FR3134138A1 - Pièce composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une pièce (10), notamment pour une turbomachine (100) d’aéronef, comportant :- un corps (40) creux délimitant une cavité interne en matériau composite réalisé à base de fibres noyées dans une résine, la cavité interne étant remplie d’un matériau de remplissage (43),- un capteur de fissuration (50) apte à détecter une fissuration de la pièce (10) entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, et comprenant un fil conducteur (51) agencé dans le matériau composite et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone (Z1) de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillée, et- un élément de liaison (60) relié au capteur de fissuration et configuré pour transmettre un signal (S) lorsqu’une fissuration est détectée en mesurant la résistance du fil et la comparant à un seuil prédéterminé. Figure pour l'abrégé : Figure 3
Description
La présente invention concerne une pièce composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle pièce composite.
De manière connue, une turbomachine s’étendant selon un axe de turbomachine permet de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine et circulant d’amont en aval. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à l’axe de turbomachine orienté d’amont en aval. De même, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis selon une direction radiale définie par rapport à l’axe de la turbomachine.
Par ailleurs, la turbomachine comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine pour entraîner en rotation le compresseur. La turbomachine comporte, en amont, une soufflante permettant d’accélérer le flux d’air de l’amont vers l’aval dans la turbomachine et comprenant des aubes s’étendant généralement dans un même plan transversal à l’axe de turbomachine.
Les aubes peuvent être creuses afin de minimiser leur masse. Toutefois, afin de ne pas laisser un vide dans lequel des éléments solides (poussières) ou liquide (eau) peuvent s’installer, il est connu de remplir la pièce par un matériau de remplissage léger, mais non structural, également appelé mousse.
Dans le cas des aubes en matériau composite (CMO), le matériau de remplissage est déposé après fabrication de la préforme en CMO. Cependant, le matériau composite et le matériau de remplissage ont des propriétés mécaniques différentes. Ainsi, à l‘usage c’est-à-dire soumis à des contraintes thermiques et mécaniques, il peut y avoir une décohésion, fissuration ou délaminage entre les deux matériaux. Une telle décohésion, fissuration ou délaminage peut également avoir lieu après démoulage de l’aube à cause de la dilatation thermique différente des deux matériaux.
Un tel délaminage peut sanctionner la pièce comme non opérable puisque des modes vibratoires de peau peuvent modifier le profil aérodynamique de l’aube et avoir un effet majeur sur le rendement du moteur. Par conséquent, il est important de pouvoir détecter un délaminage ou la formation d’une fissure entre les deux matériaux. Ceci est réalisé par des méthodes conventionnelles non destructives, telles que l’observation visuelle, par mesure acoustique (contrôle ultrasonore) ou par tomographie à rayon X. Toutefois, l’observation visuelle est limitée aux défauts détectables à l’œil à la surface de la pièce.
Ces méthodes conventionnelles ont l’inconvénient d’être longues à mettre en œuvre, pouvant notamment nécessiter plusieurs heures d’intervention pour une seule pièce. En outre, ces méthodes peuvent nécessiter de recourir à des appareils spécifiques et/ou sont difficiles à mettre en œuvre lorsque la pièce est montée sur le moteur.
Également, la mise en place de telles méthodes est réalisée de façon périodique, définie au moment de la conception de la pièce, ou après un événement, en particulier lorsque l’on soupçonne la pièce d’avoir été impactée, notamment lors d’une inspection d’une aube suite à l’ingestion d’un FOD, acronyme anglais pour «Foreign Object Debris», désignant tout type de substance, de débris ou d’élément, mécanique ou non, totalement étranger à un aéronef mais pouvant lui causer des dommages. Cette inspection spécifique demande alors de démonter la pièce et de l’envoyer dans un centre agrée pour la réalisation de cette inspection, entrainant une non-disponibilité du moteur pendant l’inspection.
L’invention a pour objectif de proposer une solution permettant de remédier à au moins certains de ces inconvénients.
L’invention concerne une pièce, notamment pour une turbomachine d’aéronef, comportant un corps creux délimitant une cavité interne, le corps étant en matériau composite réalisé à base de fibres et noyées dans une résine et la cavité interne étant remplie d’un matériau de remplissage, la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comporte en outre :
- au moins un capteur de fissuration apte à détecter une fissuration de la pièce entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, le capteur de fissuration comprenant au moins un fil conducteur agencé dans le matériau composite du corps et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillé, et
- au moins un élément de liaison relié au capteur de fissuration et configuré pour transmettre un signal, en particulier à un organe extérieur à la pièce, lorsqu’une fissuration de la pièce est détectée, l’élément de liaison étant relié à des extrémités du fil conducteur et étant configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur et pour transmettre sans fil le signal, lorsque la résistance du fil conducteur mesurée est supérieure à un seuil prédéterminé.
- au moins un capteur de fissuration apte à détecter une fissuration de la pièce entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, le capteur de fissuration comprenant au moins un fil conducteur agencé dans le matériau composite du corps et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillé, et
- au moins un élément de liaison relié au capteur de fissuration et configuré pour transmettre un signal, en particulier à un organe extérieur à la pièce, lorsqu’une fissuration de la pièce est détectée, l’élément de liaison étant relié à des extrémités du fil conducteur et étant configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur et pour transmettre sans fil le signal, lorsque la résistance du fil conducteur mesurée est supérieure à un seuil prédéterminé.
Ainsi, l’invention propose une pièce notamment en matériau composite dans laquelle sont intégrés un premier élément sensible, le capteur de fissuration, permettant de détecter la fissuration interne du composite, et un second élément, l’élément de liaison, connecté au premier élément et permettant ainsi de transférer l’information de la mesure par un moyen sans fil à un élément externe.
Le fil conducteur de l’invention s’étendant entre les matériaux composites et de remplissage le long de toute la zone de la pièce dans laquelle on cherche à savoir s’il y a une fissuration, il permet de détecter la présence d’un tel délaminage ou fissuration sur un endroit quelconque de la pièce et l’élément de liaison permet de transmettre cette information.
L’invention permet ainsi de pouvoir statuer sur l’opérabilité de la pièce par un moyen in-situ comprenant notamment le capteur de fissuration et l’élément de liaison. Par ailleurs, ce moyen est non destructif et ne nécessite pas de démonter la pièce. En outre, ce moyen a un impact sur la masse sur la pièce très réduit.
