FR3129623A1 - Procede de fabrication d’une aube composite pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

Procede de fabrication d’une aube composite pour une turbomachine d’aeronef Download PDF

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Abstract

Procédé de fabrication d’une aube (10) en matériau composite pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant les étapes consistant à : - réaliser une première préforme (26) d’un longeron (24), par tissage de fibres en trois dimensions, - réaliser une seconde préforme (16) d’une pale (12), par tissage de fibres en trois dimensions, - loger une première partie de la première préforme (26) dans un évidement (12c) de la seconde préforme (16), - positionner un bouclier métallique (22) sur un bord de la seconde préforme (16), et - réaliser une unique étape de cuisson simultanée dans un moule des première et seconde préformes (16, 26) en vue de former simultanément la pale (12) et le longeron (24), et de fixer le bouclier (22) à la pale (12). Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UNE AUBE COMPOSITE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
L’état de la technique comprend notamment les documents FR-A1-3 029 134 et FR-A1-3 051 386.
L’utilisation de matériaux composites est avantageuse dans l’industrie aéronautique notamment car ces matériaux ont des performances mécaniques intéressantes pour des masses relativement faibles.
Un procédé de fabrication d’une pièce composite pour l’industrie aéronautique, qui est bien connu de l’homme du métier, est le procédé de moulage RTM dont les initiales font référence à l’acronyme anglo-saxon deResin Transfer Molding.
Il s’agit d’un procédé de réalisation d’une pièce en matériau composite à base de fibres imprégnées de résine. Un tel procédé est par exemple utilisé pour fabriquer une aube de soufflante et comporte plusieurs étapes successives.
On commence par réaliser le tissage de fibres pour obtenir une ébauche de préforme en trois dimensions, puis on découpe l’ébauche pour obtenir une préforme présentant sensiblement la forme de l’aube à obtenir. Cette préforme est alors disposée dans un moule d'injection, qui est refermé. Puis on injecte de la résine à l'état liquide en maintenant une pression sur la résine injectée pendant que l’on effectue la polymérisation de la pièce par chauffage.
Les résines utilisées sont des résines très fluides qui sont à même de bien pénétrer les fibres de la préforme, même lorsqu'elles sont injectées sous une pression réduite. Pendant la polymérisation, sous l'effet de la chaleur, la résine injectée passe successivement de l'état liquide à l'état gélifié et enfin à l'état solide.
Pour la fabrication d’une aube, par exemple de soufflante de turbomachine, une préforme est réalisée par tissage puis est imprégnée avec la résine afin de former une pale. Cette pale comporte un intrados et un extrados qui s’étendent depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite de la pale.
Le matériau composite de la pale est relativement fragile, et en particulier sensible aux chocs et à l’érosion, et il est connu de le protéger au moyen d’un bouclier métallique qui est rapporté et fixé sur le bord d’attaque de la pale.
Le bouclier peut être fixé à la pale de deux façons. Une première façon consiste à coller le bouclier sur la pale, après polymérisation de la résine. La colle se présente alors sous forme de pâte.
Une autre façon consiste à fixer le bouclier par co-moulage ou co-cuisson avec la préforme fibreuse. La préforme est disposée dans le moule et le bouclier est positionné sur le bord de la préforme destiné à former le bord d’attaque de la pale. La résine injectée imprègne la préforme et vient au contact du bouclier pour assurer sa solidarisation à la pale après polymérisation et durcissement.
Une aube comporte un pied en vue de sa fixation sur un élément de la turbomachine, tel qu’un rotor. Le pied peut être formé par une partie de la préforme formant la pale. C’est notamment le cas lorsque le pied a une forme en queue d’aronde et est destiné à être engagé dans une alvéole de forme complémentaire de l’élément de la turbomachine.
En variante, le pied de l’aube peut être formé par une partie d’un longeron dont une autre partie est logée dans la pale. Le longeron est une pièce de forme allongée qui est réalisée indépendamment de la préforme de la pale et qui s’étend sur une partie de la longueur de celle-ci. La partie du longeron qui s’étend à l’extérieur de la pale est destinée à former le pied de la pale ou à recevoir le pied de la pale. Cette technologie autorise des formes variées pour le pied de pale et permet notamment de réaliser des formes adaptées au calage angulaire de l’aube en fonctionnement.
Le longeron peut être réalisé en alliage métallique. En variante, il est réalisé par une préforme obtenue par tissage de fibres en trois dimensions. Dans ce dernier cas, après réalisation de la préforme du longeron, celle-ci est imprégnée de résine et cuite en vue de sa rigidification. Le longeron est usiné pour corriger sa forme et ses dimensions puis il est logé dans un évidement de la préforme de la pale. L’ensemble est disposé dans un moule dans lequel de la résine est injectée et cuite pour imprégner la préforme de la pale et assurer la solidarisation de la pale et du longeron. Le bouclier est ensuite collé sur le bord d’attaque de la pale s’il n’a pas été co-moulé avec la pale.
