FR3134140A1 - Renfort pour une aube composite d’une turbomachine, comprenant un mélange de découpes de fibre et d’un tackifiant - Google Patents
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Abstract
La présente demande concerne un renfort (6) pour une aube (1) de turbomachine (100), l’aube (1) comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite comprenant chacune une partie d’extrémité interne (21, 31) distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5), dans lequel le renfort (6) est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5), et dans lequel le renfort (6) comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant, les découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm, le tackifiant comprenant une résine époxy solubilisée dans un solvant. Figure pour l’abrégé : Fig. 3a
Description
La présente demande concerne les turbomachines d’aéronefs, notamment les turboréacteurs ou les turbopropulseurs. La demande concerne un renfort pour une aube composite de turbomachine, une aube composite munie d’un tel renfort, et un procédé de fabrication d’un tel renfort et d’une telle aube composite.
Un aéronef comprend classiquement au moins une turbomachine pour en assurer la propulsion.
La turbomachine comprend au moins une soufflante ou hélice, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’échappement des gaz. Par exemple, la turbomachine peut comprendre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, et la turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
La soufflante comprend un moyeu et des aubes solidaires du moyeu, les aubes de la soufflante étant mobiles en rotation autour d’un axe longitudinal de la turbomachine. Un redresseur de flux secondaire peut être disposé en aval de la soufflante. Le redresseur comprend des aubes de redresseur situées en aval des aubes de soufflante, les aubes de redresseur étant statiques, c’est-à-dire étant fixes en rotation par rapport à l’axe longitudinal de rotation des aubes de soufflante.
Dans une turbomachine carénée, ou turboréacteur, la soufflante est logée dans un carter de soufflante, en amont du reste de la turbomachine.
Dans une turbomachine non carénée, ou turbopropulseur, (en anglais « Open rotor » ou « Unducted fan »), la soufflante est une hélice non carénée placée à l’extérieur de la nacelle, dans le flux d’air environnant la turbomachine. Une turbomachine non carénée peut comprendre deux soufflantes, ou hélices, non carénées et contrarotatives (connue sous l’acronyme anglais UDF pour « UnDucted Fan »), ou en variante une seule soufflante non carénée et un redresseur comprenant plusieurs aubes de redresseur (connue sous l’acronyme anglais USF pour « Unducted Single Fan »). La soufflante peut être placée à l’arrière du générateur de gaz de sorte à être du type pousseur ou à l’avant du générateur de gaz de sorte à être du type tracteur. Une turbomachine non carénée permet d’augmenter le taux de dilution de façon très importante sans être pénalisé par la masse des carters ou nacelles destinées à entourer les pales de la soufflante.
La turbomachine peut être une turbomachine double flux, dans laquelle la masse d’air aspirée par la soufflante est divisée en un flux primaire, qui traverse l’au moins un compresseur, la chambre de combustion et l’au moins une turbine, et un flux secondaire, qui est concentrique avec le flux primaire. Le taux de dilution d’une turbomachine correspond au ratio entre le débit du flux primaire et le débit du flux secondaire. Augmenter le taux de dilution permet d’améliorer les performances de la turbomachine et de réduire sa consommation spécifique de carburant. Ceci se traduit par une hausse du diamètre des aubes à iso poussée moteur, en particulier des aubes de la soufflante et des aubes du redresseur associé. Cette augmentation de dimensions est encore plus importante pour les turbomachines non carénées, dans lesquelles les aubes sont de plus grandes dimensions et les vitesses de rotation sont plus faibles. L’accroissement des dimensions des aubes entraîne une augmentation de la masse des aubes, en particulier des aubes du redresseur, ce qui est préjudiciable pour les performances de la turbomachine.
En vue de réduire la masse des aubes, les aubes peuvent être conçues en matériau composite à matrice organique comprenant un renfort fibreux noyé dans une matrice organique. En outre, la matrice organique peut être partiellement creuse, en ne renforçant que les parties structurales.
On connaît de l’art antérieur, ainsi qu’illustré en , une aube 100 de redresseur d’une turbomachine carénée s’étendant radialement entre une plateforme interne, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter interne de la turbomachine, et une plateforme externe, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter externe de la turbomachine. Chaque aube 100 comprend un corps de pale en matériau composite constitué d’un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel et densifié par une matrice. Le renfort fibreux présente une partie d'extrémité comprenant deux segments 200 déliés l'un de l'autre jusqu'à une extrémité libre du renfort fibreux. L’aube 100 comporte en outre un sous-composant de remplissage (« Gap filler » ou « roving » en anglais) sous la forme d’insert rapporté 300 permettant de combler un espace libre au niveau de la jonction entre les segments 200 du renfort fibreux. L’insert 300 peut notamment être fabriqué à partir d’une tresse mise en forme. Le document FR 3 063 514 A1 décrit une telle aube de redresseur, l’aube comprenant en outre un insert rapporté présentant une section en forme de pi. Ainsi, l’aube peut être fabriquée en un matériau composite plein en lieu et place de matériaux métalliques tels que le titane, et l’accroissement de la masse de l’aube est réduit.
Toutefois, l’insert rapporté ne permet pas de répondre aux nouvelles contraintes géométriques et structurales d’une aube composite, en particulier d’une aube composite à matrice organique tissée 3D d’un redresseur de flux secondaire. En effet, l’évolution de la géométrie cible de l’insert rapporté, qui doit présenter une variation d’épaisseur très importante, rend infaisable sa fabrication à partir des techniques connues, telles qu’à partir d’une tresse mise en forme.
