FR3132862A1 - Procede de fabrication d’un carter de turbomachine et moule de fabrication mise en œuvre dans un tel procede - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine comportant une enveloppe annulaire (30) et au moins une cartouche annulaire (4) qui est disposée à l’intérieur de l’enveloppe (30), le procédé comprend les étapes suivantes :a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse (40) dans une première empreinte annulaire (90) d’un moule (9), cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former une cartouche (4),b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse (300) dans une seconde empreinte annulaire (91) du moule (9), sur et autour de ladite première préforme (40), cette seconde préforme comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe (30),c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses (40, 300) de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde la résines polymériques, etd) démouler le carter (3) ainsi obtenu. Figure pour l'abrégé : Fig. 7b
Description
La présente invention concerne le domaine des carters de turbomachine, en particulier d’aéronef. La présente invention concerne particulièrement la fabrication d’un carter pour une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un moule de fabrication pour la mise en œuvre de ce procédé.
De façon classique, une turbomachine, en particulier d’aéronef, comprend d’amont en aval (c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz), une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines et une tuyère d’éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines.
La illustre schématiquement et partiellement une soufflante 1 d’une turbomachine 10. La soufflante 1 comprend une roue à aubes 2 qui est entourée par un carter 3 de soufflante, encore appelé carter de rétention du fait de sa fonction de rétention des aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d’entrée de débris dans la soufflante.
Comme cela est visible sur la , le carter de soufflante 3 comprend typiquement une enveloppe annulaire 30 d’axe de révolution A qui s’étend autour des aubes 2 de soufflante de la turbomachine. Le carter 3 comprend une bride annulaire de fixation 31, 32 à chacune des extrémités axiales de l’enveloppe annulaire 30. Ces brides 31,32 sont utilisées pour fixer le carter 3 à des parois annulaires d’une nacelle de la turbomachine 10.
En référence à la , le carter de soufflante 3 est lié d’une part à une manche d’entrée d’air 6a, et d’autre part, à une virole de carter intermédiaire 6b de la turbomachine. Il porte également des panneaux acoustiques amont 7 (aussi appelée OPB pour « One Piece Barrel », ce qui signifie « fût en une pièce) situés en amont des aubes de la soufflante, un panneau médian 4 situé en regard des aubes de soufflante et des panneaux acoustiques aval 8 situés en aval des aubes de la soufflante. Le panneau médian 4 (ou désigné par cartouche ci-après) supporte une couche annulaire 5 de matière abradable contre laquelle les extrémités radialement externes des aubes sont destinées à frotter en fonctionnement. Le panneau médian est appelé « cartouche abradable » 4 ou « cartouche annulaire » 4 dans la suite de la demande. La cartouche abradable 4 peut comprend un corps annulaire soit en continu soit d’un ou plusieurs secteurs. La cartouche abradable 4 peut être pleine ou présentant une structure en nid d’abeille. Cette cartouche abradable 4 est destinée à être fixée par collage sur la surface interne 34 de l’enveloppe 30.
En plus de la fonction de rétention, le carter de soufflante 3 est également conçu pour :
- assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d’entrée d’air 6a et la virole de carter intermédiaire 6b ;
- permettre la fixation des panneaux d’une veine aérodynamique délimitée par la cartouche abradable 4, la zone des panneaux acoustiques amont 7 et la zone des panneaux acoustiques aval 8 assurant ainsi une continuité de la veine aérodynamique ;
- permettre la fixation d’équipements et de supports connus en soi ;
- tenir les spécifications de règlementation au feu et aux fuites ;
- permettre la continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc.
- assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d’entrée d’air 6a et la virole de carter intermédiaire 6b ;
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- permettre la fixation d’équipements et de supports connus en soi ;
- tenir les spécifications de règlementation au feu et aux fuites ;
- permettre la continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc.
L’enveloppe annulaire 30 et la cartouche abradable 4 sont deux pièces distinctes du carter 3, et sont par conséquent réalisées par des techniques différentes, dans des différents outillages et par différents opérateurs.
