsi, on s’assure que les conditions du test sont les mêmes pour les différentes aubes.This ensures that the test conditions are the same for the different blades.

Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence le dispositif de test de frottement comprend en outre un dispositif de chauffage disposé à proximité du dispositif de maintien de talon.According to another feature in accordance with the disclosure, the friction test device preferably further comprises a heating device placed close to the heel holding device.

Ainsi, on rapproche les conditions du test des conditions d’utilisation de l’aube dans la turbomachine, afin que le test soit aussi proche que possible des conditions réelles d’utilisation.Thus, the test conditions are brought closer to the conditions of use of the blade in the turbomachine, so that the test is as close as possible to the real conditions of use.

Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence le dispositif d’excitation comprend une partie fixe, une partie mobile et un actionneur, le bâti étant porté par ladite partie mobile du dispositif d’excitation et l’actionneur étant configuré pour déplacer en translation de manière alternative (faire vibrer) la partie mobile par rapport à la partie fixe suivant la direction d’excitation.According to another characteristic in accordance with the disclosure, the excitation device preferably comprises a fixed part, a mobile part and an actuator, the frame being carried by said mobile part of the excitation device and the actuator being configured to move in translation in an alternating way (to make vibrate) the mobile part compared to the fixed part according to the direction of excitation.

Cette solution simple et robuste permet de faire vibrer l’aube. En variante, il pourrait être utilisé notamment un haut-parleur ou un jet d’air.This simple and robust solution allows the dawn to vibrate. As a variant, it could be used in particular a loudspeaker or an air jet.

Selon un deuxième aspect, la présente divulgation concerne un ensemble de test de frottement comprenant un dispositif de test de frottement tel que précité et une aube, l’aube présentant une extrémité de pied maintenue sur le bâti par le dispositif de maintien de pied et une extrémité de talon maintenue par le dispositif de maintien de talon, l’aube comprenant un talon à l’extrémité de talon, le talon comprenant une première zone de contact et une deuxième zone de contact, la première zone de contact étant au contact de la première surface d’appui du dispositif de maintien de talon et la deuxième zone de contact étant au contact de la deuxième surface d’appui du dispositif de maintien de talon.According to a second aspect, the present disclosure relates to a friction test assembly comprising a friction test device as mentioned above and a blade, the blade having a root end held on the frame by the root holding device and a heel end held by the heel holder, the vane comprising a heel at the heel end, the heel comprising a first contact zone and a second contact zone, the first contact zone being in contact with the first bearing surface of the heel-holding device and the second contact zone being in contact with the second bearing surface of the heel-holding device.

Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence la première zone de contact, la deuxième zone de contact, la première surface d’appui et la deuxième surface d’appui sont toutes réalisées dans un matériau de contact identique.According to another characteristic in accordance with the disclosure, preferably the first contact zone, the second contact zone, the first bearing surface and the second bearing surface are all made of an identical contact material.

Ainsi, le test reproduit les conditions selon lesquelles toutes les aubes sont identiques.Thus, the test reproduces the conditions under which all the blades are identical.

Selon une autre caractéristique, de préférence le talon est essentiellement réalisé dans un matériau principal différent du matériau de contact.According to another characteristic, preferably the heel is essentially made of a main material different from the contact material.

Selon encore une autre caractéristique, de préférence le premier matériau est le même que le deuxième matériau.According to yet another characteristic, preferably the first material is the same as the second material.

Selon un troisième aspect, la présente divulgation concerne un procédé de test de frottement d’une aube de turbomachine d’aéronef comprenant l’utilisation de l’ensemble de test de frottement précité, dans lequel :According to a third aspect, the present disclosure relates to a friction test method for an aircraft turbine engine blade comprising the use of the aforementioned friction test assembly, in which:

- on fait vibrer l’aube suivant la direction d’excitation,- the blade is vibrated in the direction of excitation,

- on mesure les déplacements de l’aube suivant la direction de mesure.- the displacements of the blade are measured in the direction of measurement.

Selon une caractéristique complémentaire conforme à la présente divulgation, de préférence on exerce un couple de torsion entre l’extrémité de pied et l’extrémité de talon de l’aube, en même temps qu’on mesure les déplacements de l’aube suivant la direction de mesure.According to an additional characteristic in accordance with the present disclosure, a torque is preferably exerted between the root end and the heel end of the blade, at the same time as the displacements of the blade are measured along the measurement direction.

Dans divers modes de réalisation du procédé selon la divulgation, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :In various embodiments of the method according to the disclosure, one and/or other of the following provisions may also be used:

- on fait vibrer le bâti à une fréquence de test correspondant à la fréquence propre de l’aube à 15% près.- the frame is vibrated at a test frequency corresponding to the natural frequency of the blade to within 15%.

- on mesure les déplacements de l’aube à proximité d’un ventre de déplacement de l’aube.- the movements of the dawn are measured near a dawn displacement antinode.