En outre, dans les turbomachines non carénées, le fait de fixer l’aube, en particulier l’aube de redresseur, à un carter de la turbomachine uniquement par son extrémité radiale interne située au niveau du pied d’aube, a pour conséquence de faire transiter l’ensemble des efforts dans la zone du pied d’aube, ce qui se traduit par des niveaux élevés de contraintes dans les parties composites du pied de l’aube. Les inserts rapportés connus ne permettent pas de renforcer localement suffisamment la zone du pied d’aube, et ainsi ne limitent pas suffisamment l’ouverture et les contraintes au niveau des segments déliés du renfort fibreux sous sollicitation de traction, compression et flexion. En outre, les inserts connus fabriqués à partir d’une tresse présentent une rigidité trop faible et ne permettent donc pas d’augmenter suffisamment la raideur globale de l’aube, ce qui entraîne un risque accru de flambage et une dégradation du placement fréquentiel du redresseur.
Un but de la présente demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine permettant de réduire les contraintes s’exerçant sur l’aube au niveau d’une zone structurale de l’aube, et permettant de limiter l’augmentation de la masse de l’aube.
Un autre but de la demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine présentant une géométrie complexe et des propriétés de résistance mécanique satisfaisantes.
Un autre but de la demande est de proposer un procédé de fabrication d’un tel renfort qui soit simple à mettre en œuvre et qui permette de créer rapidement un renfort présentant une géométrie complexe.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect, un renfort pour une aube de turbomachine, l’aube comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, dans lequel le renfort est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture, et dans lequel le renfort comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant, les découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm, le tackifiant comprenant une résine époxy solubilisée dans un solvant.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du renfort selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement envisageable :
- les découpes sont obtenues à partir d’un lé de préimprégné comprenant des fibres de carbone, de préférence le lé de préimprégné est recyclé ;
- le tackifiant comprend entre 20% et 85% en masse de résine époxy, de préférence environ 25% en masse de résine époxy,
- la résine époxy est de la résine PR520 et le solvant est de l’acétone ;
- le mélange comprend entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée ;
- les découpes présentent des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm.
Selon un deuxième aspect, la présente demande concerne une aube de turbomachine, comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, l’aube comprenant en outre un renfort selon le premier aspect, le renfort présentant des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture, le renfort étant disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture.
Optionnellement, l’aube peut comprendre en outre un matériau de remplissage disposé dans la cavité intérieure radialement entre le renfort et l’extrémité externe de l’aube.
Selon un troisième aspect, la présente demande concerne une turbomachine non carénée, comprenant :
- un carter ;
- une soufflante ayant un moyeu de soufflante et des pales périphériques de soufflante, solidaires du moyeu de soufflante, le moyeu de soufflante ayant une partie aval de moyeu qui est entourée par une surface interne d’une partie amont du carter et qui dépasse de la partie amont du carter, le moyeu de soufflante étant monté à rotation par rapport à la partie amont du carter autour de l’axe longitudinal ; et
- au moins une aube de redresseur selon le deuxième aspect, ladite aube étant située en aval par rapport aux pales périphériques de soufflante, ladite aube étant montée sur une surface externe de la partie amont du carter au niveau d’une extrémité interne de l’aube, le renfort étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube.
- un carter ;
- une soufflante ayant un moyeu de soufflante et des pales périphériques de soufflante, solidaires du moyeu de soufflante, le moyeu de soufflante ayant une partie aval de moyeu qui est entourée par une surface interne d’une partie amont du carter et qui dépasse de la partie amont du carter, le moyeu de soufflante étant monté à rotation par rapport à la partie amont du carter autour de l’axe longitudinal ; et
- au moins une aube de redresseur selon le deuxième aspect, ladite aube étant située en aval par rapport aux pales périphériques de soufflante, ladite aube étant montée sur une surface externe de la partie amont du carter au niveau d’une extrémité interne de l’aube, le renfort étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube.
Selon un quatrième aspect, la présente demande concerne un procédé de fabrication d’un renfort selon le premier aspect pour une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes :
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant.
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant.
Selon un cinquième aspect, la présente demande concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon le deuxième aspect, comprenant les étapes suivantes :
Réalisation d’une préforme composite de l’aube composite, ladite préforme comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe ;
Fabrication d’un renfort au moyen d’un procédé selon le quatrième aspect, le renfort présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture ;
Mise en place du renfort dans la cavité intérieure de la préforme d’aube de sorte à boucher l’ouverture ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube et le renfort.
Réalisation d’une préforme composite de l’aube composite, ladite préforme comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe ;
Fabrication d’un renfort au moyen d’un procédé selon le quatrième aspect, le renfort présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture ;
Mise en place du renfort dans la cavité intérieure de la préforme d’aube de sorte à boucher l’ouverture ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube et le renfort.
D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre une vue en perspective schématique en coupe d’une aube selon l’art antérieur.
La illustre une vue en perspective schématique d’un renfort selon un mode de réalisation, le renfort présentant une deuxième géométrie différente de la première géométrie.
La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une aube selon un mode de réalisation.
La illustre une vue schématique en coupe longitudinale radiale d’une aube selon un mode de réalisation.
La illustre une vue schématique en coupe d’un outillage de type poinçon adapté pour mettre en œuvre un procédé de fabrication d’un renfort selon un mode de réalisation.
La illustre une vue en perspective schématique partielle d’une aube selon un mode de réalisation.
La illustre une vue schématique en perspective d’un exemple de turbomachine non carénée comportant une aube selon un mode de réalisation.
La est un schéma bloc illustrant un procédé de fabrication d’une aube selon un mode de réalisation.
Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz à travers la soufflante 200 de la turbomachine 100, un flux d’air s’écoulant dans la turbomachine 100 depuis l’amont vers l’aval. L’axe longitudinal X correspond à un axe de rotation de la soufflante 200. Un axe radial est un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal X et passant par lui. Une direction longitudinale, respectivement radiale, correspond à la direction de l'axe longitudinal X, respectivement radial. Les termes interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X que la partie ou la face externe du même élément. Une direction de largeur L de l’aube 1 correspond sensiblement à la direction longitudinale, une direction de hauteur R de l’aube 1 correspond à la direction radiale au niveau de l’aube 1, et une direction d’épaisseur Y de l’aube 1 correspond à la direction perpendiculaire à la direction de largeur L et à la direction de hauteur R de l’aube 1.