Il est connu de fabriquer l’enveloppe 30 du carter 3 en matériau composite à partir de fibres tissées et noyées dans une résine polymérique. Le procédé de fabrication peut être du type moulage par injection de résine « RTM » (acronyme anglais de «Resin Transfert Molding») ou une injection flexible (connue sous le terme anglophone « Polyflex ») qui sont des procédés de fabrication par moulage liquide « LCM » (acronyme anglais de «Liquid composite molding»).
De manière classique, les fibres sont tissées en trois dimensions et forment une préforme fibreuse qui est insérée dans une cavité d’un premier moule entre deux demi-coquilles, avant injection de la résine. La polymérisation de la résine est réalisée en maintenant fermées les deux demi-coquilles. Selon la cadence de production souhaitée, la polymérisation est réalisée à température ambiante ou par chauffage. L'utilisation d'un tel procédé est particulièrement avantageuse car il permet de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique, tout en présentant une résistance mécanique au moins équivalente sinon supérieure.
La ou les cartouches abradable 4 sont quant à elles réalisées dans un second moule spécifique et distinct du premier moule. Enfin, les cartouches abradable 4 (généralement au nombre de cinq) sont usinées à façon, puis elles sont collées autour de la surface annulaire interne 34 de l’enveloppe 30. La couche annulaire 5 de matière abradable peut être déposée directement sur la cartouche abradable 4, et étalée manuellement. Puis la couche annulaire 5 de matière abradable est usinée après polymérisation de cette couche 5.
Cette méthode actuelle de fabrication du carter 3 présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, la fabrication de l’enveloppe annulaire 30 et de la cartouche abradable 4, qui sont des pièces de grandes dimensions, dans des moules différents amènent des tolérances géométriques non compatibles à leur montage. L’enveloppe 30 réalisée doit être mesurée, puis la cartouche abradable 4 doit être usinée à façon, afin d’assurer un jeu minime pour assurer un bon accostage des deux pièces lors de leurs assemblage. Cependant, des erreurs d’usinage peuvent se produire en production et amènent à rebuter la cartouche abradable viable pour incompatibilité de montage. S’ajoute à cela, une épaisseur de colle optimale (environ de 300µm +/- 100µm) pour assurer un collage correct de la ou des cartouches abradable sur l’enveloppe annulaire.
Cette opération de collage peut être aussi difficile à mettre en place et générer un surcoût :
- la ou les cartouches abradable doivent être usinées en fonction des dimensions de l’enveloppe sur laquelle elles vont être collées, nécessitant une étape de prise de cote et un usinage individuelle de chaque cartouche abradable,
- la mise en place de la ou des cartouches abradable nécessite un outillage spécifique et supplémentaire de maintien de ces derniers sur l’enveloppe;
- une grande quantité de consommables peut être nécessaire pour le collage, tels qu’une colle, bâche à vide, tissus techniques absorbant (par exemple molleton, tissus d’arrachage, démoulant, etc.),
- le cycle de cuisson permettant la polymérisation de la colle nécessite l’utilisation d’un autoclave,
- la mise en œuvre de ces différentes étapes nécessite donc plusieurs dizaines d’heures, plusieurs opérateurs et une logistique lourde de production.
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- le cycle de cuisson permettant la polymérisation de la colle nécessite l’utilisation d’un autoclave,
- la mise en œuvre de ces différentes étapes nécessite donc plusieurs dizaines d’heures, plusieurs opérateurs et une logistique lourde de production.
Il existe par conséquent un besoin pour simplifier et améliorer la réalisation d’un carter de turbomachine, tout en conservant les fonctionnalités du carter.
La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients précités en proposant une solution qui est simple, efficace et économique.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’un carter de turbomachine, en particulier d’aéronef, ce carter comportant une enveloppe annulaire s’étendant autour d’un axe A et au moins une cartouche annulaire qui est disposée à l’intérieur de l’enveloppe annulaire et qui recouvre une surface annulaire interne d’un tronçon intermédiaire de l’enveloppe, ladite enveloppe et ladite au moins une cartouche annulaire étant réalisées dans des matériaux composites comportant des fibres tissées et noyées dans des résines polymériques.