On comprend donc que la fabrication d’une aube à partir de préformes tissées d’un longeron et d’une pale est longue et complexe, car elle comprend notamment deux étapes successives de cuisson. Par ailleurs, seule la résine de la préforme de la pale assure la liaison avec le longeron. En cas de mauvaise qualité d’injection, il pourrait y avoir un défaut d’adhérence et de liaison de la pale au longeron, ce qui se traduirait par la mise au rebut de la pièce obtenue.
La présente invention propose un perfectionnement qui permet de simplifier la fabrication de ce type d’aube, ce perfectionnement étant simple, efficace et économique.
L’invention propose un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, cette aube comportant une pale comportant un intrados et un extrados qui s’étendent depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite de la pale, l’aube comportant en outre un bouclier métallique s’étendant le long du bord d’attaque de la pale ainsi qu’un longeron dont une première partie est logée dans la pale et dont une seconde partie forme un pied de l’aube, le procédé comprenant les étapes consistant à :
  1. réaliser une première préforme du longeron, par tissage de fibres en trois dimensions, cette première préforme étant destinée à être noyée dans de la résine polymérisable par cuisson,
  2. réaliser une seconde préforme de la pale, par tissage de fibres en trois dimensions, cette seconde préforme étant destinée à être noyée dans de la résine polymérisable par cuisson,
  3. positionner le bouclier métallique,
caractérisé en ce que :
après les étapes a) et b) et avant cuisson, la première préforme a une première partie qui est logée dans un évidement de la seconde préforme, et le bouclier métallique est positionné à l’étape c) sur un bord de la seconde préforme,
et en ce que le procédé comprend en outre, après l’étape c), une unique étape d) de cuisson simultanée dans un moule des première et seconde préformes en vue de former simultanément la pale et le longeron, et de fixer le bouclier à la pale.
L’invention propose ainsi de cuire simultanément la résine de la préforme du longeron et la résine de la préforme de la pale. Une seule étape de cuisson est donc nécessaire dans le procédé selon l’invention, contre deux dans la technique antérieure. Cela est particulièrement avantageux car cela évite les étapes longues et complexes de la technique antérieure entre la cuisson de la préforme du longeron et la cuisson de la préforme de la pale (usinage, contrôle, montage, etc.). Il est en effet plus facile de monter la préforme du longeron dans l’évidement de la préforme de la pale, que de monter le longeron solidifié dans la préforme de la pale.
Par ailleurs, l’invention est particulièrement avantageuse car elle autorise la réalisation d’une liaison mécanique entre les préformes, avant la cuisson. Cette liaison mécanique peut être réalisée par couture par exemple, des fibres étant utilisées pour coudre et relier ensemble les préformes du longeron et de la pale.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- l’aube comprend en outre une mousse intercalée entre la première partie du longeron et la pale, cette mousse étant positionnée sur la première partie de la première préforme et logée avec cette dernière dans l’évidement de la seconde préforme,
- la mousse est formée d’un seul bloc ou de plusieurs blocs,
- les blocs de mousse sont assemblés les uns aux autres par un système de fixation à coopération de formes,
- la première partie de la première préforme a une forme complémentaire de la mousse et est configurée pour assurer un détrompage lors du positionnement de la mousse sur cette première partie,
- la mousse a une forme complémentaire de l’évidement de la seconde préforme et est configurée pour assurer un détrompage lors du logement de la mousse et de la première préforme dans cet évidement,
- le détrompage est assuré par une variation d’épaisseur de la mousse.
- lors de l’étape d), une résine polymérisable est injectée dans le moule afin d’imprégner les première et seconde préformes, voire la mousse,
- la mousse comprend des canaux intégrés de circulation de la résine lors de l’injection,
- les première et seconde préformes sont réalisées à partir de fibres pré-imprégnées de résine polymérisable ; dans ce cas, l’étape d’injection de résine dans le moule n’est pas forcément nécessaire,
- après les étapes a) et b) et le logement de la première préforme dans l’évidement de la seconde préforme, les préformes sont liées mécaniquement entre elles, de préférence par couture,
-- la résine est une résine époxy,
-- les fibres sont des fibres de carbone.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue schématique d’une aube de turbomachine et des différentes pièces qui la composent,
la est un schéma bloc montrant des étapes d’un procédé de fabrication d’une aube telle que celle représentée à la , selon la technique antérieure à la présente invention,
la est un schéma bloc montrant des étapes d’un procédé de fabrication d’une aube telle que celle représentée à la , selon la présente invention,
la est une vue schématique en perspective d’une mousse pour la fabrication d’une aube de turbomachine, et montre la circulation de résine lors d’une étape d’injection du procédé,
la est une vue schématique en perspective d’un longeron et d’une mousse en cours d’assemblage lors d’une étape du procédé,
la est une vue schématique en perspective d’un longeron et d’une mousse, selon une variante de réalisation de l’invention, et
la est une vue schématique en perspective d’un longeron et d’une mousse, selon une autre variante de réalisation de l’invention,