La turbomachine 100 s’étend sensiblement autour de l’axe longitudinal X. La turbomachine 100 comprend, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, au moins une soufflante 200, ou hélice, un ensemble moteur 300 comprenant au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine, et une tuyère 108 d’échappement des gaz. Par exemple, l’ensemble moteur 300 de la turbomachine 100 peut comprendre une soufflante et un redresseur, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, la chambre de combustion, et une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression s’étendant selon l’axe longitudinal X. La turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression s’étendant selon l’axe longitudinal X. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante 200 soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante 200, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
Chaque compresseur et chaque turbine peuvent comporter un ou plusieurs étages, chaque étage étant formé par un ensemble d’aubes fixes, ou aubage de stator, et un ensemble d’aubes rotatives, ou aubage de rotor. Les aubes fixes sont fixées à un carter 101 de la turbomachine 100. Les aubes rotatives du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont fixées à l’arbre basse pression. Les aubes rotatives du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont fixées à l’arbre haute pression.
En fonctionnement, de l'air s'écoule à travers la soufflante 200 rotative et une première partie, dite flux primaire, du flux d'air est acheminée à travers le compresseur basse pression et le compresseur haute pression, le flux primaire étant ainsi comprimé puis envoyé à la chambre de combustion. Les produits de combustion chauds provenant de la chambre de combustion sont utilisés pour entraîner la turbine haute pression et la turbine basse pression et produire ainsi la poussée de la turbomachine 100, et sont évacués par la tuyère 108 située en aval de l’ensemble moteur 300. Une deuxième partie de l’air, dite flux secondaire, est évacué de la soufflante 200 rotative autour du carter 101 de l’amont vers l’aval.
Une aube 1 est une pièce structurelle de la turbomachine 100, destinée à être intégrée dans un aubage de la turbomachine 100. L’aubage comprend un moyeu qui peut être monté rotatif par rapport au carter 101 de la turbomachine 100 pour un aubage rotatif, ou être monté fixe par rapport au carter 101 de la turbomachine 100 pour un aubage fixe. L’aubage comprend en outre une pluralité d’aubes 1 fixées au moyeu. Les aubes 1 s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe longitudinal X et peuvent être réparties circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X.
L’aubage peut présenter par exemple un diamètre supérieur ou égal à 150 cm, de préférence supérieur ou égal à 200 cm, par exemple inférieur ou égal à 400 cm. Ainsi, l’aube 1 présente une envergure suffisante pour que les aubes 1 de l’aubage comprennent deux peaux 2, 3 extérieures réalisées dans un matériau composite et délimitant une cavité intérieure 4. Une aube 1 de l’aubage présente ainsi de préférence une hauteur supérieure ou égale à 50 cm, de préférence supérieure ou égal à 70 cm, par exemple de l’ordre de 80 cm à 100 cm, en étant par exemple inférieure ou égal à 160 cm.
La illustre un exemple non limitatif dans lequel la turbomachine 100 est une turbomachine non carénée dont le redresseur comprend une aube 1 comprenant un renfort 6 selon un mode de réalisation particulier. La turbomachine 100 comprend :
- un carter 101 ;
- une soufflante 200 ayant un moyeu 201 de soufflante 200 et des pales périphériques 202 de soufflante 200, solidaires du moyeu 201 de soufflante 200, le moyeu 201 de soufflante 200 ayant une partie aval 203 de moyeu 201 qui est entourée par une surface interne 102 d’une partie amont 103 du carter 101 et qui dépasse de la partie amont 103 du carter 101, le moyeu 201 de soufflante 200 étant monté à rotation par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X ; et
- au moins une aube 1 de redresseur, ladite aube 1 étant située en aval par rapport aux pales périphériques 202 de soufflante 200, ladite aube 1 étant montée sur une surface externe de la partie amont 103 du carter 101 au niveau d’une extrémité interne de l’aube 1, ladite aube 1 comprenant un renfort 6 tel que décrit ci-dessous, le renfort 6 étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube 1.
- un carter 101 ;
- une soufflante 200 ayant un moyeu 201 de soufflante 200 et des pales périphériques 202 de soufflante 200, solidaires du moyeu 201 de soufflante 200, le moyeu 201 de soufflante 200 ayant une partie aval 203 de moyeu 201 qui est entourée par une surface interne 102 d’une partie amont 103 du carter 101 et qui dépasse de la partie amont 103 du carter 101, le moyeu 201 de soufflante 200 étant monté à rotation par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X ; et
- au moins une aube 1 de redresseur, ladite aube 1 étant située en aval par rapport aux pales périphériques 202 de soufflante 200, ladite aube 1 étant montée sur une surface externe de la partie amont 103 du carter 101 au niveau d’une extrémité interne de l’aube 1, ladite aube 1 comprenant un renfort 6 tel que décrit ci-dessous, le renfort 6 étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube 1.
Le carter 101 de la turbomachine 100 porte la soufflante 200 sur son côté amont. Les pales périphériques 202 de soufflante 200 sont réparties sur le moyeu 201 de soufflante 200 autour de l’axe longitudinal X de rotation en amont du carter 101 de turbomachine 100. Le moyeu 201 de soufflante 200 est apte à tourner sur lui-même par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X. La turbomachine 100 comporte en aval du moyeu 201 de soufflante 200 et dans le carter 101 un ensemble moteur 300 permettant de faire tourner le moyeu 201 de soufflante 200 et donc les pales périphériques 202 de soufflante 200 autour de l’axe longitudinal X.
Les aubes 1 de redresseur sont situées dans l’espace d’écoulement du flux secondaire, qui est créé en aval des pales périphériques 202 de soufflante 200 autour de la surface extérieure du carter 101, lorsque les pales périphériques 202 de soufflante 200 sont mises en rotation autour de l’axe longitudinal X.