- on effectue successivement des tests avec différents matériaux à l’extrémité de talon de l’aube et on qualifie les différents matériaux en fonction des déplacements mesurés avec ces différents matériaux, plus les déplacements mesurés étant faibles, meilleur étant considéré le matériau.- tests are carried out successively with different materials at the blade heel end and the different materials are qualified according to the displacements measured with these different materials, the lower the measured displacements, the better the material is considered.

Brève description des figuresBrief description of figures

D'autres caractéristiques et avantages de la présente divulgation apparaîtront dans la description détaillée suivante, se référant aux dessins annexés dans lesquels :Other features and advantages of the present disclosure will become apparent from the following detailed description, with reference to the accompanying drawings in which:

représente vue en perspective d’une turbomachine munie d’aubes en coupe, represents a perspective view of a turbomachine fitted with sectional blades,

représente en perspective une aube montée sur un disque, represents in perspective a vane mounted on a disc,

représente schématiquement selon la flèche repérée III l’aube et deux aubes adjacentes, diagrammatically represents, according to the arrow marked III, the blade and two adjacent blades,

représente en perspective un ensemble de test de frottement comprenant l’aube et un dispositif de test de frottement, shows in perspective a friction test assembly comprising the blade and a friction test device,

représente à échelle agrandie une partie de l’ensemble de test de frottement illustré à la , represents on an enlarged scale part of the friction test assembly illustrated in ,

est une vue en coupe selon la flèche repérée VI à la , dans une position rétractée, is a sectional view according to the arrow marked VI at , in a retracted position,

représente l’ensemble de test de frottement conformément à la , dans une position de contrainte, represents the friction test set according to the , in a constrained position,

est une représentation partielle en perspective éclatée de la zone repérée VIII à la , dans la position rétractée, is a partial representation in exploded perspective of the zone marked VIII on the , in the retracted position,

est une représentation partielle en perspective selon la flèche repérée IX à la . is a partial representation in perspective according to the arrow marked IX on the .

Description détaillée de la divulgationDetailed description of the disclosure

La illustre une turbomachine 1, plus précisément un turboréacteur. Le turboréacteur illustré à la est à double flux et comporte de l’amont vers l’aval, autrement dit dans le sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et une tuyère d’échappement 8.The illustrates a turbomachine 1, more specifically a turbojet. The turbojet engine shown in is dual-flow and comprises, from upstream to downstream, in other words in the direction of gas circulation within the turbomachine, a fan 2, a low-pressure compressor 3, a high-pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high pressure turbine 6, a low pressure turbine 7 and an exhaust nozzle 8.

L’air issu de la soufflante 2 est séparé en deux flux, à savoir un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse une veine d’écoulement primaire 9 au niveau de laquelle sont situés le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse 7. Le flux secondaire s’échappe au travers d’une veine d’écoulement secondaire 10.The air from fan 2 is separated into two flows, namely a primary flow and a secondary flow. The primary flow passes through a primary flow vein 9 at the level of which are located the low pressure compressor 3, the high pressure compressor 4, the combustion chamber 5, the high pressure turbine 6 and the low turbine 7. The secondary flow s escapes through a secondary flow path 10.

La turbine basse pression 7 entraîne le compresseur basse pression 3 et la soufflante 2 en rotation autour d’un axe de rotation 19 par l’intermédiaire d’un arbre basse pression, de façon à former un corps basse pression. La turbine haute pression 6 entraîne le compresseur haute pression 4 autour de l’axe de rotation 19 par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, de façon à former un corps haute pression.The low pressure turbine 7 drives the low pressure compressor 3 and the fan 2 in rotation around an axis of rotation 19 via a low pressure shaft, so as to form a low pressure body. The high pressure turbine 6 drives the high pressure compressor 4 around the axis of rotation 19 via a high pressure shaft, so as to form a high pressure body.

Par la suite, les qualificatifs axial et radial sont définis par rapport à l’axe de rotation 19 de la turbomachine 1.Subsequently, the qualifiers axial and radial are defined with respect to the axis of rotation 19 of the turbomachine 1.

La turbine basse pression 7 comporte un rotor et un stator. Le rotor comporte une succession de roues aubagées 15 (roues munies d’aubes), intercalées axialement entre des étages de distributeurs du rotor.The low pressure turbine 7 comprises a rotor and a stator. The rotor comprises a succession of bladed wheels 15 (wheels fitted with blades), interposed axially between stages of distributors of the rotor.

Comme illustré à la , une roue aubagée 15 comporte un disque 11 en périphérie externe duquel sont montées des aubes 12. En variante, la roue aubagée 15 pourrait notamment faire partie de la turbine haute pression 6, du compresseur basse pression 3 ou du compresseur haute pression 4.As shown in , a bladed wheel 15 comprises a disk 11 on the outer periphery of which blades 12 are mounted. Alternatively, the bladed wheel 15 could in particular form part of the high pressure turbine 6, of the low pressure compressor 3 or of the high pressure compressor 4.