Selon l’invention, le procédé comporte les étapes consistant à :
a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse dans une première empreinte annulaire d’un moule, cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former la cartouche annulaire,
b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse dans une seconde empreinte annulaire du moule, sur et autour de ladite première préforme, cette seconde préforme comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe annulaire,
c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde résines polymériques, et
d) démouler le carter ainsi obtenu.
a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse dans une première empreinte annulaire d’un moule, cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former la cartouche annulaire,
b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse dans une seconde empreinte annulaire du moule, sur et autour de ladite première préforme, cette seconde préforme comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe annulaire,
c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde résines polymériques, et
d) démouler le carter ainsi obtenu.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En effet, le procédé selon l’invention combine en un seul outillage la réalisation de l’enveloppe annulaire du carter et de la cartouche abradable sous forme d’un corps annulaire continu. Les différentes cartouches abradable de l’art antérieur sont donc formées en un anneau unique qui est directement réalisé sur l’enveloppe annulaire du carter. Pour cela, le moule présente deux empreintes annulaires spécifiques dans lesquelles sont réalisées distinctement la cartouche annulaire d’abradable et l’enveloppe annulaire du carter.
En outre, le procédé selon l’invention offre les avantages suivants :
- supprimer les étapes d’usinage et de collage des cartouches abradable sur le carter,
- faciliter le démoulage de la cartouche annulaire abradable et l’enveloppe annulaire formant le carter,
- réduire ou supprimer les consommables (tels qu’une bâche à vide et tissus techniques) utilisés pour le collage des cartouches abradable sur le carter,
- réduire ou supprimer la manutention et le transport des cartouches abradable et du carter fabriqués individuellement,
- réduire de manière générale l’utilisation de plusieurs outillages, le nombre d’étapes et d’opérateurs pour produire un carter de turbomachine, et
- limiter le coût de fabrication en une unique pièce par rapport à celui de la production individuelle des cartouches abradable et du carter et leur assemblage.
- supprimer les étapes d’usinage et de collage des cartouches abradable sur le carter,
- faciliter le démoulage de la cartouche annulaire abradable et l’enveloppe annulaire formant le carter,
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- réduire de manière générale l’utilisation de plusieurs outillages, le nombre d’étapes et d’opérateurs pour produire un carter de turbomachine, et
- limiter le coût de fabrication en une unique pièce par rapport à celui de la production individuelle des cartouches abradable et du carter et leur assemblage.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres :
-- à l’étape a) ladite première résine est injectée dans ladite première préforme ou ladite première préforme est préalablement imprégnée (pré-imprégnée) avec ladite première résine ; et/ou à l’étape b), ladite seconde résine est injectée dans ladite seconde préforme ou ladite seconde préforme est préalablement imprégnée avec ladite première résine,
-- ladite première préforme est pré-imprégnée de la première résine à l’étape a), et la seconde résine est injectée dans la seconde préforme à l’étape b),
-- la première et la seconde préformes sont chacune obtenue par un tissage tridimensionnel 3D ou par un drapage et/ou par un enroulement de plusieurs couches/plis,
-- la compaction et le chauffage de la première préforme de l’étape c) sont réalisées avant la compaction et le chauffage de la seconde préforme,
-- la compaction et le chauffage de la première préforme et de la seconde préforme sont réalisées de façon simultanée,
- le moule a une forme générale cylindrique autour d’un axe B et comporte deux parties annulaires configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires comportant :
- une première paroi cylindrique comportant un premier diamètre et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte,
- une seconde paroi cylindrique qui comporte un second diamètre inférieur au premier diamètre et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte,
- une première paroi cylindrique comportant un premier diamètre et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte,
- une seconde paroi cylindrique qui comporte un second diamètre inférieur au premier diamètre et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte,
- ladite seconde paroi de chacune de ces parties annulaires s’étend entre la première paroi et une bride annulaire de fixation à la bride annulaire de l’autre des parties annulaires,
- ladite première paroi de chacune de ces parties annulaires s’étend entre la seconde paroi et un rebord annulaire radialement externe configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter,
- le carter comprenant en outre une couche annulaire réalisée dans un matériau abradable, le procédé comprend une étape de montage de la couche annulaire sur la cartouche annulaire du carter obtenu à l’étape d),
- la cartouche annulaire comprend un matériau alvéolaire et dans lequel la première préforme annulaire fibreuse comprend au moins un film d’étanchéité, par exemple à base de fibres de carbone, enveloppant la cartouche annulaire,
- avant l’étape b), le procédé comprend, une étape e) de compaction et/ou de chauffage de ladite première préforme,
- le procédé comprend en outre, avant l’étape b), une étape f) d’ajout d’au moins un pli de colle entre lesdites première et seconde préformes fibreuses,
- les première et seconde résines polymériques sont identiques, et sont par exemple un époxyde,
- les première et seconde résines polymérique sont différentes, et sont par exemple choisies parmi un époxyde, un bismaléimide ou un polyester,
-- à l’étape e), une bâche enveloppe le moule contenant la première préforme annulaire fibreuse et la bâche est reliée à un appareil de mise sous vide pour compacter ladite première préforme.