D’autre part, l’élément de liaison permettant de mesurer la résistance du fil conducteur et de transmettre cette mesure à un organe extérieur à la pièce, est un moyen sans fil, permettant de faciliter la détection d’une formation d’une fissure et/ou d’un délaminage, notamment sur des pièces mobiles, telles que des aubes. Grâce notamment à la technologie RFID, on peut se passer des raccordements de fils et bénéficier d’une solution ayant un impact sur la masse très faible.
De plus, l’intégration du capteur de fissuration et de l’élément de liaison au cœur de la pièce à l’interface entre les deux matériaux est réalisée de façon à ne pas modifier le nombre d’étapes de fabrication de la pièce.
Le capteur de fissuration et l’élément de liaison sont localisés dans la pièce afin que les contraintes du procédé de fabrication soient les moins contraignantes possible et que leurs présences ne modifient pas le comportement que l’on souhaite caractériser.
La pièce selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres selon toute combinaison techniquement possible :
- le fil conducteur forme au moins une boucle en C et/ou en U selon une direction sensiblement parallèle à un interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ;
- le fil conducteur forme au moins un maillage de boucles en C et/ou en U s’étendant entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ;
- le fil conducteur présente une ondulation selon une direction sensiblement normale à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ;
- l’ondulation du fil conducteur comporte plusieurs alternances d’une courbe concave dans l’un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage et d’une courbe convexe dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage ;
- les alternances de courbes concaves et convexes forment un maillage régulier dans un plan sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, deux courbes concaves consécutives étant séparées d’au moins 10 mm et deux courbes convexes consécutives étant séparées d’au moins 10 mm ;
- l’ondulation présente une amplitude dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une amplitude dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm ;
l’ondulation présente une longueur de fil conducteur dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une longueur de fil conducteur dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm ;
- les fibres sont en carbone et le fil conducteur est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine ;
- le fil conducteur a un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm ;
- le fil conducteur est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages ;
- l’élément de liaison comprend une étiquette RFID, notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz ;
- l’élément de liaison est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur.
- le fil conducteur forme au moins une boucle en C et/ou en U selon une direction sensiblement parallèle à un interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ;
- le fil conducteur forme au moins un maillage de boucles en C et/ou en U s’étendant entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ;
- le fil conducteur présente une ondulation selon une direction sensiblement normale à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ;
- l’ondulation du fil conducteur comporte plusieurs alternances d’une courbe concave dans l’un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage et d’une courbe convexe dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage ;
- les alternances de courbes concaves et convexes forment un maillage régulier dans un plan sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, deux courbes concaves consécutives étant séparées d’au moins 10 mm et deux courbes convexes consécutives étant séparées d’au moins 10 mm ;
- l’ondulation présente une amplitude dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une amplitude dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm ;
l’ondulation présente une longueur de fil conducteur dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une longueur de fil conducteur dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm ;
- les fibres sont en carbone et le fil conducteur est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine ;
- le fil conducteur a un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm ;
- le fil conducteur est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages ;
- l’élément de liaison comprend une étiquette RFID, notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz ;
- l’élément de liaison est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant une pièce telle que décrite précédemment. Spécifiquement, la pièce étant une aube de soufflante et/ou un aubage fixe notamment du type OGV selon l’acronyme de l’expression anglaise « Outlet Guide Vane », la turbomachine comprend un carter de soufflante entourant l’aube de soufflante et portant un dispositif de lecture, tel qu’un lecteur RFID.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce telle que décrite précédemment, le procédé comprenant :
a) une étape d’insertion consistant à insérer le fil conducteur partiellement dans un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage de sorte qu’au moins une portion libre de fil conducteur dépasse librement du matériau, le fil conducteur s’étendant le long de la zone dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée,
b) une étape d’intégration de l’élément de liaison consistant à intégrer l’élément de liaison dans le matériau dans lequel est intégré le fil conducteur, et à le relier au fil conducteur de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur, et
c) une étape d’intégration du fil conducteur consistant à intégrer le fil conducteur dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage, et à injecter une résine dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule, de façon à réaliser la pièce et à solidifier l’ensemble.
a) une étape d’insertion consistant à insérer le fil conducteur partiellement dans un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage de sorte qu’au moins une portion libre de fil conducteur dépasse librement du matériau, le fil conducteur s’étendant le long de la zone dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée,
b) une étape d’intégration de l’élément de liaison consistant à intégrer l’élément de liaison dans le matériau dans lequel est intégré le fil conducteur, et à le relier au fil conducteur de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur, et
c) une étape d’intégration du fil conducteur consistant à intégrer le fil conducteur dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage, et à injecter une résine dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule, de façon à réaliser la pièce et à solidifier l’ensemble.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres selon toute combinaison techniquement possible :
- le fil conducteur est inséré dans le matériau de remplissage au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de juxtaposition d’une préforme en matériau composite sur le matériau de remplissage du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur ;
- le fil conducteur est inséré dans une préforme en matériau composite au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de dépôt du matériau de remplissage sur la préforme en matériau composite du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur ;
- le fil conducteur est tissé avec les fibres de la préforme au cours de l’étape d’insertion.
- le fil conducteur est inséré dans le matériau de remplissage au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de juxtaposition d’une préforme en matériau composite sur le matériau de remplissage du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur ;
- le fil conducteur est inséré dans une préforme en matériau composite au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de dépôt du matériau de remplissage sur la préforme en matériau composite du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur ;
- le fil conducteur est tissé avec les fibres de la préforme au cours de l’étape d’insertion.
L’invention concerne également un procédé de détection d’une fissure et/ou d’un délaminage d’une pièce telle que décrite ci-dessus ou obtenue par le procédé tel que décrit ci-dessus. Spécifiquement, la pièce est une aube de soufflante et/ou un aubage fixe notamment du type OGV entourée par un carter de soufflante qui porte un dispositif de lecture dudit élément de liaison. Le procédé comprend une étape de réception par un dispositif de lecture des données de fissuration de la pièce mesurées par le capteur de fissuration intégré dans la pièce et transmises sans fil par l’élément de liaison intégré dans la pièce.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation, donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées et présentés en tant qu’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- les figures 9a, 9b, 9c sont des représentations schématiques du principe de détection de la formation d’une fissure et/ou d’un délaminage sur une pièce selon l’invention ;
- la
- les
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.