Le disque 11 comporte en périphérie des nervures 26 délimitant des alvéoles 24. Chaque aube 12 s’étend suivant une direction d’allongement X entre une extrémité de pied 12a et une extrémité de talon 12b. La direction d’allongement X s’étend radialement par rapport à l’axe de rotation 19 lorsque l’aube 12 est en place sur la roue aubagée 15 de la turbine basse pression 7. De l’extrémité de pied 12a vers l’extrémité de talon 12b, l’aube 12 comporte un pied 14, une échasse 16, une plateforme interne 13, une pale 20 et un talon 22. Les alvéoles 24 ont une forme complémentaire de la forme des pieds 14, afin que les pieds 14 soient étroitement maintenus par les nervures 26. Le pied 14 de chaque aube 12 est engagé dans l’une des alvéoles 24. Le talon comprend une plateforme externe 27 et au moins une léchette, deux léchettes 28 dans le mode de réalisation illustré.Disc 11 has ribs 26 on the periphery delimiting cells 24. Each blade 12 extends along a direction of elongation X between a foot end 12a and a heel end 12b. The direction of elongation X extends radially relative to the axis of rotation 19 when the blade 12 is in place on the bladed wheel 15 of the low pressure turbine 7. From the root end 12a towards the end heel 12b, dawn 12 comprises a foot 14, a stilt 16, an internal platform 13, a blade 20 and a heel 22. The cells 24 have a shape complementary to the shape of the feet 14, so that the feet 14 are tightly held by the ribs 26. The root 14 of each blade 12 is engaged in one of the cells 24. The heel comprises an external platform 27 and at least one wiper, two wipers 28 in the illustrated embodiment.

Les aubes 12 sont régulièrement réparties sur la périphérie du disque 11, de façon à ce que les plates-formes interne adjacentes, d’une part, et les plateformes externes adjacentes, d’autre part, définissent des parois annulaires radialement interne et radialement externe délimitant entre elles une partie de la veine primaire 9.The vanes 12 are regularly distributed over the periphery of the disc 11, so that the adjacent internal platforms, on the one hand, and the adjacent external platforms, on the other hand, define radially internal and radially external annular walls. delimiting between them part of the primary vein 9.

Les léchettes 28 sont portées par la plateforme externe 27. Les léchettes 28 sont destinées à coopérer avec un anneau, de manière à assurer une étanchéité dynamique en fonctionnement. Dans le mode de réalisation illustré les léchettes 28 sont disposées de part et d’autre de l’anneau. Les léchettes 28 sont en matériau abradable, autrement dit les léchettes 28 sont dans un matériau s’usant davantage que l’anneau du fait du frottement des léchettes contre l’anneau.Lips 28 are carried by external platform 27. Lips 28 are intended to cooperate with a ring, so as to ensure dynamic sealing in operation. In the illustrated embodiment, the wipers 28 are arranged on either side of the ring. The wipers 28 are made of abradable material, in other words the wipers 28 are made of a material that wears more than the ring due to the friction of the wipers against the ring.

La plateforme externe 27 présente deux bords circonférentiels s’étendant parallèlement aux léchettes 28 et deux bords latéraux. Les deux bords latéraux de la plateforme externe 27 sont formés par un premier bord latéral 17 et un deuxième bord latéral 18. Le premier bord latéral 17 s’étend globalement suivant une direction transversale Y, perpendiculaire à la direction d’allongement X. Le premier bord latéral 17 comporte une portion en saillie 17a. La portion en saillie 17a présente une première zone de contact 21 inclinée par rapport à la direction transversale Y. Le deuxième bord latéral 18 est sensiblement parallèle au premier bord latéral 18 dont il est circonférentiellement décalé. Le deuxième bord latéral 18 s’étend donc globalement suivant la direction transversale Y et comporte une portion en creux 18a. La portion en creux 18a est sensiblement complémentaire de la portion en saillie 17a et présente une deuxième zone de contact 23 inclinée par rapport à la direction transversale Y.The outer platform 27 has two circumferential edges extending parallel to the wipers 28 and two side edges. The two side edges of the outer platform 27 are formed by a first side edge 17 and a second side edge 18. The first side edge 17 extends globally along a transverse direction Y, perpendicular to the direction of elongation X. The first side edge 17 has a projecting portion 17a. The projecting portion 17a has a first contact zone 21 inclined with respect to the transverse direction Y. The second lateral edge 18 is substantially parallel to the first lateral edge 18 from which it is circumferentially offset. The second lateral edge 18 therefore extends globally in the transverse direction Y and includes a recessed portion 18a. The recessed portion 18a is substantially complementary to the projecting portion 17a and has a second contact zone 23 inclined with respect to the transverse direction Y.