La turbomachine 100 étant non carénée, chaque aube 1 de redresseur de flux secondaire est fixée ou montée de manière mobile sur une surface extérieure de la partie amont 103 du carter 101, uniquement au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube. Une extrémité externe 12 de l’aube 1, qui est radialement opposée par rapport à l’extrémité interne 11, est laissée nue dans le flux secondaire, sans être montée ni fixée à un carter, aucun carter ni nacelle n’entourant les aubes 1 de redresseur et le carter 101.
L’ensemble moteur 300 est situé dans le carter 101. Une entrée d’air est située entre la partie amont 103 du carter 101 et le moyeu 201 de soufflante 200 et en aval des pales périphériques 202 de soufflante 200. L’aube 1 de redresseur a une forme configurée pour concentrer le flux secondaire contre la surface extérieure de la partie aval 107 du carter 101, située en aval de la surface extérieure de la partie amont 103 du carter 101. Un bras de fixation extérieur ou un moyen extérieur de fixation relie le carter 101 à un aéronef.
Il est entendu que le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 d’une turbomachine 100 de tout type, par exemple d’une turbomachine 100 non carénée, par exemple d’un turbopropulseur de type UDF comprenant deux soufflantes non carénées et contrarotatives, ou d’un turbopropulseur de type USF comprenant une seule soufflante non carénée et un redresseur. En variante, le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 d’une turbomachine 100 carénée, par exemple d’un turboréacteur comprenant une soufflante 200 carénée.
En outre, il est entendu que le renfort 6 peut être un renfort 6 pour toute aube 1 composite de turbomachine 100 nécessitant un renfort 6 épais ou de géométrie à épaisseur évolutive, en particulier pour une aube 1 en composite à matrice organique partiellement creuse présentant une zone creuse structurale à renforcer. Ainsi le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 composite de tout aubage d’une turbomachine 100, par exemple à un renfort 6 pour une aube 1 de soufflante 200, de redresseur, de compresseur, et/ou de turbine.
Une aube 1 comprend une pale 13 à profil aérodynamique propre à être placée dans un flux d’air lorsque la turbomachine 100 est en fonctionnement afin de générer une portance, et un pied 14 configuré pour être fixé au moyeu rotatif ou fixe de l’aubage comprenant l’aube 1 au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1. L’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond ainsi au côté de montage de l’aube 1.
Le pied 14 de l’aube 1 peut être fixé au moyeu, fixe ou rotatif, de l’aubage, par une attache recevant le pied 14 de l’aube 1 et le fixant au moyeu de l’aubage. La illustre à titre d’exemple non limitatif un exemple d’attache comprenant des trous 210, 310 traversant respectivement la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 dans la direction radiale R, et pouvant comprendre des boulonnages ou rivetages dans les trous, ou autres.
Le pied 14 de l’aube 1 correspond à la partie de l’aube 1 qui est située sous une ligne Fs délimitant l’espace d’écoulement du flux secondaire de la turbomachine 100, ou ligne d’écoulement secondaire Fs. Ainsi, le pied 14 de l’aube 1 est situé en une position radialement interne par rapport à une paroi du carter 101 de la turbomachine 100 qui délimite radialement à l’intérieur l’espace d’écoulement du flux secondaire. Dans un turboréacteur caréné 100, l’espace d’écoulement du flux secondaire est une veine d’écoulement du flux secondaire délimitée à l’intérieur par la paroi du carter 101, le carter 101 correspondant à un carter interne, et délimitée à l’extérieur par une paroi d’un carter externe du turboréacteur 100. Dans un turbopropulseur 100, l’espace d’écoulement du flux secondaire est un espace extérieur au turbopropulseur 10, qui est délimité à l’intérieur par la paroi du carter 101.
La paroi du carter 101 peut être formée d’une ou d’un ensemble de plateformes inter-aubes 1. Les plateformes inter-aubes 1 peuvent être formées d’une seule pièce avec les aubes 1 ou être séparées et rapportées sur les aubes 1 d’un aubage au niveau d’une jonction entre le pied 14 de l’aube 1 et la pale 13. Les plateformes inter-aubes 1 délimitent à l’intérieur l’espace d’écoulement du flux secondaire au niveau de l’aubage.
La pale 13 à profil aérodynamique présente un bord d’attaque 8 et un bord de fuite 9 raccordés par une paroi intrados et une paroi extrados. Le bord d’attaque 8 de la pale 13 forme une extrémité amont de la pale 13 dans l’espace d’écoulement. Il correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement d’extrados. Le bord d’attaque 8 de la pale 13 est configuré pour s’étendre en regard de l'écoulement des gaz entrant dans la turbomachine 100. Le bord de fuite 9 de la pale 13 correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados, et forme une extrémité aval de la pale 13 dans l’espace d’écoulement.
L’aube 1 comprend une première peau 2 extérieure et une deuxième peau 3 extérieure en matériau composite, raccordées l’une à l’autre au niveau de l’extrémité externe 12 de l’aube 1. La première peau 2 et la deuxième peau 3 et s’étendent globalement l’une en face de l’autre. La première peau 2 peut former la paroi intrados de la pale 13 et la deuxième peau 3 peut former la paroi extrados de la pale 13. Les peaux 2 et 3 forment la surface extérieure de l’aube 1, située dans le flux secondaire d’air lors du fonctionnement de la turbomachine 100. La première peau 2 et la deuxième peau 3 portent le bord d’attaque 8 et le bord de fuite 9 de l’aube 1.
La première peau 2 et la deuxième peau 3 de l’aube 1 sont réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. Les peaux 2, 3 peuvent être monolithiques et être réalisées d’une seule pièce à partir d’une préforme fibreuse avec une épaisseur évolutive. En variante, le renfort fibreux peut comprendre une première peau 2 et une deuxième peau 3, qui sont raccordées par exemple à proximité de l’extrémité externe 12 de l’aube 1. Le renfort fibreux comprend une partie de pale destinée à former la pale 13 à profil aérodynamique, et une partie de pied destinée à former le pied 14 de l’aube 1.