Comme représentée sur la qui est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine 100 d’un aéronef, l’invention est propre à une pièce 10 au moins partiellement en matériau composite, notamment pour la turbomachine 100.
La pièce 10 peut, par exemple, être une aube 1, en particulier une aube 1 d’une soufflante 110 de la turbomachine 100. La turbomachine 100 comprend notamment un carter 5 de la soufflante 110 entourant les aubes 1 de la soufflante 110.
L’invention s’applique également à des aubes directrices de flux de sortie du type OGV selon l’acronyme de l’expression anglaise « Outlet Guide Vane »). Un OGV est un aubage fixe dont la fonction consiste à redresser le flux à la sortie d’une aube de soufflante dans le flux secondaire d’une turbomachine. Les OGV forment des rangées d'aubes fixes qui permettent de guider le flux traversant la turbomachine, selon une vitesse et un angle appropriés.
Dans la suite de la description, la pièce 10 est une aube 1, en particulier une aube 1 d’une soufflante 110 de la turbomachine 100.
La turbomachine 100 s’étend selon un axe de turbomachine X et permet de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine 100 et circulant d’amont en aval.
De manière connue, la turbomachine 100 comprend au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion et au moins une turbine (ces éléments étant non représentés), pour entraîner en rotation le rotor du compresseur.
La turbomachine 100 comporte en amont la soufflante 110 permettant d’accélérer le flux d’air de l’amont vers l’aval dans la turbomachine 100. La soufflante 110 comprend un disque 111, solidaire en rotation d’un arbre du compresseur, comprenant des logements, répartis à la périphérie du disque 111, dans lesquels sont respectivement montées les aubes 1 par insertion axiale selon l’axe de turbomachine X d’amont vers l’aval.
Les aubes 1 s’étendent généralement dans un même plan transversal à l’axe X de turbomachine 100. Dans l’exemple de réalisation présenté, la turbomachine 100 comporte un cône 112 qui est monté en amont du disque 111.
La pièce 10 est creuse. Ainsi, elle comporte un corps 40 creux délimitant une cavité interne 42.
Le corps 40 est réalisé dans un matériau composite comportant des fibres 41 noyées dans une résine, par exemple une résine organique ou polymérique.
Certaines des fibres 41 sont conductrices de l’électricité (également appelées fibres électro-conductrices) et d’autres fibres 41 sont non conductrices de l’électricité (également appelées fibres non électro-conductrices). La résine n’est pas conductrice de l’électricité. Les fibres électro-conductrices sont de préférence des fibres métalliques et/ou des fibres de carbone. Les fibres non électro-conductrices sont de préférence des fibres de verre et/ou des fibres thermoplastiques (aramide, polyéthylène, polyester, etc.).
Les fibres 41 sont tissées entre elles de manière à former au moins une préforme, par exemple et de préférence tissées en trois dimensions, destinée à être noyée dans la résine. La résine est, dans cet exemple, thermodurcissable mais elle pourrait être de nature différente. Il peut s’agir d’une résine époxy ou bismaléimide.
La cavité interne 42 est remplie d’un matériau de remplissage, également appelé mousse 43. Ce matériau de remplissage 43 ne requiert aucune performance structurale. Toutefois, il a une faible densité et est capable de résister aux contraintes environnementales de la pièce 10, notamment d’une aube 1, à savoir des contraintes thermiques, mécaniques, une résistance aux fluides, champignons… De préférence, la matériau de remplissage a une densité comprise entre 0,08 et 0,7, de manière encore privilégiée sensiblement égale à 0,2. Par exemple, le matériau de remplissage est du Rohacell HERO 110 (Marque déposée).
Le corps 40 en matériau composite et la mousse 43 sont séparés par un interface 44, c’est-à-dire la surface de séparation, qui s’étend selon une première direction notée X et une deuxième direction notée Y. La direction notée Z est normale à l’interface 44 et est donc perpendiculaire aux première et deuxième direction Y.
On se reporte dorénavant aux figures 2 à 4 qui sont des représentations schématiques d’une pièce 10 selon l’invention comportant un capteur de fissuration 50 et un élément de liaison 60. La est une vue en perspective d’une telle pièce, tandis que la est une vue en coupe dans un plan perpendiculaire à un interface 44 entre le corps 40 en matériau composite et la mousse 43 et la est une vue de dessus de la pièce, c’est-à-dire dans un plan parallèle à interface 44 entre le corps 40 en matériau composite et la mousse 43. L’invention est propre à la pièce 10 creuse, telle que l’aube 1, comportant un corps creux 40 en matériau composite réalisé à base des fibres 41 tissées et noyées dans la résine et une mousse 43 remplissant la cavité interne 42 délimitée par le corps creux 40.
Tel qu’indiqué ci-avant, la pièce 10 comporte également au moins le capteur de fissuration 50 destiné à détecter une fissuration ou un délaminage de la pièce 10 à l’interface 44 entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43 et l’élément de liaison 60 relié au capteur de fissuration et/ou de délaminage 50 et configuré pour mesurer une résistance et transmettre un signal S, notamment à un organe extérieur (non représenté) à la pièce 10, lorsqu’une fissuration ou un délaminage de la pièce 10 au niveau de l’interface 44 est détectée.
Le capteur de fissuration 50 comprend au moins un fil conducteur 51 s’étendant le long d’une zone Z1 de la pièce 10 dont une apparition d’un délaminage ou d’une fissuration est à surveiller, c’est-à-dire où une fissuration ou un délaminage entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43 peut se produire et doit par conséquent être détecté. Selon la présente invention, le capteur de fissuration 50 est un élément sensible permettant de détecter une telle fissuration ou délaminage à l’intérieur de la pièce 10 au niveau de l’interface 44 entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43. En effet, il est possible de déterminer la valeur d’une élongation du fil conducteur 51 en mesurant l’évolution d’une résistance du fil conducteur 51. En outre, la déformation du fil conducteur 51 étant proportionnelle au délaminage/fissuration de la pièce 10, il sera possible de déduire la fissuration et/ou le délaminage de la pièce 10 à partir de la déformation du fil conducteur 51.
Le capteur de fissuration 50 est intégré à l’intérieur de la pièce 10 à la fois dans le corps 40 en matériau composite et dans la mousse 43.