A la , il est représenté l’aube 12, ainsi qu’une première aube adjacente 12’ et une deuxième aube adjacente 12’’ entre lesquelles l’aube 12 est disposée. Le premier bord latéral 17 de l’aube 12 s’étend en regard d’un deuxième bord latéral 18’ de la première aube adjacente 12’. La portion en saillie 17a de l’aube 12 est insérée dans une portion en creux 18a’ de la première aube adjacente 12’. L’aube 12 est au contact de la première aube adjacente 12’ (uniquement) par l’intermédiaire de la première zone de contact 21 de l’aube 12 et d’une deuxième zone de contact 23’ de la première aube adjacente 12’. Le deuxième bord latéral 18 de l’aube 12 s’étend en regard d’un premier bord latéral 18’’ de la deuxième aube adjacente 12’’. La portion en creux 18a de l’aube 12 reçoit une portion en saillie 17a’’ de la deuxième aube adjacente 12’’. L’aube 12 vient contact de la deuxième aube adjacente 12’’ (uniquement) par l’intermédiaire de la deuxième zone de contact 23 de l’aube 12 et d’une première zone de contact 21’’ de la deuxième aube adjacente 12’’.To the , blade 12 is shown, as well as a first adjacent blade 12' and a second adjacent blade 12'' between which blade 12 is arranged. The first lateral edge 17 of the blade 12 extends facing a second lateral edge 18' of the first adjacent blade 12'. The projecting portion 17a of the blade 12 is inserted into a recessed portion 18a' of the adjacent first blade 12'. The blade 12 is in contact with the first adjacent blade 12' (only) via the first contact zone 21 of the blade 12 and a second contact zone 23' of the first adjacent blade 12' . The second lateral edge 18 of the blade 12 extends facing a first lateral edge 18'' of the adjacent second blade 12''. The recessed portion 18a of the blade 12 receives a projecting portion 17a'' of the second adjacent blade 12''. The blade 12 comes into contact with the second adjacent blade 12'' (only) via the second contact zone 23 of the blade 12 and a first contact zone 21'' of the second adjacent blade 12 ''.

De préférence, la première zone de contact 21 est sensiblement plane et la deuxième zone de contact 23 est sensiblement plane. En outre, la plateforme externe 27 présente de préférence une épaisseur la plus élevée au niveau de la première zone de contact 21 et de la deuxième zone de contact 23.Preferably, the first contact zone 21 is substantially flat and the second contact zone 23 is substantially flat. In addition, the outer platform 27 preferably has a greater thickness at the level of the first contact zone 21 and of the second contact zone 23.

Afin de tester l’efficacité et la résistance de la première zone de contact 21 et de la deuxième zone de contact 23 de l’aube 12, un dispositif de test de frottement 90 est utilisé. Le dispositif de test de frottement 90 forme avec l’aube 12 un ensemble de test de frottement 100, tel qu’illustré aux figures 4 à 9.In order to test the efficiency and the resistance of the first contact zone 21 and of the second contact zone 23 of the blade 12, a friction test device 90 is used. The friction test device 90 forms with the blade 12 a friction test assembly 100, as illustrated in Figures 4 to 9.

Le dispositif de test de frottement 90 comprend un bâti 29, un dispositif d’excitation 50, un dispositif de mesure de déplacement 60, un dispositif de mesure de couple 70, un dispositif de chauffage 80 et un dispositif de refroidissement 85.The friction test device 90 includes a frame 29, an exciter 50, a displacement measuring device 60, a torque measuring device 70, a heating device 80 and a cooling device 85.

Le bâti 29 comporte un dispositif de maintien de pied 30 et un dispositif de maintien de talon 40. Le dispositif de maintien de pied 30 et le dispositif de maintien de talon 40 sont distants l’un de l’autre suivant la direction d’allongement X.The frame 29 comprises a foot-holding device 30 and a heel-holding device 40. The foot-holding device 30 and the heel-holding device 40 are spaced from each other in the direction of elongation. X.

Le dispositif de maintien de pied 30 maintient l’aube 12 au niveau de l’extrémité de pied 12a. Le dispositif de maintien de pied 30 comprend un mors 32, une cale 34 et une vis de pression 36. Le mors 32 présente une forme analogue à l’alvéole 24, de manière à permettre d’engager le pied 14 dans le mors 32 par coulissement suivant la direction transversale Y et de maintenir le pied 14 rigidement fixé au mors 32. La vis de pression 36 permet, par l’intermédiaire de la cale 34 d’appliquer sous pression le pied 14 de l’aube 12 contre le mors 32, afin de maintenir fixement le pied 14 de l’aube 12 par rapport au mors 32. Le dispositif de maintien de pied 30 est libre de coulisser suivant la direction d’allongement X par rapport au bâti 29, afin de permettre à l’aube 12 de se dilater ou se contracter.The root holding device 30 holds the blade 12 at the level of the root end 12a. The foot holding device 30 comprises a jaw 32, a wedge 34 and a pressure screw 36. The jaw 32 has a shape similar to the socket 24, so as to allow the foot 14 to be engaged in the jaw 32 by sliding in the transverse direction Y and to keep the foot 14 rigidly fixed to the jaws 32. The pressure screw 36 makes it possible, via the wedge 34, to apply the foot 14 of the blade 12 under pressure against the jaws 32 , in order to hold the root 14 of the blade 12 fixedly relative to the jaws 32. The root retaining device 30 is free to slide along the direction of elongation X relative to the frame 29, in order to allow the blade 12 to expand or contract.

Le dispositif de maintien de talon 40 maintient l’aube 12 au niveau de l’extrémité de talon 12b. Le dispositif de maintien de talon 40 comprend un premier élément 42 présentant une première surface d’appui 41 et un deuxième élément 44 présentant une deuxième surface d’appui 43.The heel holding device 40 holds the vane 12 at the level of the heel end 12b. The heel retention device 40 comprises a first element 42 having a first bearing surface 41 and a second element 44 having a second bearing surface 43.