L’invention concerne aussi un moule de fabrication d’un carter de turbomachine, ledit moule étant configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des particularités de l’invention. Selon l’invention, le moule a une forme générale cylindrique d’un axe B et comporte deux parties annulaires configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires comportant :
- une première paroi cylindrique comportant un premier diamètre et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte,
- une seconde paroi cylindrique qui comporte un second diamètre inférieur au premier diamètre et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte.
- une première paroi cylindrique comportant un premier diamètre et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte,
- une seconde paroi cylindrique qui comporte un second diamètre inférieur au premier diamètre et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte.
La seconde paroi de chacune de ces parties annulaires peut s’étendre entre la première paroi et une bride annulaire de fixation à la bride annulaire de l’autre des parties annulaires.
La première paroi de chacune de ces parties annulaires peut s’étendre entre la seconde paroi et un rebord annulaire radialement externe configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter.
L’invention concerne également un carter en matériau composite pour une turbomachine, notamment d’aéronef, réalisé par un procédé de fabrication selon l’invention.
La présente invention concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un carter en matériau composite selon l’invention.
La turbomachine peut être un turboréacteur, turbopropulseur ou turbomoteur d’aéronef.
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 représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle d’une soufflante d’une turbomachine d’aéronef,
la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un carter de soufflante,
la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle d’un carter de soufflante,
la est une représentation schématique d’une vue de en perspective d’un outillage de fabrication selon l’invention désassemblé,
la est une représentation schématique d’une vue en perspective de l’outillage de la assemblé,
la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle de l’outillage de la ,
la est un organigramme représentant des étapes d’un procédé de fabrication d’un carter en matériau composite selon l’invention,
la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’une étape de réalisation de la première préforme fibreuse dans l’outillage de la ,
la est une représentation schématique d’une vue en coupe et partielle de la dans laquelle la première préforme est compactée,
la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’une étape de réalisation de la seconde préforme fibreuse du procédé de la ,
la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle de la dans laquelle la seconde préforme est compactée, et
la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’une étape de démoulage du carter formé.
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.
Par convention, dans la description ci-après, les termes « longitudinal » et « axial » qualifient l'orientation d'éléments structurels s'étendant selon la direction d’un axe longitudinal. Cet axe longitudinal correspond sensiblement à un axe de rotation d’une turbomachine. Les termes « radial » ou « vertical » qualifient une orientation d'éléments structurels s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal. Les termes « intérieur » et « extérieur », et « interne » et « externe » sont utilisés en référence à un positionnement par rapport à l’axe longitudinal. Ainsi, un élément structurel s'étendant selon l'axe longitudinal comporte une face intérieure tournée vers l'axe longitudinal et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure. Les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans la turbomachine.
Les figures 1 à 3 représentent un carter 3 d’une soufflante 1 pour une turbomachine 10 d’aéronef, par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur, tel que décrit ci-dessous dans l’arrière-plan technique de la présente demande.
Dans la description qui suit, l’invention est appliquée en référence à un carter de soufflante 3, par exemple analogue au carter représenté sur les figures 1 à 3. L’invention n’est toutefois pas limitée à ce type de carter et peut être appliquée à d’autres carters d’une turbomachine.