Le capteur de fissuration 50 peut comporter plusieurs fils conducteurs, chacun relié à un élément de liaison distinct et intégré dans des zones différentes dans lesquelles la présence d’une fissuration ou d’un délaminage doit être surveillé.
Selon le mode de réalisation représenté, le fil conducteur 51 est intégré principalement dans la mousse 43 de manière à ce qu’il présente au moins une portion libre 52 qui dépasse de la mousse 43 en direction du corps 40 en matériau composite. Ces portions libres 52 sont intégrées dans le corps 40 en matériau composite et noyées dans la résine.
Selon un mode de réalisation non représenté, le fil conducteur 51 est intégré principalement dans le corps 40 en matériau composite de manière à ce qu’il présente au moins une portion libre qui dépasse du corps 40 en matériau composite en direction de la mousse 43. Les portions libres de fil conducteur sont alors intégrées/noyées dans la mousse 43. Dans ce cas, le fil conducteur 51 peut être avantageusement tissé avec les fibres 41 du corps 40, notamment avec les fibres de la préforme destinée à former le corps.
Selon un exemple plus spécifique, les fibres 41 du matériau composite sont notamment en carbone et le fil conducteur 51 est entouré, par exemple, par une gaine isolante (non représentée) permettant d’éviter que la valeur résistive du fil conducteur 51 ne soit court-circuitée par d’autres éléments conducteurs présent dans la pièce 10, tel que par exemple un renfort de la préforme, notamment des fibres 41 en carbone.
Avantageusement, la tension de mesure étant faible, la résistance d’isolement entre le fil et le composite est faible (moins de 50V), donc l’épaisseur de la gaine isolante peut être faible mais doit résister à l’usure lors de son passage dans une machine à tisser permettant de fabriquer la pièce 10. Le matériau de l’isolant utilisé pour la gaine isolante peut notamment être un isolant polymère compatible avec le matériau de la préforme, de préférence réalisée dans un isolant polymère compatible de la résine, idéalement de la même famille que la résine, par exemple une gaine isolante en époxy lorsque la résine présente une base époxy.
Le fil conducteur 51 peut présenter, en particulier, un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm. Un tel diamètre permet d’être assez grand pour résister à la tension du fil conducteur 51 et d’être assez petit pour être compatible des métiers à tisser permettant de fabriquer la pièce 10 dans le cas où le fil conducteur est tissé avec la préforme formant le corps 40.
Le fil conducteur 51 est réalisé dans un matériau conducteur électrique dont la résistance électrique est connue. Le matériau est choisi, notamment, parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel, et leurs alliages.
Le fil conducteur 51 est, par exemple, réalisé en constantan, qui est un alliage ayant une résistance électrique fortement indépendante de la température, permettant d’obtenir une valeur plus précise qu’avec les autres types de matériau. De plus, il n’est ainsi pas nécessaire de compenser l’erreur par une augmentation potentielle de la température.
Particulièrement, le fil conducteur 51 forme, par exemple, une ou plusieurs boucles en C et/ou en U selon une direction sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43. Dans l’exemple illustré sur les figures 2 et 4, le fil conducteur 51 forme deux boucles selon la direction X.
En outre, le fil conducteur 51 forme au moins un maillage de boucles en C et/ou en U s’étendant entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43. Ainsi, le fil conducteur 51 fait un ou plusieurs allers-retours entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43 tel qu’illustré sur la . Ainsi, le fil conducteur 51 présente une ondulation 53 selon la direction Z sensiblement normale à l’interface 44 entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43, c’est-à-dire une forme sinueuse formée d’une ou plusieurs alternances de courbes concaves 54 dans un des matériau, ici la mousse 43, et de courbes convexes 55 dans l’autre matériau, ici le matériau composite du corps 40.
De préférence, les alternances de courbes concaves 54 et convexes 55 forment un maillage régulier dans un plan sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage tel qu’illustré sur la . L’exemple de maillage illustré sur la est régulier et homogène sur toute la zone Z1 où la présence d’un délaminage doit être surveillé. Ainsi, dans cet exemple, les portions libres 52 de fil conducteur 51 formant les courbes convexes 55 dans le matériau composite du corps 40 sont régulièrement espacées selon la première direction X et selon la deuxième direction Y. Deux courbes concaves 54 consécutives sont séparées d’une distance d1 d’au moins 10 mm selon la première direction X et deux courbes convexes consécutives sont séparées d’une distance d2 d’au moins 10 mm que ce soit selon la première direction X. De même, les deux bras d’une boucle en C ou en U dans le plan XY sont séparés d’une distance d3 d’au moins 10 mm selon la deuxième direction Y.
La illustre une représentation schématique d’un autre exemple de maillage dans lequel le fil conducteur 51 s’étend sur la périphérie ou le pourtour de la zone Z1 où la présence d’un délaminage doit être surveillé.
De plus, l’ondulation 53 présente une amplitude, notée a, dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une amplitude dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm, l’amplitude étant la distance maximale d’un point du fil conducteur par rapport à l’interface selon la troisième direction Z.
En outre, l’ondulation 53 présente une longueur de fil conducteur 51 dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une longueur de fil conducteur 51 dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm.
Ces caractéristiques permettent d’assurer que la portion libre 52 du fil conducteur par rapport à un premier matériau, ici la mousse, sera bien « intégrée » dans un second matériau, ici le matériau composite du corps 40 au cours de la fabrication de la pièce comme détaillé par la suite.
Comme indiqué précdemment, l’élément de liaison 60 est configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur 51. Selon un mode de realisation, l’élément de liaison 60 comprend une étiquette RFID 62 pour la transmission sans fil d’un signal S, notamment la transmission de l’information de l’évolution de la résistance du fil conducteur 51, en particulier lorsque la résistance du fil conducteur 51 est supérieure à un seuil prédéterminé.
L’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, comprend notamment pour cela une antenne 42 et un ou plusieurs composants électroniques 44. L’acronyme anglais « RFID », ou « Radio Frequency IDentification », désigne un support du type radio-identification. Une étiquette RFID passive selon la technologie RFID, l’étiquette RFID étant alimentée par le lecteur RFID qui communique avec elle et qui lui apporte par induction radio son énergie pour fonctionner est connue de l’homme du métier.