Le renfort fibreux peut comprendre des arrangements fibreux tridimensionnels tissés ou tricotés. Il est par ailleurs réalisé de telle sorte qu’il comprend des torons (c’est-à-dire tout type de fil(s)) qui s’étendent continument à la fois à l’intérieur de la partie de pale 13 et à l’intérieur de la partie de pied 14 de l’aube 1. En variante, le renfort fibreux peut comprendre des arrangements fibreux bidimensionnels stratifiés. Les fibres du renfort fibreux comprennent au moins l’un des matériaux suivants : carbone (typiquement, du carbure de silicium), verre, aramide, polypropylène et/ou céramique (typiquement, une céramique oxyde). La matrice comprend typiquement une matrice organique (thermodurcissable, thermoplastique ou élastomère) ou une matrice en carbone. Par exemple, la matrice comprend une matière plastique, typiquement un polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide.
La première peau 2 comprend une première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième peau 3 comprend une deuxième partie d’extrémité interne 31. La première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 sont distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure 4 de l’aube 1 débouchant dans une ouverture 5 au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube 1, l’extrémité interne 11 étant radialement opposée à l’extrémité externe 12.
L’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond à une extrémité de montage de la première peau 2 et de la deuxième peau 3 sur un moyeu rotatif ou fixe de l’aubage comprenant l’aube 1. L’aube 1 peut être fixée au moyeu rotatif ou fixe de l’aubage au niveau de sa seule extrémité interne 11, notamment dans le cas d’une turbomachine 100 non carénée, ou au niveau à la fois de son extrémité interne 11 et de son extrémité externe 12, notamment dans le cas d’une turbomachine 100 carénée.
Une hauteur de l’aube 1 correspond à une distance le long de l’axe radial entre l’extrémité interne 11 et l’extrémité externe 12 de l’aube 1. L’extrémité externe 12 de l’aube 1 correspond à une tête de l’aube 1. Une hauteur de la pale 13 correspond à une distance le long de l’axe radial entre une extrémité interne et une extrémité externe de la pale 13. Une hauteur du pied 14 correspond à une distance le long de l’axe radial entre une extrémité interne et une extrémité externe du pied 14. L’extrémité externe 12 de l’aube 1 correspond à l’extrémité externe de la pale 13, et l’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond à l’extrémité interne du pied 14. L’extrémité interne de la pale 13 peut correspondre à l’extrémité externe du pied 14.
Les peaux 2, 3 du renfort fibreux sont séparées par la cavité intérieure 4 qui est ouverte au niveau de l’extrémité interne de l’aube 1, ce qui permet de réduire encore la masse de l’aube 1 en comparaison avec une aube 1 conventionnelle. Dans le cas où les peaux 2, 3 sont obtenues par tissage tridimensionnel et sont monolithiques, la cavité intérieure 4 est obtenue en réalisant une déliaison dans le renfort fibreux entre deux couches successives de chaîne, depuis une zone dite non déliée (comprenant ici la tête 12 de l’aube 1) jusqu’à l’extrémité interne 11 des peaux 2, 3, où débouche la cavité intérieure 4 au niveau de l’ouverture 5. Pour cela, au niveau de la déliaison, les torons de chaîne de deux couches successives de l’ébauche fibreuse ne sont pas reliés par des torons de trame. De préférence, la déliaison s’étend au sein de la pale 13 à profil aérodynamique et s’étend jusqu’à l’extrémité interne du pied 14 de l’aube 1.
Dans la partie de pale du renfort fibreux, la cavité intérieure 4 n’est pas ouverte sur le bord d’attaque 8 ni le bord de fuite 9. Les parties du renfort fibreux formant le bord d’attaque 8 et le bord de fuite 9 ne sont donc pas déliées. Le bord d’attaque 8 et/ou le bord de fuite 9 peuvent être rapportés et fixés sur le renfort fibreux, comme décrit ci-dessous concernant le procédé de fabrication de l’aube 1. En revanche, dans la partie de pied du renfort fibreux, la cavité intérieure 4 peut être ouverte sur les bords amont et aval du pied 14 de l’aube 1, qui s’étendent dans le prolongement du bord d’attaque 8 et du bord de fuite 9 de la pale 13, respectivement. Les parties de l’ébauche fibreuses formant le bord amont et le bord aval du pied 14 de l’aube 1 peuvent donc être déliées.
On pourra se référer à titre d’exemple au document EP2588758 au nom de la Demanderesse pour plus de détails sur la réalisation de déliaisons.
La première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 correspondent aux parties des peaux 2, 3, qui sont situées en une position radialement interne par rapport à la déliaison effectuée dans le renfort fibreux. La première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 peuvent s’étendre sur toute la hauteur du pied 14 de l’aube 1 et sur au moins une partie de la hauteur de la pale 13 de l’aube 1, voire sur sensiblement toute la hauteur de la pale 13 de l’aube 1 lorsque la déliaison est située sensiblement au niveau de l’extrémité externe 12 de l’aube 1. Ainsi, la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 sont adaptées pour définir ensemble des parois extérieures du pied 14 et d’au moins une partie de la pale 13 de l’aube 1, de sorte que la cavité intérieure 4 comprend une partie de pied et une partie de pale. La cavité intérieure 4 s’étend ainsi sur toute la hauteur du pied 14 de l’aube 1, et sur au moins une partie de la hauteur de la pale 13, voire sur sensiblement toute la hauteur de la pale 13.
La première peau 2 et la deuxième peau 3 peuvent s’écarter 101 l’une de l’autre vers l’extrémité interne 11 de l’aube 1 suivant la direction d’épaisseur Y de l’aube 1. La cavité intérieure 4 est située en une position radialement externe par rapport à l’ouverture 5 et présente ainsi une épaisseur maximale au niveau de l’ouverture 5, c’est-à-dire au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1.
Une plaque 10 peut être fixée sous et contre la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 et être située sous et contre l’ouverture 5 et le renfort 6. La plaque 10 permet de faire une liaison entre la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31.