Le premier élément 42 est fixe par rapport au bâti 29. Le deuxième élément 44 est mobile en rotation, autour d’un d’axe de pivotement 45 s’étendant suivant la direction d’allongement X, entre une position rétractée et une position de contrainte.The first element 42 is fixed relative to the frame 29. The second element 44 is rotatable, around a pivot axis 45 extending along the direction of elongation X, between a retracted position and a position of constraint.

Tel qu’illustré en particulier à la , dans la position rétractée du dispositif de maintien de talon 40, l’extrémité de talon 12b de l’aube 12 est engagée dans le dispositif de maintien de talon 40, la première zone de contact 21 de l’aube 12 étant en appui contre la première surface d’appui 41 du premier élément 42, mais la deuxième zone de contact 23 est à l’écart du deuxième élément 44 du dispositif de maintien de talon 40. Puis, le deuxième élément 44 du dispositif de maintien de talon 40 est déplacé dans la position de contrainte par une vis de commande 46 entrainant en rotation le deuxième élément 44 par rapport au premier élément 42 autour de l’axe de pivotement 45, jusqu’à ce que la deuxième surface d’appui 43 du deuxième élément 44 soit en appui contre la deuxième zone de contact 23 de l’aube 12. L’extrémité de talon 12b de l’aube est alors immobilisée par rapport au bâti 29.As illustrated in particular in the , in the retracted position of the heel holding device 40, the heel end 12b of the blade 12 is engaged in the heel holding device 40, the first contact zone 21 of the blade 12 bearing against the first bearing surface 41 of the first element 42, but the second contact zone 23 is away from the second element 44 of the heel holding device 40. Then, the second element 44 of the heel holding device 40 is moved into the constrained position by a control screw 46 causing the second element 44 to rotate relative to the first element 42 around the pivot axis 45, until the second bearing surface 43 of the second element 44 or bearing against the second contact zone 23 of the blade 12. The heel end 12b of the blade is then immobilized with respect to the frame 29.

La première surface d’appui 41 du dispositif de maintien de talon 40 simule le contact de la deuxième zone de contact 23’ de la première aube adjacente 12’ avec la première zone de contact 21 de l’aube 12. La deuxième surface d’appui 43 du dispositif de maintien de talon 40 simule le contact de la première zone de contact 21’’ de la deuxième aube adjacente 12’’ avec la deuxième zone de contact 23 de l’aube 12.The first bearing surface 41 of the heel holding device 40 simulates the contact of the second contact zone 23' of the first adjacent blade 12' with the first contact zone 21 of the blade 12. The second surface of support 43 of the heel holding device 40 simulates the contact of the first contact zone 21'' of the adjacent second blade 12'' with the second contact zone 23 of the blade 12.

L’aube 12 étant identique à la première aube adjacente 12’ et à la deuxième aube adjacente 12’’, la première surface d’appui 41 est dans le même matériau que la deuxième zone de contact 23 de l’aube 12 et la deuxième surface d’appui 43 est dans le même matériau que la première zone de contact 21. Dans le mode de réalisation illustré, la première zone de contact 21 de l’aube 12 est en outre dans le même matériau que la deuxième zone de contact 23. La première zone de contact 21 et la deuxième zone de contact 23 sont de préférence en stellite, marque déposée. Le stellite est un alliage d'acier à haute teneur en chrome et en cobalt. L'alliage peut aussi contenir une petite quantité de tungstène ou de molybdène et une quantité petite mais importante de carbone. Un tel alliage peut ainsi comprendre (en poids) : Cobalt (Co) 57%, Chrome (Cr) 28 à 30 %, Tungstène (W) 11 à 13 %, Carbone (C) 2 à 3 %, Silicium (Si) 1,2 %, Nickel (Ni) 1 %, Fer (Fe) 1 %, autres 1,5 %. En variante, le stellite peut être remplacé par l’inconel 625 (NiCr22Mo9Nb), marque déposée.The blade 12 being identical to the first adjacent blade 12' and to the second adjacent blade 12'', the first support surface 41 is made of the same material as the second contact zone 23 of the blade 12 and the second bearing surface 43 is made of the same material as the first contact zone 21. In the illustrated embodiment, the first contact zone 21 of the blade 12 is also made of the same material as the second contact zone 23 The first contact zone 21 and the second contact zone 23 are preferably made of stellite, a registered trademark. Stellite is a steel alloy with a high chromium and cobalt content. The alloy may also contain a small amount of tungsten or molybdenum and a small but significant amount of carbon. Such an alloy can thus comprise (by weight): Cobalt (Co) 57%, Chromium (Cr) 28 to 30%, Tungsten (W) 11 to 13%, Carbon (C) 2 to 3%, Silicon (Si) 1 .2%, Nickel (Ni) 1%, Iron (Fe) 1%, other 1.5%. Alternatively, the stellite can be replaced by inconel 625 (NiCr22Mo9Nb), registered trademark.