L’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, est intégré dans la pièce 10, par exemple dans la mousse 43, à l’interface 44 entre la mousse et le corps 40 ou encore dans le corps 40, notamment dans la préforme destinée à former le corps avant injection de la résine.
Si la pièce 10 se fissure à l’interface 44 entre le corps 40 en matériau composite et la mousse 43, le fil conducteur 51 étant « prisonnier » des deux matériaux, la fissure ou le délaminage entraine une rupture du fil conducteur 51. Le fil conducteur 51 se fissurera donc lui aussi suivant la fissure de la pièce 10. Ceci impactera directement la valeur de la résistance du fil conducteur 51.
L’élément de liaison 60, en particulier l’étiquette RFID, présentant une fonction de mesure de la résistance électrique du fil conducteur 51, il est ainsi possible de savoir, si la valeur de la résistance électrique du fil conducteur 51 est supérieure au seuil prédéterminé, que la pièce 10 est fissurée ou présente un délaminage.
Le seuil prédéterminé est notamment compris entre 1,01 x R et 1,10 x R, en particulier égal à 1,05 x R, où R étant une résistance initiale du fil conducteur 51. Si la résistance du fil conducteur 51 est identique avec une variation compris entre 1 % et 10 %, en particulier de 5 % de la valeur initiale, alors il peut être considéré qu’il n’y a pas présence de rupture du fil conducteur 51 donc pas de présence d’une fissure ou d’un délaminage de la pièce 10 dans la zone Z1 dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée où passe le fil conducteur 51.
Inversement, si la valeur de la résistance électrique du fil conducteur 51 est en dehors des plages prédéterminées, en particulier définies au-dessus, alors il peut être considéré qu’il y a eu une évolution de l’intégrité du fil conducteur 51 et donc présence d’une fissure ou d’un délaminage de la pièce 10.
La est une représentation schématique d’une étape de lecture de l’élément de liaison 60 selon l’invention. Dans l’exemple particulier illustré, il n’y a pas de contrainte de localisation de l’élément de liaison sur l’aube, un lecteur mobile peut lire les étiquettes sans contraintes spécifiques de localisation. Dans ce cas, on favorisera un lieu qui contient le moins possible de fibres de carbone. Un opérateur P utilisant manuellement un dispositif de lecture 70, notamment un lecteur 70, en particulier un lecteur RFID 70, peut récupérer les données des différents éléments de liaison 60, notamment les différentes étiquettes RFID 62, présentes sur les pièces 10, en l’occurrence les aubes 1, de manière collective en déplacement le dispositif de lecture 70 ou en faisant tourner les aubes 10.
La est une représentation schématique en perspective de la soufflante 110 de la turbomachine 100 équipée de l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, et du dispositif de lecture 70, notamment le lecteur RFID 70. Selon une variante de réalisation illustrée à la , l’élément de liaison 60 peut être placé de préférence dans une zone éloignée du cône 112 de soufflante 110.
L’élément de liaison 60 est ici positionné sur une extrémité extérieure de la pièce 10, en l’occurrence l’aube 1, permettant ainsi d’être lue facilement par le dispositif de lecture 70, par exemple fixé sur le carter 5 de la soufflante 110.
Le dispositif de lecture 70 étant fixé sur une partie non mobile, lorsque la pièce 10 passe devant le dispositif de lecture 70, il peut réceptionner les données envoyées par les éléments de liaison 60, telles que les étiquettes RFID 62, des différentes pièces 10, en l’occurrence des aubes 1 de la soufflante 110.
L’éloignement de l’élément de liaison 60 par rapport au cône de soufflante 110 permet d’éviter les perturbations dans la transmission des données et du signal S. En effet, la zone du cône de soufflante 110 comporte de nombreuses pièces métalliques réalisant un blindage électromagnétique et formant une cage de Faraday, gênant ainsi la transmission des données, notamment par la technologie RFID.
Par ailleurs, une caractéristique très importante, pour maximiser la distance de détection de l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, par le dispositif de lecture 6 approprié, est le fait de placer l’élément de liaison 60 dans un milieu isolant électriquement. Cependant, la proximité d’un élément conducteur peut perturber le fonctionnement des éléments de liaison 60.
La résine utilisée pour la fabrication des aubes 1 de soufflante 110 est, de par sa nature, isolante alors que le carbone utilisé pour les fibres 41 de tissage de la préforme est un bon conducteur électrique. On choisira ainsi une zone de la pièce 10, en l’occurrence l’aube 1, présentant le moins possible de carbone pour positionner l’élément de liaison 60.
Ainsi, le positionnement des éléments de liaison 60 dans un endroit riche en fibres 41 non électro-conductrices, ou « non métalliques », permet de réduire une perturbation du champs électromagnétique et/ou de l’antenne 62 de l’élément de liaison 60 et/ou une dissipation induite par les fibres 41 électro-conductrices, comme les fibres 41 en carbone, et d’augmenter la distance de détection de quelques centimètres notamment de 5 cm à 25 cm, en particulier entre 10 cm à 20 cm, jusqu’à quelques mètres, notamment de 0,5 m à 10 m.
En plus, pour que l’élément de liaison 60 ne soit pas d’un effet nocif pour le comportement mécanique du corps 40, le choix du modèle et la position de l’élément de liaison 60 dans la pièce 10 sont, de préférence, soigneusement définis. Par ailleurs, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, est intégré dans la pièce 10 et donc est protégée de l’environnement extérieur.
En outre, la distance de lecture de ce type d’étiquette selon la technologie RFID étant limitée (entre 5 cm à 2 m), il est nécessaire que le lecteur RFID 70 apporte l’énergie pour alimenter la partie intégrée de l’étiquette RFID 62 réalisant la lecture de la résistance du fil conducteur 51 intégré dans la pièce 10.
En effet, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62 est, de préférence, un dispositif passif, c’est-à-dire sans batterie, mais alimentée par une onde radio générée par le dispositif de lecture 6, notamment le lecteur RFID 70.
Alternativement, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette RFID 62, pourrait comprendre une batterie.
Préférentiellement, l’élément de liaison 60, notamment l’étiquette 62, est configuré pour fonctionner sur la bande UHF, acronyme anglo-saxon pour «Ultra High Frequency», par exemple à une fréquence comprise notamment entre 860 et 960 MHz.