L’aube 1 peut être une aube de redresseur à calage variable. Le redresseur comprend un moyeu monté fixe par rapport au carter 101 de la turbomachine 100, et est donc non tournant. Les aubes 1 de redresseur s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe longitudinal X. L’aube 1 comprend alors un mécanisme d’actionnement permettant de modifier l’angle de calage de l’aube afin d’adapter les performances de la turbomachine 100 aux différentes phases de vol. De plus, chaque aube 1 comprend une attache, ou pivot, disposée au niveau du pied 14 de l’aube 1. L’attache est montée rotative par rapport au moyeu autour de l’axe de calage. Plus précisément, l’attache est montée rotative à l’intérieur d’un logement ménagé dans le moyeu, par l’intermédiaires de billes ou d’autres éléments roulants. Ainsi, chaque pied 14 de l’aube 1 de redresseur est monté pivotant suivant un axe de calage et relié à un système de changement de pas monté dans la turbomachine 100.
Un renfort 6 (en anglais « Spar filler »), illustré à titre d’exemple non limitatif en , est un sous-composant de l’aube 1. Le renfort 6 est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure 4 de sorte à boucher l’ouverture 5. En outre, le renfort 6 permet d’aider au formage et/ou au compactage des peaux tissées tridimensionnellement.
Le renfort 6 comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant. Les découpes peuvent présenter des longueurs supérieures ou égales à 1 mm. Le tackifiant peut comprendre une résine époxy solubilisée dans un solvant.
Le renfort 6 décrit ci-dessus permet de combler l’ouverture 5 entre la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31, de former correctement les peaux tissés 3D et d’apporter une résistance mécanique améliorée une fois la pièce polymérisée, en particulier une raideur en flexion, au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1 qui est une zone où les contraintes sont les plus grandes. Le renfort 6 permet donc un compromis satisfaisant entre raideur et masse pour améliorer la tenue mécanique de l’aube 1, par exemple comparé à l’ajout d’un longeron ou comparé à une augmentation de l’épaisseur des peaux 2, 3 extérieures composites. La rigidification de la zone située au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1 permet de réduire les contraintes dans les peaux 2, 3 extérieures composites en comparaison d’une solution dont la cavité serait remplie uniquement de mousse ou munie d’un insert tel que décrit dans le document FR 3 063 514 A1. L’augmentation de la raideur permet également de limiter le déplacement de l’extrémité externe 12 de l’aube 1.
Le mélange de découpes de fibre et de tackifiant permet de créer un renfort 6 présentant un volume significatif et un profil, c’est-à-dire une géométrie, complexe avec de fortes variations de dimensions, en particulier de fortes variations d’épaisseur sur une hauteur réduite. Le renfort 6 peut ainsi boucher la cavité intérieure 4 de l’aube 1, en particulier au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube 1 située au niveau de la zone de fixation de l’aube 1 sur un carter 101 de la turbomachine 100.
En outre, le mélange de découpes de fibre et de tackifiant permet d’obtenir un renfort qui présente une cohésion suffisante pour assurer son rôle de renfort structurel de l’aube 1. L’utilisation de simples découpes de fibre seules ne permettrait pas une telle cohésion.
En outre, le mélange de découpes de fibre et de tackifiant est simple et rapide à fabriquer.
Enfin, l’utilisation d’un tel mélange, en particulier contenant des fibres courtes de longueurs supérieures ou égales à 1 mm, permet de maîtriser exactement la composition du renfort 6 obtenu, par exemple la quantité de fibres et le taux volumique de fibres.
Le renfort 6 peut présenter une rigidité supérieure à 15 (+/-5) GPa dans la direction radiale R de l’aube 1. Ainsi, le renfort 6 contribue à la raideur globale de l’aube 1, pour limiter le risque de flambage et améliorer le placement fréquentiel de l’aubage comprenant l’aube 1.
Le taux volumique de fibres du renfort 6 est de préférence compris entre 20% et 50%, par exemple entre 30% et 45%, de sorte à assurer des propriétés mécaniques du renfort 6 optimales.
Le renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure 4 de l’aube 1 au niveau de l’ouverture 5. Ainsi, le renfort 6 est disposé dans la cavité intérieure 4 de sorte à boucher l’ouverture 5. Le renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions la cavité intérieure 4 sur toute une hauteur du renfort 6, le renfort 6 étant disposé dans une partie de la cavité intérieure 4 de sorte à remplir au moins partiellement ladite cavité intérieure 4. Plus particulièrement, le renfort 6 peut comprendre une partie de pied disposée dans la partie de pied de la cavité intérieure 4 et une partie de pale disposée dans la partie de pale de la cavité intérieure 4. La partie de pied du renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement aux dimensions de la partie de pied de la cavité intérieure 4 de sorte que la partie de pied du renfort 6 bouche entièrement la partie de pied de la cavité intérieure 4. La partie de pale du renfort 6 peut présenter des dimensions correspondant sensiblement aux dimensions d’une partie de la partie de pale de la cavité intérieure 4 de sorte que la partie de pale du renfort 6 bouche partiellement la partie de pale de la cavité intérieure 4.
Le renfort 6 peut présenter une forme évasée vers le bas, c’est-à-dire une forme en entonnoir inversé. Ainsi, une forme du renfort 6 correspond sensiblement à une forme de la cavité intérieure 4 de l’aube 1 au niveau des parties d’extrémité de l’aube 1 qui s’écartent l’une de l’autre suivant la direction d’épaisseur Y de l’aube 1.
Par la suite, il est fait référence à une fibre découpée. Il est entendu que les découpes peuvent être réalisées dans une seule fibre ou dans plusieurs fibres, les plusieurs fibres étant découpées pour obtenir les découpes.
La fibre peut fibre une fibre de carbone telle qu’une fibre IM7 ou une fibre T1100. En variante, la fibre peut être une fibre de verre. La fibre peut être une fibre sur-ensimée.
Les découpes peuvent présenter des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm. Ainsi, les découpes sont encore plus courtes, la fibre à partir de laquelle les découpes sont obtenues peut être plus courte, et la composition du renfort 6 peut être maîtrisée avec une meilleure répétabilité.