Ce carter 3 auquel le procédé de l’invention est appliqué, comprend un corps de forme générale annulaire s’étendant autour d’un axe A. L’axe A est sensiblement parallèle à l’axe de rotation de la turbomachine. Le corps annulaire du carter 3 comprend une enveloppe annulaire 30 s’étendant autour de l’axe A, et au moins une cartouche annulaire 4 disposée à l’intérieur de l’enveloppe 30. L’enveloppe annulaire 30 se compose d’un premier tronçon annulaire 30a, un second tronçon annulaire 30c et un tronçon annulaire intermédiaire 30b. La cartouche annulaire 4 recouvre une surface annulaire interne 34 du tronçon intermédiaire 30b. Cette cartouche 4 peut être configurée pour supporter une couche (ou revêtement) annulaire 5 de matériau abradable. Cette couche 5 est prévue pour s’user de manière contrôler en fonctionnement.
Avantageusement, la couche annulaire 5 est réalisée en résine époxy qui peut être chargée des microbilles creuses de verre.
La cartouche annulaire 4 peut être pleine ou peut présenter une structure alvéolaire, telle qu’en nid d’abeille. Cette cartouche 4 est notamment intercalée entre la couche 5 et la surface interne 34 du tronçon intermédiaire 30b.
L’enveloppe 30 et la cartouche 4 sont réalisées dans un matériau composite comportant des fibres tissés et noyées dans des résines polymériques.
Dans l’exemple représenté sur la , le carter 3 comprend une bride annulaire de fixation, respectivement amont 31 et aval 32, s’étendant radialement vers l’extérieur à chacune des extrémités axiales de son corps annulaire. Des panneaux acoustiques amont 7 et aval 8 fixés, respectivement, sur le premier tronçon 30a et le second tronçon 30c. La cartouche 4 est donc positionnée sur le tronçon intermédiaire 30b entre les premier 30a et second 30c tronçons.
L’une des particularités de l’invention réside dans le fait que la cartouche annulaire 4 du carter 3 est réalisée sous forme d’un unique corps annulaire continu, c’est-à-dire que la cartouche 4 est une pièce s’étendant sur 360 degrés à l’issue de la fabrication de celle-ci.
Afin d’améliorer la réalisation du carter 3, l’invention propose un moule de fabrication 9 spécifique qui permet de réaliser simultanément l’enveloppe annulaire 30, la cartouche annulaire 4.
Les figures 4a, 4b et 4c illustrent un mode de réalisation du moule 9 qui présente une forme générale cylindrique autour d’un axe B. Cet axe B est correspond sensiblement à l’axe A du carter 3. Le moule 9 comprend un premier 9a et un second 9b parties annulaires.
Chacune des première 9a et seconde 9b parties comprend une première paroi cylindrique 93a, 93b présentant un premier diamètre D93et une seconde paroi cylindrique 94a, 94a présentant un second diamètre D94. Le premier diamètre D93est supérieur au second diamètre D94.
La première partie 9a s’étend d’amont en aval entre un premier rebord annulaire externe 92a présentant un troisième diamètre D92et une première bride annulaire de fixation 95a présentant un quatrième diamètre D95. La seconde partie 9b s’étend d’amont en aval entre une seconde bride annulaire de fixation 95b ayant le quatrième diamètre D95et un second rebord annulaire externe 92b ayant le troisième diamètre D92. Le troisième diamètre D92est supérieur au quatrième diamètre D95.
Chacune des premières parois 93a, 93b s’étend donc entre la bride 92a, 92b et la seconde paroi 94a, 94b. Chacune des secondes parois 94a, 94b s’étend entre la première paroi 93a, 93b et le rebord externe 95a, 95b.
Chacun des premier et second rebords 92a, 92b s’étend radialement vers l’extérieur (par rapport à l’axe B) à partir d’une extrémité axiale de la première paroi 93a, 93b correspondante. Le troisième diamètre D92est supérieur au premier diamètre D93. Chacune des première et seconde brides 95a, 95b s’étend radialement vers l’intérieure (par rapport à l’axe B) à partir d’une extrémité axiale de la seconde paroi 94a, 94b correspondante. Le quatrième diamètre D95est inférieur au deuxième diamètre D94. Les diamètres D92, D93, D94, D95sont mesurés radialement par rapport à l’axe B.
Les brides 95a, 95b peuvent présenter chacune des orifices de fixation répartis régulièrement autour de l’axe B.