Les matériaux de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, sont, de préférence, choisis pour :
- ne pas affecter la résine et la polymérisation de celle-ci,
- être stable thermiquement pendant la cuisson éventuelle de la préforme imprégnée de résine et/ou la réaction exothermique de polymérisation de la résine,
- ne pas perturber le tissage et/ou la préforme au moment de la fermeture du moule de fabrication de l’aube, et
- ne pas être trop encombrante.
Comme illustré sur la , l’antenne 64 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, est configurée pour recevoir une requête de lecture REQ du dispositif de lecture 70 et émettre en retour des données de délaminage mesurées.
Ainsi, au cours d’un procédé de détection d’un délaminage à l’interface 44 entre la mousse 43 et le corps 40 en matériau composite de la pièce 10 selon l’invention, à l’aide du dispositif de lecture 70, un opérateur P émet de manière radio la requête de lecture REQ qui est reçue de manière radio par l’antenne 64 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62.
En réponse à la requête de lecture REQ, l’antenne 64 émet un signal radio transmettant des données de délaminage mesurées de la pièce 10. Les données transmises par l’antenne 64 sont lues par le dispositif de lecture 70. Préférentiellement, les données de déformation mesurées lues sont stockées de manière informatique dans le dispositif de lecture 70.
On se reporte dorénavant à la qui est un ordinogramme d’un procédé de détection d’un délaminage dans une pièce 10 selon l’invention. Cette détection peut être individuelle pour une pièce 10 ou collective pour plusieurs pièces 10, notamment des aubes 1 d’une soufflante 110 d’une turbomachine 100, en particulier un turbomoteur d’aéronef. Ce procédé comporte une étape de réception des données de délaminage de la pièce 10 mesurées par le capteur de délaminage 50 intégré dans la pièce 10 et transmises sans fil par l’élément de liaison 60 intégré dans la pièce 10.
Plus particulièrement, lorsque l’élément de liaison 60 est sous la forme d’une étiquette RFID 62, le dispositif de lecture 70 est un lecteur RFID configuré pour émettre des radiofréquences destinées à activer la radio-étiquette de l’élément de liaison 60 pour ensuite réceptionner lesdites données.
Ainsi, à l’étape S12, l’opérateur P tel qu’illustré sur la , utilise le dispositif de lecture 70 pour assurer une radio-identification, notamment le lecteur RFID 70, et se place à distance de la ou des pièces 10, de préférence inférieure à 2 m de l’élément de liaison 60, c’est-à-dire, selon l’exemple présenté à la , à distance de la turbomachine 100, en particulier en amont de cette dernière de manière à être proche de la soufflante 110.
Au cours d’une étape S14, le dispositif de lecture 70 émet un signal radio à distance une requête de lecture REQ à l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, afin de l’activer.
A l’étape S16, la requête de lecture REQ est reçue de manière radio par l’antenne 64 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RDID 62. En réponse à la requête de lecture REQ, l’antenne 64 de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, émet un signal radio S transmettant à distance des données de délaminage mesurée de la pièce 10 vers le dispositif de lecture 70 qui lit ces données et éventuellement les enregistre de manière informatique dans une mémoire du dispositif de lecture 70, en particulier lorsque la résistance du fil conducteur 51 est supérieure à un seuil prédéterminé.. L’antenne 64 peut également émettre des données d’identification ID1, ID2 des pièces 10, en particulier lorsque la résistance du fil conducteur 51 est supérieure à un seuil prédéterminé.
En fonction de la puissance d’émission du dispositif de lecture 70 et de la distance entre le dispositif de lecture 70 et l’élément de liaison 60, l’opérateur peut lire de manière individuelle un seul élément de liaison 60, en l’occurrence une seule étiquette RFID 62 d’une aube 1 (puissance faible et distance faible), ou de manière collective une pluralité d’éléments de liaison 60, en l’occurrence une pluralité d’étiquettes RFID 62 des aubes 1 d’une soufflante 110 (puissance élevée et distance importante). En pratique, une lecture peut être réalisée à une distance comprise entre quelques centimètres (5cm à 25cm) jusqu’à plusieurs mètres (0.5m à 5m), selon l’élément de liaison 60, le dispositif de lecture 70 et l’environnement.
L’utilisation de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, et son intégration dans la pièce 10 présentent plusieurs avantages parmi lesquels :
- il n’y a pas d’étape spécifique supplémentaire pour installer l’élément de liaison 60 car son intégration est prévue pendant la fabrication de la pièce 10, avant l’injection de la résine dans le moule de fabrication de la pièce 10, et
- l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, est noyé dans la résine. Il n’y a donc pas de risque de décollement de l’élément de liaison 60 en usage.
Les figures 9a, 9b, 9c illustre le fonctionnement de la détection d’une formation d’un délaminage sur la pièce 10 telle que décrite précédemment, plus précisément à l’interface 44 entre le corps en matériau composite et la mousse, ainsi que la transmission d’une information correspondante c.
Sur la est représentée la pièce 10, telle que l’aube 1, comprenant un fil conducteur 51 qui s’étend entre le corps 40 en matériau composite et la mousse 43. La résistance du fil conducteur 51 est ici égale à la valeur de la résistance électrique connue pour le matériau choisi du fil conducteur 51.
Sur la , une fissure F apparaît sur la pièce 10. La fissure F n’atteint cependant pas le fil conducteur 51. Il n’y a donc pas d’élongation du fil conducteur 51, ni de rupture de contact électrique. La valeur de la résistance du fil conducteur 51 reste donc identique à la valeur de la résistance initiale du fil conducteur 51.
Sur la , la fissure F atteint le fil conducteur 51. Le fil conducteur 51 intégré à la pièce 10 est donc rompu ou fissuré en partie ou complètement. La fissure F affecte ainsi la circulation du courant dans le fil conducteur 51. La valeur de la résistance du fil conducteur 51 augmente alors considérablement, pouvant atteindre notamment une valeur infinie dans le cas où le fil conducteur 51 est complètement rompu.
L’augmentation de valeur de la résistance du fil conducteur 51, au-delà d’un seuil prédéfini, par exemple correspondant à une augmentation comprise entre 1% et 10%, notamment, en particulier de 5% de la valeur initiale de la résistance du fil conducteur 51, indique qu’il y a la présence d’une fissure de la pièce 10, en particulier de l’aube 1, au niveau de la zone Z1 dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée où passe le fil conducteur 51. L’élément de liaison 60 envoie alors le signal S, notamment par onde radio, à un élément extérieur.