La fibre découpée peut être un lé de préimprégné comprenant des fibres, par exemple des fibres de carbone.
La fibre découpée peut être une fibre recyclée. L’utilisation d’une fibre recyclée et découpée pour un sous-composant de type renfort 6 d’une pièce structurelle de type aube 1 d’une turbomachine permet de réduire le coût du renfort 6, et de fabriquer rapidement un renfort 6 de forme complexe. La fibre recyclée peut par exemple être une fibre issue d’une fin de bobine, par exemple d’une fin de bobine non utilisée à la fin d’une campagne de tissage, ou issue d’une chute de la préforme tissée de l’aube 1, par exemple d’une découpe de fils de surface (en anglais « trimming ») de la préforme tissée de l’aube 1, etc.
En variante, la fibre découpée peut être une fibre neuve. L’utilisation d’une fibre neuve peut permettre d’adapter et d’améliorer les propriétés mécaniques du renfort 6 en fonction des propriétés souhaitées.
Le tackifiant peut comprendre entre 20% et 85% en masse de résine époxy et entre 15% et 80% en masse de solvant, de préférence environ 25% en masse de résine époxy et environ 75% en masse de solvant. De telles proportions massiques d’environ 25% résine époxy et d’environ 75% de solvant permettent d’obtenir un tackifiant présentant des propriétés optimales pour la réalisation du renfort 6. Lorsque la proportion de résine époxy est augmentée jusqu’à environ 85%, la cohésion du mélange de tackifiant et de découpes de fibre est encore assurée.
La résine époxy peut être par exemple de la résine PR520, du DGEBA ou du DGEBF. La résine PR520 présente de bonnes propriétés tackifiantes. La résine époxy, en particulier la résine PR520, est solubilisée dans un solvant pour obtenir le tackifiant. En effet, à température ambiante, la résine PR520 présente une viscosité importante, ce qui rend le mélange de la résine PR520 non solubilisée avec les découpes de fibre difficile voire impossible. En outre, il n’est pas nécessaire d’apporter une grande quantité de résine époxy aux découpes de fibre pour assurer la cohésion du mélange. Par conséquent, solubiliser la résine époxy dans un solvant ne nuit pas à la cohésion du renfort 6.
Le solvant peut être de l’acétone, ou tout autre solvant compatible de la résine époxy utilisée, c’est-à-dire permettant de solubiliser la résine époxy. Le mélange de résine PR520 et d’acétone permet d’obtenir un tackifiant présentant des propriétés satisfaisantes. En particulier, le tackifiant peut comprendre environ 25% en masse de résine PR520 et environ 75 % en masse d’acétone, pour obtenir un tackifiant présentant des propriétés optimales pour la réalisation du renfort 6.
Le mélange peut comprendre entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée. Un ratio d’environ 75% en masse de tackifiant et d’environ 25% en masse de fibre coupée permet d’obtenir une texture de mélange idéale pour la fabrication du renfort 6.
Le renfort 6 est délimité radialement par une bordure interne et une bordure externe opposée à la bordure interne. Une distance, par exemple une distance moyenne, entre la bordure interne et la bordure externe du renfort 6, correspond à une hauteur du renfort 6. La bordure interne du renfort 6 peut être disposée au niveau de l’ouverture 5. Le renfort 6 peut s’étendre entre la bordure interne et la bordure externe sur au moins une partie de la hauteur du pied 14 de l’aube 1 et le cas échéant sur au moins une partie de la hauteur de l’aube 1.
La hauteur du renfort 6 peut être supérieure à 3% de la hauteur de l’aube 1, par exemple être supérieure à 5% de la hauteur de l’aube 1, par exemple être supérieure à 10% de la hauteur de l’aube 1. La hauteur du renfort 6 peut être inférieure à 50% de la hauteur de l’aube 1, par exemple être inférieure à 25% de la hauteur de l’aube 1, par exemple être inférieure à 15% de la hauteur de l’aube 1, par exemple être inférieure à 10% de la hauteur de l’aube 1. A titre d’exemple non limitatif, la hauteur du renfort 6 peut être comprise entre 5% et 15% de la hauteur de l’aube 1.
Dans un premier mode de réalisation, le renfort 6 s’étend au-dessous de, c’est-à-dire en une position radialement plus interne que, la ligne d’écoulement secondaire Fs délimitant l’espace d’écoulement du flux secondaire de la turbomachine 100. Ainsi, le renfort 6 s’étend dans une partie seulement du pied 14 de l’aube 1. La raideur de l’aube 1 est donc augmentée au niveau du pied 14 de l’aube 1 et l’impact de masse du fait de la présence du renfort 6 sur l’aube 1 est limité. Par exemple, la hauteur du renfort 6 peut être inférieure à 50 mm. La hauteur du renfort 6 peut être inférieure à environ 10% de la hauteur de l’aube 1, voire inférieure à environ 5% de la hauteur de l’aube 1, voire inférieure à environ 3% de la hauteur de l’aube 1.
Dans un deuxième mode de réalisation, le renfort 6 s’étend dans une partie du pied 14 de l’aube 1 et dans une partie de la pale 13. Une extrémité amont de la bordure externe du renfort 6, c’est-à-dire une extrémité du renfort située du côté du bord d’attaque 8 de l’aube 1, s’étend au-dessus de, c’est-à-dire en une position radialement plus externe que, la ligne de flux secondaire Fs au niveau du bord d’attaque 8 de l’aube 1. Une extrémité aval de la bordure externe du renfort 6, c’est-à-dire une extrémité du renfort située du côté du bord de fuite 9 de l’aube 1, s’étend en-dessous de, c’est-à-dire en une position radialement plus interne que, la ligne de flux secondaire Fs au niveau du bord de fuite 9 de l’aube 1. Ainsi, la raideur de l’aube 1 est augmentée au niveau du pied 14 de l’aube 1 et au niveau du bord d’attaque 8 de l’aube 1, où sont localisées une grande partie des contraintes, tout en limitant l’impact de masse sur l’aube 1 comprenant le renfort 6. Par exemple, la hauteur du renfort 6 peut être comprise entre 50 mm et 100 mm. La hauteur du renfort 6 peut être comprise entre environ 3% et environ 20% de la hauteur de l’aube 1, par exemple être comprise entre environ 10% et environ 15% de la hauteur de l’aube 1.