En référence aux figures 4b et 4c, les première 9a et seconde 9b parties sont fixées coaxialement l’une à l’autre en assemblant les première et seconde brides 95a, 95b entre elles par des fixations (tels que des boulons).
Un mastic d’étanchéité (non illustré sur les figures) peut être déposé sur les faces en contact des première et seconde brides 95a, 95b, afin d’assurer une étanchéité optimale notamment lors d’une opération de mise sous vide du moule 9.
Les premières parois 93a, 93b assemblées sont configurées pour former une seconde empreinte annulaire 91 du moule 9. La seconde empreinte 91 présente donc le premier diamètre D93des premières parois 93a, 93b.
Les secondes parois 94a, 94b assemblées sont configurées pour former une première empreinte annulaire 90 du moule 9. La première empreinte 90 présente le second diamètre D94des secondes parois 94a, 94b. La première empreinte 90 présente une première longueur L90inférieure à une seconde longueur L91de la seconde empreinte 91. Les longueurs L90, L91sont mesurées axialement par rapport à l’axe B. En référence à la , la seconde longueur L91est au moins deux fois supérieure à la première longueur L90.
La première empreinte 90 est destinée à réaliser la cartouche annulaire 4 du carter 3. La seconde empreinte 91 est destinée à former l’enveloppe annulaire 30 du carter 3. Les premier et second rebords externes 92a, 92b sont destinés à former, respectivement, la bride amont 31 et la bride aval 32 sur les extrémités axiales du carter 3.
Par ailleurs, un angle de dépouille peut être requis dans au moins une des première et seconde empreintes 90, 91 afin de faciliter le démoulage du carter 3 à réaliser.
Le moule 9 peut être réalisé en acier, en composite ou en aluminium.
La présente demande décrit maintenant un procédé de fabrication du carter 3 en références aux figures 5 à 8.
Les étapes du procédé de fabrication de l’invention sont résumées sur la .
Une fois les première et seconde parties 9a, 9b du moule 9 assemblées (figures 4b et 4c) et conformément à l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes de :
a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse 40 dans la première empreinte annulaire 90 du moule 9, cette première préforme 40 comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique,
b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse 300 dans la seconde empreinte annulaire 91 du moule 9, cette seconde préforme 300 comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique,
c) compacter et chauffer les première et seconde préformes fibreuses 40, 300 de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde résines polymériques, et
d) démouler le carter 3 ainsi obtenu.
Les première et seconde résines polymériques peuvent être identiques ou différentes. Une résine à base d’époxyde est choisie dans le cas où les première et seconde résines sont identiques. Lorsque les première et seconde résines sont différentes, les températures de chauffage des résines doivent être compatibles. Ceci est requis notamment pour la première résine qui peut être amenée à être chauffer suivant deux cycles de fabrication. A titre d’exemple, les première et seconde résines sont choisies parmi un époxyde, un bismaléimide ou un polyester.
Les figures 6a et 6b illustrent l’étape a), dans laquelle la première préforme 40 peut être obtenue par tissage tridimensionnel 3D ou peut être obtenue par un drapage et/ou un enroulement de plusieurs couches/plis (multicouches).
Le tissage 3D peut être obtenu au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches superposées de plusieurs centaines de fils chacune (non représentés sur les figures), les fils de chaînes étant liés par des fils de trame. De manière générale, les fils de chaîne sont disposés perpendiculairement aux fils de trame. En particulier, le tissage 3D est un tissage à armure « interlock ». Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d’une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l’armure.
La première résine polymérique peut être injectée dans la première préforme fibreuse 40 dite « sèche » ou bien la première préforme fibreuse 40 peut être préalablement imprégnée de la première résine (également désignée par le terme « pré-imprégnée »). A titre d’exemple, la première préforme 40 est réalisée à base de fibres de verre et/ou de fibres de carbone. Cette première préforme 40 est destinée à former la cartouche annulaire 4 du carter 3.
Les figures 7a et 7b illustrent l’étape b), dans laquelle la seconde préforme 300 peut être obtenue par tissage 3D ou peut être obtenue par un drapage et superposition de plusieurs couches/plis.
La seconde résine polymérique peut être injectée dans la seconde préforme fibreuse 300 dite « sèche » ou bien la seconde préforme fibreuse 300 peut être préalablement imprégnée de la seconde résine.