La représente un ordinogramme d’un procédé de fabrication d’une pièce 10, notamment une aube 1, telle que décrite précédemment.. En outre, les figures 11a et 11b, illustrent des étapes du procédé d’une pièce 10 selon un premier mode de réalisation.
Le procédé comporte une étape S20 d’intégration ou d’insertion du capteur de délaminage 50 dans une mousse. Cette étape S20, représentée sur la , consiste à insérer le fil conducteur 51 dans une mousse de sorte qu’au moins une portion libre 52 de fil conducteur dépasse librement de la mousse. Avantageusement, le fil conducteur 51 s’étend le long de la zone Z1 dans laquelle la présence d’un délaminage doit être surveillé. Le fil conducteur 51 s’étend entre le matériau composite du corps 40 et le matériau de remplissage 43. Le fil conducteur 51 est intégré en suivant un parcours spécifique dans la mousse 43, notamment pour couvrir une grande partie de la zone Z1 dans laquelle la présence d’un délaminage doit être surveillé.
Le fil conducteur 51 commence et finit à l’endroit où l’on souhaite mettre le capteur de délaminage 50. Le fil conducteur 51 comprend ainsi une première portion 51a située dans une zone extérieure Z2 de la mousse, disposée en dehors de la zone Z1 dans laquelle la fissure ou le délaminage doit être mesurée, une deuxième portion 51b située dans la zone Z1 dans laquelle la fissure ou le délaminage doit être mesurée, et une troisième portion 51c située dans la zone extérieure Z2. La première portion 51a, la deuxième portion 51b et la troisième portion 51c sont ici agencées les unes à la suite des autres dans cet ordre.
Ainsi, le fil conducteur 51 est implémenté pendant la fabrication de la mousse, ce qui assure un parfait maintien du fil conducteur 51.
Le procédé comporte en outre une étape S30 d’intégration ou insertion de l’élément de liaison 60 dans la pièce 10 consistant à apposer l’élément de liaison 60 sur la mousse ou à intégrer l’élément de liaison 60 dans la mousse, tel que l’étiquette RFID 62 dans la zone Z2 de la mousse et à relier l’élément de liaison 60 à la première portion 51a et à la troisième portion 51c du fil conducteur 51 de façon à mesurer la résistance du fil conducteur 51 et le comparer au seuil prédéterminé, par exemple par une mesure dite « quatre points » bien connue de l’homme du métier. La mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur 51 permet ainsi de réaliser une mesure très précise de la résistante de la deuxième portion 51b du fil conducteur 51.
Si la valeur de la résistance du fil conducteur 51 est supérieure au seuil prédéterminé, notamment supérieur à une valeur comprise entre 1,01 x R et 1,10 x R, en particulier égal 1,05 x R, où R étant la résistance initiale du fil conducteur 51, alors l’élément de liaison 60 est apte à transmettre le signal S au dispositif de lecture 6 signifiant que la pièce 10 est endommagée, notamment par délaminage.
Le procédé comprend également une étape S40 d’intégration du fil conducteur 51 consistant à intégrer le fil conducteur 51 dans le corps 40 en matériau composite et à injecter une résine, notamment de la résine organique ou polymérique, dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule, et à la polymériser de façon à réaliser la pièce 10 et à solidifier l’ensemble.
En particulier, selon le mode de réalisation illustré sur la , cette étape S40 comporte une étape de juxtaposition d’une préforme en matériau composite sur le matériau de remplissage du côté de la au moins une portion libre 52 de fil conducteur 51.
Selon un autre mode de réalisation non illustré, au cours de l’étape S30, le fil conducteur 51 est inséré dans une préforme de sorte qu’au moins une portion libre 52 de fil conducteur 51 dépasse librement de la préforme. De préférence, le fil conducteur 51 est cotissé avec les torons de fibres de la préforme pour ne pas déformer le tissage de la préforme. Le tissage peut être bidimensionnel ou tridimensionnel.
Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », on entend ici un mode de tissage par lequel certains fils de chaine lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame comme par exemple un « tissage interlock ». Par « tissage interlock », on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de chaine lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même colonne de chaine ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Une telle préforme par tissage 3D permet d'obtenir une liaison entre les couches, donc d'avoir une bonne tenue mécanique de la structure fibreuse et de la pièce en matériau composite obtenue, en une seule opération textile. La préforme peut être réalisée de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type Jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaines ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaine étant liés par des couches de fils de trame ou torons également disposés en une pluralité de couches. Les fils ou torons utilisés pour tisser la préforme fibreuse peuvent être constitués de fibres carbone.
La préforme peut également être en matériau composite 2D stratifié, c’est-à-dire obtenue par la superposition de plusieurs plis obtenus par tissage bidimensionnel.
Par « tissage bidimensionnel » ou « tissage 2D », on entend ici un mode de tissage par lequel l'entrelacement de fils de chaîne et de fils de trame est réalisé sur une seule couche de trame formant un pli de fibres ou pli de fibres tissées 2D. Les plis de fibres tissées ou plis 2D peuvent être réalisés également au moyen d'un métier à tisser de type Jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaines en une unique couche et un faisceau de fils de trame en une unique couche. Les fils ou torons utilisés pour tisser la préforme fibreuse peuvent être constitués de fibres carbone ou de fibres céramique tels que des fils de carbure de silicium.
Au cours de l’étape S30 d’intégration ou insertion de l’élément de liaison 60, celui-ci est intégré dans la pièce 10. L’étape consiste à apposer l’élément de liaison 60 sur la préforme ou à intégrer l’élément de liaison 60 dans la préforme, tel que l’étiquette RFID 62 dans la zone Z2 de la préforme et à relier l’élément de liaison 60 à la première portion 51a et à la troisième portion 51c du fil conducteur 51 de façon à mesurer la résistance du fil conducteur 51 et le comparer au seuil prédéterminé.
L’intégration de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, peut comporter une étape d’isolation électrique des liaisons entre l’élément de liaison 60 et les portions restantes 51a, 51c du fil conducteur 51 ainsi qu’une étape d’isolation électrique de l’élément de liaison 60, tel que l’étiquette RFID 62, en le plaçant entre deux plis isolants de fibres de verre tissées.