Le reste de l’aube 12 est de préférence réalisée dans un matériau différent du matériau de la première zone de contact 21 et la deuxième zone de contact 23.The rest of the blade 12 is preferably made of a material different from the material of the first contact zone 21 and the second contact zone 23.

Tel qu’illustré à la , dans le mode, le dispositif d’excitation 50 comprend une partie fixe 52, une partie mobile 54 et un actionneur 56. La partie fixe 52 repose directement ou indirectement sur le sol. La partie mobile 54 du dispositif d’excitation 50 porte le bâti 29. L’actionneur 56 relie la partie mobile 54 à la partie fixe 52. L’actionneur 56 est configuré pour déplacer en translation de manière alternative la partie mobile 54 par rapport à la partie fixe 52 suivant une direction d’excitation Z, perpendiculaire à la direction d’allongement X et à la direction transversale Y. De préférence, l’actionneur 56 fait vibrer la partie mobile 54 à une fréquence déterminée, afin de faire vibrer l’aube 12 suivant la direction d’excitation Z. De préférence, la fréquence déterminée est choisie afin d’exciter les modes propres de l’aube 12, plus préférentiellement la fréquence déterminée s’étend dans une marge de 15% par rapport à la fréquence de résonance de l’aube 12.As illustrated at , in the mode, the excitation device 50 comprises a fixed part 52, a movable part 54 and an actuator 56. The fixed part 52 rests directly or indirectly on the ground. The mobile part 54 of the excitation device 50 carries the frame 29. The actuator 56 connects the mobile part 54 to the fixed part 52. The actuator 56 is configured to move in translation alternately the mobile part 54 with respect to the fixed part 52 along an excitation direction Z, perpendicular to the direction of elongation X and to the transverse direction Y. Preferably, the actuator 56 vibrates the movable part 54 at a determined frequency, in order to vibrate the blade 12 along the direction of excitation Z. Preferably, the determined frequency is chosen in order to excite the natural modes of the blade 12, more preferably the determined frequency extends within a margin of 15% with respect to the resonant frequency of dawn 12.

En variante, le dispositif d’excitation 50 pourrait comprendre un haut-parleur, un jet d’air ou un dispositif analogue permettant de faire vibrer l’aube 12 à la fréquence déterminée.As a variant, the excitation device 50 could comprise a loudspeaker, an air jet or a similar device making it possible to cause the blade 12 to vibrate at the determined frequency.

Le dispositif de mesure de déplacement 60 relève les déplacements de l’aube 12 suivant une direction de mesure qui est de préférence choisie relativement proche de la direction d’excitation Z. De préférence, le dispositif de mesure de déplacement 60 est positionné suivant la direction d’allongement X pour mesurer les déplacements de l’aube 12 à proximité d’un ventre de déplacement de l’aube 12, par exemple sensiblement à mi-distance entre l’extrémité de pied 12a et l’extrémité de talon 12b.The displacement measuring device 60 records the displacements of the blade 12 along a measurement direction which is preferably chosen relatively close to the direction of excitation Z. Preferably, the displacement measuring device 60 is positioned along the direction of elongation X to measure the movements of the blade 12 close to an antinode of movement of the blade 12, for example substantially halfway between the root end 12a and the heel end 12b.

Dans le mode de réalisation illustré, le dispositif de mesure de déplacement 60 est un dispositif de masure laser maintenu par rapport à la partie fixe 52, en particulier sur le sol.In the illustrated embodiment, the displacement measuring device 60 is a laser measuring device held relative to the fixed part 52, in particular on the ground.

Le dispositif de mesure de couple 70 mesure un couple de torsion 38 entre le dispositif de maintien de pied 30 et le dispositif de maintien de talon 40 à travers l’aube 12. Le couple de torsion 38 tend à appliquer la première zone de contact 21 de l’aube 12 contre la première surface d’appui 41 et la deuxième zone de contact 23 de l’aube 12 contre la deuxième surface d’appui 43.The torque measuring device 70 measures a torsion torque 38 between the foot holder 30 and the heel holder 40 through the vane 12. The torsion torque 38 tends to apply the first contact area 21 of the blade 12 against the first bearing surface 41 and the second contact zone 23 of the blade 12 against the second bearing surface 43.

Le dispositif de chauffage 80 comprend un générateur de courant 82 auquel est relié un solénoïde 84 s’étendant autour de l’aube 12, à proximité de l’extrémité de talon 12b, afin de chauffer en particulier la première zone de contact 21 et la deuxième zone de contact 23. Le dispositif de chauffage 80 chauffe l’aube 12 à une température correspondant à la température de fonctionnement de l’aube 12, dans la turbine basse pression 7, à savoir de l’ordre de 400 à 500 degrés Celsius.The heating device 80 comprises a current generator 82 to which is connected a solenoid 84 extending around the blade 12, close to the heel end 12b, in order to heat in particular the first contact zone 21 and the second contact zone 23. The heating device 80 heats the blade 12 to a temperature corresponding to the operating temperature of the blade 12, in the low pressure turbine 7, namely of the order of 400 to 500 degrees Celsius .