Claims (11)

  1. Procédé de fabrication d’une aube (10) en matériau composite pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, cette aube comportant une pale (12) comportant un intrados (18) et un extrados (20) qui s’étendent depuis un bord d’attaque (12a) jusqu’à un bord de fuite (12b) de la pale, l’aube comportant en outre un bouclier métallique (22) s’étendant le long du bord d’attaque (12a) de la pale (12) ainsi qu’un longeron (24) dont une première partie (24b) est logée dans la pale (12) et dont une seconde partie (24a) forme un pied de l’aube, le procédé comprenant les étapes consistant à :
    1. réaliser une première préforme (26) du longeron (24), par tissage de fibres en trois dimensions, cette première préforme (26) étant destinée à être noyée dans de la résine polymérisable par cuisson,
    2. réaliser une seconde préforme (16) de la pale (12), par tissage de fibres en trois dimensions, cette seconde préforme étant destinée à être noyée dans de la résine polymérisable par cuisson,
    3. positionner le bouclier métallique (22),
    caractérisé en ce que :
    après les étapes a) et b) et avant cuisson, la première préforme (26) a une première partie qui est logée dans un évidement (12c) de la seconde préforme (16), et le bouclier métallique (22) est positionné à l’étape c) sur un bord de la seconde préforme (16),
    et en ce que le procédé comprend en outre, après l’étape c), une unique étape d) de cuisson simultanée dans un moule des première et seconde préformes (16, 26) en vue de former simultanément la pale (12) et le longeron (24), et de fixer le bouclier (22) à la pale (12).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’aube (10) comprend en outre une mousse (28) intercalée entre la première partie (24b) du longeron (24) et la pale (12), cette mousse (28) étant positionnée sur la première partie de la première préforme (26) et logée avec cette dernière dans l’évidement (12c) de la seconde préforme (16).
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la mousse (28) est formée d’un seul bloc ou de plusieurs blocs.
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les blocs de mousse (28) sont assemblés les uns aux autres par un système de fixation (30) à coopération de formes.
  5. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel la première partie de la première préforme (26) a une forme complémentaire de la mousse (28) et est configurée pour assurer un détrompage lors du positionnement de la mousse sur cette première partie.
  6. Procédé selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel la mousse (28) a une forme complémentaire de l’évidement (12c) de la seconde préforme (16) et est configurée pour assurer un détrompage lors du logement de la mousse et de la première préforme dans cet évidement.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le détrompage est assuré par une variation d’épaisseur de la mousse (28).
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l’étape d), une résine polymérisable est injectée dans le moule afin d’imprégner les première et seconde préformes (16, 26).
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la mousse (28) comprend des canaux (32) intégrés de circulation de la résine lors de l’injection.
  10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les première et seconde préformes (16, 26) sont réalisées à partir de fibres pré-imprégnées de résine polymérisable.
  11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, après les étapes a) et b) et le logement de la première préforme (26) dans l’évidement (12c) de la seconde préforme (16), les préformes (16, 26) sont liées mécaniquement entre elles, de préférence par couture.
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