A titre d’exemple, la seconde préforme 300 est réalisée à base de fibres de verre ou de fibres de carbone. Cette seconde préforme 300 est destinée à former l’enveloppe annulaire 30 du carter 3.
Avantageusement, le carter 3 est réalisé à partir de la première préforme 40 dont les fibres sont pré-imprégnées de la première résine, et de la seconde préforme 300 dont les fibres sont imprégnées de la seconde résine après une étape d’une injection de la seconde résine dans la seconde préforme 300.
Avant l’étape b), le procédé peut comprendre une étape e) de compaction de la première préforme 40. La illustre la compaction ou compression de la première préformer 40 par une flèche F.
L’étape e) de compaction de la première préforme 40 peut être réalisée par une bâche (non-illustré sur les figures). La bâche enveloppe le moule 9 contenant la première préforme 40 et cette bâche est connectée à un appareil de mise sous vide pour compacter la première préforme 40. Si la mise sous vide (par exemple à une pression de -0,1MPa) est insuffisante, l’ensemble (bâche et moule contenant la première préforme 40) peut être placé dans un autoclave afin d’exercer une pression de compactage supplémentaire tout en maintenant le vide. Un premier cycle de polymérisation (à savoir de la première résine) correspondant à la réalisation de la cartouche annulaire 4 peut être réalisée concomitamment avec le compactage de la première préforme 40.
Avant l’étape b) ou après l’étape e), le procédé peut comprendre une étape f) d’ajout d’au moins un pli de colle entre les première et seconde préformes 40, 300 (non-illustré sur les figures). En particulier, le pli de colle est déposé sur la première préforme 40. Le pli de colle permet d’améliorer l’adhérence de la seconde préforme 300 sur la première préforme 40.
L’étape a) peut être réalisée manuellement en superposant les plis de la première préforme 40 dans la première empreinte 90.
De manière alternative, les plis de la première préforme 40 peuvent être enroulées dans la première empreinte 90.
La première préforme 40 peut comprendre au moins un film d’étanchéité.. En particulier, le fil d’étanchéité enveloppe la cartouche 4. Ce film d’étanchéité (non illustré sur les figures) est donc intercalé entre la cartouche 4 et la couche externe de la seconde préforme 300. Ce film d’étanchéité permet notamment que la seconde résine ne rentre pas dans les cellules alvéolaires de la cartouche 4 lors de l’étape c) et/ou e). A titre d’exemple, le film d’étanchéité est à base de fibres de carbone.
A l’étape d), les première et seconde parties 9a et 9b du moule 9 peuvent être séparées, notamment par déboulonnage ( ). Le carter 3 démoulé correspond à la pièce finale, notamment sans la couche annulaire 5 de matière abradable sur l’exemple de la .
Le procédé peut comprendre une étape de montage de la couche annulaire 5 de matière abradable sur la cartouche annulaire 4 obtenue à l’étape d).
D’une manière générale, le carter 3 peut être réalisé par tous types de procédé de matériau composite par injection ou imprégnation et polymérisation d’une résine dans une texture fibreuse, et en particulier par les procédés par moulage liquide LCM. Parmi les procédés LCM, on citera notamment les procédés RTM et Polyflex.
Pour le procédé RTM, celui-ci peut être mis en œuvre avec le moule 9 de l’invention et tel que décrit ci-avant, l’injection de la seconde résine polymérique à l’étape b) est réalisée au moyen d’un gradient de pression créé entre un port d’injection de la résine et le ou les ports de sortie (par exemple par tirage du vide au niveau du ou des ports de sortie et/ou par l’utilisation d’une pompe ou d’un piston) afin de « pousser la résine » dans la cavité de moulage (à savoir dans la seconde empreinte 91) via le port d’injection. Le moule 9 peut être chauffé localement (par exemple par des parois du moule chauffantes) ou par un dispositif externe (par exemple un autoclave) afin d’initier la polymérisation de la seconde résine à l’étape e) et/ou l’étape d).