Le dispositif de refroidissement 85 est disposé à proximité de l’extrémité de pied 12a de l’aube 12, afin de protéger d’une température très élevée l’électronique du dispositif de test 90 et en particulier le dispositif de mesure de couple 70.The cooling device 85 is arranged close to the root end 12a of the blade 12, in order to protect the electronics of the test device 90 and in particular the torque measuring device 70 from a very high temperature.

Afin de déterminer si un matériau est satisfaisant pour la première zone de contact 21 et la deuxième zone de contact 23, on exerce un couple de torsion 38 entre l’extrémité de pied 12a et l’extrémité de talon 12b, par exemple du fait du positionnement du dispositif de maintien de pied 30 par rapport au dispositif de maintien de talon 40 en rotation autour de l’axe de pivotement 45. On mesure ce couple de torsion 38 avec le dispositif de mesure de couple 70.In order to determine whether a material is satisfactory for the first contact zone 21 and the second contact zone 23, a torque 38 is exerted between the end of the foot 12a and the end of the heel 12b, for example due to the positioning of the foot holding device 30 relative to the heel holding device 40 in rotation around the pivot axis 45. This torque 38 is measured with the torque measuring device 70.

Puis, on fait vibrer l’aube 12 suivant la direction d’excitation Z et on mesure les déplacements de l’aube 12 suivant la direction de mesure en des points choisis selon la direction longitudinale X, tel qu’indiqué supra.Then, the vane 12 is made to vibrate along the excitation direction Z and the displacements of the vane 12 are measured along the measurement direction at selected points along the longitudinal direction X, as indicated above.

On effectue successivement des tests de frottements avec différents matériaux et on qualifie les différents matériaux en fonction des déplacements mesurés avec ces différents matériaux, sachant que plus les déplacements mesurés sont faibles, meilleur est considéré le matériau.Friction tests are successively carried out with different materials and the different materials are qualified according to the displacements measured with these different materials, knowing that the lower the measured displacements, the better the material is considered.

Claims (10)