Le procédé se poursuit par l’intégration S40 du fil conducteur 51 dans la mousse 43 en particulier les portions libres 52 du fil conducteur, par le dépôt de la mousse sur la préforme en matériau composite du côté des portions libres de fil conducteur puis l’injection de la résine, notamment de la résine organique ou polymérique, dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule (non représenté), et à la polymériser de façon à réaliser la pièce 10 et à solidifier l’ensemble.
La polymérisation peut être réalisée par injection VA-RTM selon l’acronyme anglais de « Vacuum Assisted Resin Transfer Molding », infusion, cuisson en autoclave ou presse.
Il est cependant nécessaire que le capteur de délaminage 50, l’élément de liaison 60, ainsi que les éléments réalisant la connexion puissent supporter les contraintes de température et de pression générées au moment de l’injection, notamment une température comprise entre 180ºC et 200°C, notamment une température typique de 180°C, et une pression de 20 bars.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de l’invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.
Claims (21)
- Pièce (10), notamment pour une turbomachine (100) d’aéronef, comportant un corps (40) creux délimitant une cavité interne, le corps étant en matériau composite réalisé à base de fibres (41) et noyées dans une résine et la cavité interne étant remplie d’un matériau de remplissage (43), la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comporte en outre :
- au moins un capteur de fissuration (50) apte à détecter une fissuration de la pièce (10) entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, le capteur de fissuration (50) comprenant au moins un fil conducteur (51) agencé dans le matériau composite du corps et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone (Z1) de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillée, et
- au moins un élément de liaison (60) relié au capteur de fissuration (50) et configuré pour transmettre un signal (S), en particulier à un organe extérieur (70) à la pièce (10), lorsqu’ une fissuration de la pièce (10) est détectée, l’élément de liaison (60) étant relié à des extrémités du fil conducteur (51) et étant configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur (51) et pour transmettre sans fil le signal (S), lorsque la résistance du fil conducteur (51) mesurée est supérieure à un seuil prédéterminé. - Pièce (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le fil conducteur (51) forme au moins une boucle en C et/ou en U selon une direction sensiblement parallèle à un interface (44) entre le matériau composite du corps (40) et le matériau de remplissage (43).
- Pièce (10) selon la revendication précédente 1 ou 2, dans laquelle le fil conducteur (51) forme au moins un maillage de boucles (52) en C et/ou en U s’étendant entre le matériau composite du corps (40) et le matériau de remplissage (43).
- Pièce (10) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le fil conducteur (51) présente une ondulation (53) selon une direction (Z) sensiblement normale à l’interface (44) entre le matériau composite du corps (40) et le matériau de remplissage (43).
- Pièce (10) selon la revendication précédente 4, dans laquelle l’ondulation (53) du fil conducteur comporte plusieurs alternances d’une courbe concave (54) dans l’un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage (43) et d’une courbe convexe (55) dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage.
- Pièce (10) selon la revendication précédente 5, dans laquelle les alternances de courbes concaves et convexes forment un maillage régulier dans un plan sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, deux courbes concaves consécutives étant séparées d’au moins 10 mm et deux courbes convexes consécutives étant séparées d’au moins 10 mm.
- Pièce (10) selon l’une des revendications 4 à 6, dans laquelle l’ondulation (53) présente une amplitude (a) dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une amplitude (a) dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm.
- Pièce (10) selon l’une des revendications 4 à 7, dans laquelle l’ondulation présente une longueur de fil conducteur dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une longueur de fil conducteur dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm.
- Pièce (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les fibres (41) sont en carbone et le fil conducteur (51) est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine.
- Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) a un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm.
- Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages.
- Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de liaison (60) comprend une étiquette RFID (62), notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz.
- Pièce (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de liaison (360) est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur (51).
- Turbomachine (100) d’aéronef comprenant une pièce (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Turbomachine (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la pièce (10) est une aube (1) de soufflante (110) et/ou un aubage fixe et la turbomachine (100) comporte un carter (5) de soufflante (110) entourant l’aube (1) de soufflante et portant un dispositif de lecture (70).
- Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon l’une des revendications précédentes 1 à 13, le procédé comprenant :
a) une étape d’insertion (S20) consistant à insérer le fil conducteur (51) partiellement dans un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage de sorte qu’au moins une portion libre de fil conducteur dépasse librement du matériau, le fil conducteur (51) s’étendant le long de la zone (Z1) dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée,
b) une étape d’intégration (S30) de l’élément de liaison (360) consistant à intégrer l’élément de liaison dans le matériau dans lequel est intégré le fil conducteur, et à le relier au fil conducteur (51) de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur (51), et
c) une étape d’intégration (S40) du fil conducteur consistant à intégrer le fil conducteur dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage, et à injecter une résine dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule, de façon à réaliser la pièce (10) et à solidifier l’ensemble. - Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon la revendication 16, dans lequel le fil conducteur est inséré dans le matériau de remplissage au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de juxtaposition d’une préforme en matériau composite sur le matériau de remplissage du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur.
- Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon la revendication 16, dans lequel le fil conducteur est inséré dans une préforme en matériau composite au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de dépôt du matériau de remplissage sur la préforme en matériau composite du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur.
- Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon la revendication 18, dans lequel le fil conducteur est tissé avec les fibres de la préforme au cours de l’étape d’insertion.
- Procédé de détection d’une fissure et/ou d’un délaminage d’une pièce (10) selon l’une des revendications 1 à 13 ou obtenue par le procédé selon l’une des revendications 16 à 19, le procédé comprenant une étape de réception par un dispositif de lecture (70) des données de fissuration de la pièce (10) mesurées par le capteur de fissuration (50) intégré dans la pièce (10) et transmises sans fil par l’élément de liaison (60) intégré dans la pièce (10).
- Procédé de détection selon la revendication 20, dans lequel la pièce est une aube de soufflante et/ou un aubage fixe et est entourée par un carter de soufflante qui porte le dispositif de lecture dudit élément de liaison.
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| FR2202833A FR3134138B1 (fr) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | Pièce composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5969260A (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-19 | Mcdonnell Douglas Corporation | Remotely interrogatable apparatus and method for detecting defects in structural members |
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| WO2019234601A1 (fr) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | Conseil Et Technique | Procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une pièce en matériau composite, et pièce obtenue |
-
2022
- 2022-03-29 FR FR2202833A patent/FR3134138B1/fr active Active
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