Pour le procédé Polyflex, celui-ci peut également être mis en œuvre avec le moule 9 de l’invention, une membrane externe flexible est fixée sur le moule 9 de façon à recouvrir les première et seconde empreintes 90, 91. La déformation de cette membrane flexible est toutefois limitée. La membrane flexible gonfle et se soulève lorsque la première résine et/ou la seconde résine polymérique est injectée sous pression dans la cavité du moule 9, de façon à créer un espace préférentiel pour l’imprégnation de la première résine dans la première préformer et/ou de la seconde résine dans la seconde préforme 300. Un fluide de compaction est ensuite injectée sur la membrane flexible pour compacter la première préforme 40 et/ou la seconde préforme 300. La pression du fluide de compaction est maintenue tout au long du cycle de chauffage pour polymériser la première résine et/ou la seconde résine.
Claims (12)
- Procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine, en particulier d’aéronef, ce carter (3) comportant une enveloppe annulaire (30) s’étendant autour d’un axe (A) et au moins une cartouche annulaire (4) qui est disposée à l’intérieur de l’enveloppe annulaire (30) et qui recouvre une surface annulaire interne (34) d’un tronçon intermédiaire (30b) de l’enveloppe (30), ladite enveloppe (30) et ladite au moins une cartouche annulaire (4) étant réalisées dans des matériaux composites comportant des fibres tissées et noyées dans des résines polymériques,
le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse (40) dans une première empreinte annulaire (90) d’un moule (9), cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former la cartouche annulaire (4),
b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse (300) dans une seconde empreinte annulaire (91) du moule (9), sur et autour de ladite première préforme (40), cette seconde préforme (300) comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe annulaire (30),
c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses (40, 300) de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde résines polymériques, et
d) démouler le carter (3) ainsi obtenu. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (9) a une forme générale cylindrique autour d’un axe (B) et comporte deux parties annulaires (9a, 9b) configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) comportant :
- une première paroi cylindrique (93a, 93b) comportant un premier diamètre (D93) et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte (91),
- une seconde paroi cylindrique (94a, 94b) qui comporte un second diamètre (D94) inférieur au premier diamètre (D93) et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte (90). - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite seconde paroi (94a, 94b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la première paroi (93a, 93b) et une bride annulaire de fixation (95a, 95b) à la bride annulaire (95a, 95b) de l’autre des parties annulaires (9a, 9b).
- Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite première paroi (93a, 93b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la seconde paroi (94a, 94b) et un rebord annulaire radialement externe (92a, 92b) configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le carter (3) comprenant en outre une couche annulaire (5) réalisée dans un matériau abradable, le procédé comprend, une étape de montage i) de la couche annulaire (5) sur la cartouche annulaire (4) du carter (3) formée à l’étape d).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cartouche annulaire (4) comprend un matériau alvéolaire, et dans lequel la première préforme (40) comprend au moins un film d’étanchéité, par exemple à base de fibres de carbone, enveloppant la cartouche annulaire (4).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, avant l’étape b), le procédé comprend une étape e) de compaction et/ou de chauffage de ladite première préforme (40).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce le procédé comprend en outre, avant l’étape b), une étape f) d’ajout d’au moins un pli de colle entre lesdites première et seconde préformes fibreuses (40, 300).
- Procédé selon la revendication l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et seconde résines polymériques sont identiques et sont par exemple un époxyde, ou différentes et sont par exemple choisies parmi un époxyde, un bismaléimide ou un polyester.
- Moule (9) de fabrication d’un carter (3) de turbomachine, ledit moule (9) étant configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule (9) a une forme générale cylindrique d’un axe (B) et comporte deux parties annulaires (9a, 9b) configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) comportant :
- une première paroi cylindrique (93a, 93b) comportant un premier diamètre (D93) et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte (91),
- une seconde paroi cylindrique (94a, 94b) qui comporte un second diamètre (D94) inférieur au premier diamètre (D93) et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte (90). - Moule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite seconde paroi (94a, 94b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la première paroi (93a, 93b) et une bride annulaire de fixation (95a, 95b) à la bride annulaire (95a, 95b) de l’autre des parties annulaires (9a, 9b).
- Moule selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ladite première paroi (93a, 93b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la seconde paroi (94a, 94b) et un rebord annulaire radialement externe (92a, 92b) configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter.
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| FR3132862B1 (fr) | 2024-02-16 |
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