Dispositif de test de frottement pour tester le frottement entre aubes (12) de turbomachine (1) d’aéronef comprenant :
un bâti (29) comportant un dispositif de maintien de pied (30) et un dispositif de maintien de talon (40), le dispositif de maintien de pied (30) et le dispositif de maintien de talon (40) étant distants l’un de l’autre suivant une direction d’allongement (X), le dispositif de maintien de pied (30) étant configuré pour maintenir un pied (14) disposé à une extrémité de pied (12a) de l’aube (12) et le dispositif de maintien de talon étant configuré pour maintenir un talon disposé à une extrémité de talon (12b) de l’aube (12), le dispositif de maintien de talon (40) comprend un premier élément (42) présentant une première surface d’appui (41) et un deuxième élément (44) présentant une deuxième surface d’appui (43), le premier élément (42) simulant le contact de l’aube (12) avec une première aube adjacente (12’) et le deuxième élément (44) simulant le contact de l’aube (12) avec une deuxième aube adjacente (12’’), la première surface d’appui (41) étant mobile par rapport à la deuxième surface d’appui (43) entre une position de contrainte dans laquelle le dispositif de maintien de talon (40) est configuré pour maintenir l’extrémité de pied (12a) et une position rétractée dans laquelle le dispositif de maintien de talon (40) libère l’extrémité de talon (12b) de l’aube (12),
un dispositif d’excitation (50) configuré pour faire vibrer l’aube suivant une direction d’excitation (Z),
un dispositif de mesure de déplacement (60) pour relever les déplacements de l’aube (12) suivant une direction de mesure.Friction test device for testing the friction between blades (12) of an aircraft turbomachine (1) comprising:
a frame (29) including a foot holder (30) and a heel holder (40), the foot holder (30) and the heel holder (40) being spaced apart on the other along a direction of elongation (X), the root holding device (30) being configured to hold a root (14) disposed at a root end (12a) of the blade (12) and the A bead holder being configured to hold a bead disposed at a bead end (12b) of the vane (12), the bead holder (40) includes a first member (42) having a first surface of support (41) and a second element (44) having a second support surface (43), the first element (42) simulating the contact of the blade (12) with a first adjacent blade (12') and the second element (44) simulating the contact of the blade (12) with a second adjacent blade (12''), the first bearing surface (41) being movable with respect to the second surface support ace (43) between a constrained position in which the heel retention device (40) is configured to hold the end of the foot (12a) and a retracted position in which the heel retention device (40) frees the heel end (12b) from the blade (12),
an excitation device (50) configured to cause the blade to vibrate in an excitation direction (Z),
a displacement measuring device (60) for recording the displacements of the blade (12) along a measuring direction. Dispositif de test de frottement selon la revendication précédente dans lequel le premier élément (42) du dispositif de maintien (40) et le deuxième élément (44) du dispositif de maintien (40) sont mobiles en rotation l’un par rapport à l’autre autour d’un d’axe de pivotement (45) s’étendant suivant la direction d’allongement (X) entre la position de contrainte et la position rétractée.Friction test device according to the preceding claim, in which the first element (42) of the holding device (40) and the second element (44) of the holding device (40) are rotatable relative to each other. another around a pivot axis (45) extending along the direction of elongation (X) between the constrained position and the retracted position. Dispositif de test de frottement selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel :
le dispositif de test est configuré pour exercer un couple de torsion (38) entre l’extrémité de pied (12a) et l’extrémité de talon (12b) de l’aube (12) dans la position de contrainte, et
le dispositif de test de frottement (90) comprend en outre un dispositif de mesure de couple (70) pour mesurer un couple de torsion s’exerçant entre le dispositif de maintien de pied (30) et le dispositif de maintien de talon (40) à travers l’aube (12).Friction test device according to any one of the preceding claims, in which:
the testing device is configured to exert a torque (38) between the root end (12a) and the heel end (12b) of the blade (12) in the constrained position, and
the friction testing device (90) further comprises a torque measuring device (70) for measuring a twisting torque between the foot holder (30) and the heel holder (40) through dawn (12). Dispositif de test de frottement selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif de test de frottement (90) comprend en outre un dispositif de chauffage (80) disposé à proximité du dispositif de maintien de talon (40).A friction test device according to any preceding claim wherein the friction test device (90) further comprises a heater (80) disposed proximate the bead holder (40). Dispositif de test de frottement selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif d’excitation (50) comprend une partie fixe (52), une partie mobile (54) et un actionneur (56), le bâti (29) étant porté par ladite partie mobile (54) du dispositif d’excitation (50) et l’actionneur (56) étant configuré pour déplacer en translation de manière alternative (faire vibrer) la partie mobile (54) par rapport à la partie fixe (52) suivant la direction d’excitation (Z).Friction test device according to any one of the preceding claims, in which the excitation device (50) comprises a fixed part (52), a movable part (54) and an actuator (56), the frame (29) being carried by said movable part (54) of the excitation device (50) and the actuator (56) being configured to alternately translate in translation (vibrate) the movable part (54) with respect to the fixed part (52 ) along the excitation direction (Z). Ensemble de test de frottement (100) comprenant un dispositif de test de frottement (90) selon l’une quelconque des revendications précédentes et une aube (12), l’aube (12) présentant une extrémité de pied (12a) maintenue sur le bâti (29) par le dispositif de maintien de pied (30) et une extrémité de talon (12b) maintenue par le dispositif de maintien de talon (40), l’aube (12) comprenant un talon (22) à l’extrémité de talon (12b), le talon (22) comprenant une première zone de contact (21) et une deuxième zone de contact (23), la première zone de contact (21) étant au contact de la première surface d’appui (41) du dispositif de maintien de talon (40) et la deuxième zone de contact (23) étant au contact de la deuxième surface d’appui (43) du dispositif de maintien de talon (40).A friction test assembly (100) comprising a friction test device (90) according to any preceding claim and a vane (12), the vane (12) having a root end (12a) held on the frame (29) by the foot holder (30) and a heel end (12b) held by the heel holder (40), the vane (12) including a heel (22) at the end heel (12b), the heel (22) comprising a first contact zone (21) and a second contact zone (23), the first contact zone (21) being in contact with the first bearing surface (41 ) of the heel holding device (40) and the second contact zone (23) being in contact with the second bearing surface (43) of the heel holding device (40). Ensemble de test de frottement selon la revendication précédente dans lequel :
la première zone de contact (21), la deuxième zone de contact (23),
la première surface d’appui (41) et la deuxième surface d’appui (43) sont toutes réalisées dans un matériau de contact identique.Friction test assembly according to the preceding claim, in which:
the first contact zone (21), the second contact zone (23),
the first bearing surface (41) and the second bearing surface (43) are all made of an identical contact material. Ensemble de test de frottement selon la revendication précédente dans lequel le talon (22) est essentiellement réalisé dans un matériau principal différent du matériau de contact.Friction test assembly according to the preceding claim, in which the heel (22) is essentially made of a main material different from the contact material. Procédé de test de frottement d’une aube (12) de turbomachine (1) d’aéronef comprenant l’utilisation de l’ensemble de test de frottement (100) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8 dans lequel :
- on fait vibrer l’aube (12) suivant la direction d’excitation (Z),
- on mesure les déplacements de l’aube (12) suivant la direction de mesure (Y).Method for testing the friction of a blade (12) of an aircraft turbomachine (1) comprising the use of the friction test assembly (100) according to any one of claims 6 to 8 in which:
- the vane (12) is vibrated in the direction of excitation (Z),
- the displacements of the blade (12) are measured in the direction of measurement (Y). Procédé de test selon la revendication précédente dans lequel on exerce un couple de torsion (38) entre l’extrémité de pied (12a) et l’extrémité de talon (12b) de l’aube (12), en même temps qu’on mesure les déplacements de l’aube (12) suivant la direction de mesure (Y).Test method according to the preceding claim, in which a torque (38) is exerted between the root end (12a) and the heel end (12b) of the blade (12), at the same time as measures the displacements of the blade (12) along the measurement direction (Y).
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