Dans un troisième mode de réalisation, le renfort 6 s’étend dans le pied 14 de l’aube 1 et dans au moins une partie de la pale 13 de l’aube 1, une bordure externe du renfort 6 s’étendant radialement au-dessus de, c’est-à-dire en une position radialement plus externe que, la ligne de flux secondaire Fs. Ainsi, le renfort 6 s’étend dans le pied 14 de l’aube 1 sur toute la hauteur du pied 14 de l’aube 1, et s’étend en outre dans la pale 13 de l’aube 1, sur au moins une partie de la hauteur de la pale 13, voire sur sensiblement toute la hauteur de la pale 13. Ainsi, la raideur de l’aube 1 est encore augmentée, à la fois au niveau du pied 14 de l’aube 1 et au niveau du bord d’attaque 8 et du bord de fuite 9 de la pale 13. Par exemple, la hauteur du renfort 6 peut être supérieure à 100 mm. La hauteur du renfort 6 peut être supérieure à environ 5% de la hauteur de l’aube 1, voire supérieure à environ 10% de la hauteur de l’aube 1, voire supérieure à environ 20% de la hauteur de l’aube 1, voire supérieure à environ 50% de la hauteur de l’aube 1.
L’aube 1 peut en outre comprendre un matériau de remplissage 41 disposé dans la cavité intérieure 4 radialement entre le renfort 6 et l’extrémité externe 12 de l’aube 1. Le matériau de remplissage 41 s’étend ainsi radialement au-dessus du renfort 6, c’est-à-dire en une position radialement plus externe que le renfort 6, à distance de l’ouverture 5. Le matériau de remplissage 41 peut être disposé contre le renfort 6, c’est-à-dire au contact de la bordure externe du renfort 6.
Le matériau de remplissage 41 peut présenter une densité inférieure à une densité du renfort 6 et/ou inférieure à une densité du matériau composite des peaux 2, 3 extérieures, le matériau de remplissage 41 étant insérée dans une zone creuse de l’aube 1 qui n’est pas une zone structurale et ne nécessite donc pas d’être renforcée. Le matériau de remplissage 41 peut présenter par exemple une densité de l’ordre d’une centaine de kg/m3et une raideur de l’ordre d’une centaine de MPa. Le matériau de remplissage 41 peut être intégré dans une ou plusieurs pièces de remplissage, chaque pièce de remplissage étant adaptée pour être disposée dans la cavité intérieure 4 de l’aube 1.
Le matériau de remplissage 41 peut par exemple être une mousse, telle qu’une mousse d’origine organique (polyethacrylimide, polytéréphtalate d'éthylène (PET), polychlorure de vinyle (PVC), polyétherimide (PEI), polyvinyl, carbone, polyisocyanurate, polyuréthane, etc.) ou métallique (notamment en alliage d’aluminium), ou encore un nid d’abeilles du type Nomex® (comprenant des fibres aramides calandrées en feuilles et recouvertes de résine phénolique), en kevlar, en fibres de verre ou encore en aluminium.
Le matériau de remplissage 41 peut être disposé uniquement dans la partie de pale de la cavité intérieure 4, en particulier lorsque le renfort 6 s’étend dans toute la partie de pied de la cavité intérieure 4 et dans une partie de la partie de pale de la cavité intérieure 4. Le matériau de remplissage 41 peut s’étendre dans une partie seulement de la partie de pale de la cavité intérieure 4, ou dans toute la partie de pale de la cavité intérieure 4, en particulier lorsque le renfort 6 s’étend dans une partie seulement de la partie de pied de la cavité intérieure 4. Le matériau de remplissage 41 permet de raidir les peaux 2, 3 extérieures et/ou de conférer aux peaux extérieures 2, 3 la forme finale de la pale 13, avec un impact minimal sur la masse de l’aube 1.
Un procédé de fabrication d’un renfort 6 tel que décrit ci-dessus pour une aube 1 de turbomachine 100 telle que décrite ci-dessus comprend les étapes suivantes :
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant.
Le procédé décrit ci-dessous présente globalement les mêmes avantages que ceux décrits concernant le renfort 6 décrit ci-dessus. Le procédé permet en particulier de créer rapidement un renfort 6 présentant une géométrie complexe.
En outre, le procédé est particulièrement simple à réaliser, en ce qu’il ne nécessite pas d’étape de découpe, ni d’utilisation d’autoclave.
Les caractéristiques de propriétés de la fibre, de composition du tackifiant, de composition du mélange des découpes et du tackifiant, etc., décrites ci-dessus concernant le renfort 6, peuvent indépendamment être utilisées dans les étapes du procédé décrit ci-dessus. En particulier, la fibre découpée dans l’étape E1 peut être une fibre de carbone ou de verre, et peut être une fibre recyclée ou une fibre neuve. Les découpes obtenues à l’issue de l’étape E1 peuvent présenter des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm. La résine époxy utilisée dans l’étape E2 pour préparer le tackifiant peut être une résine PR520. Le solvant utilisé dans l’étape E2 pour préparer le tackifiant peut être de l’acétone. Le tackifiant préparé dans l’étape E2 peut comprendre entre 20% et 85% en masse de résine époxy et entre 15% et 80% en masse de solvant, de préférence environ 25% en masse de résine époxy et environ 75% en masse de solvant. Le mélange des découpes avec le tackifiant préparé dans l’étape E3 peut comprendre entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée.
L’étape E1 peut comprendre la découpe d’une ou de plusieurs fibres, de sorte à obtenir les découpes de fibres. L’étape E1 peut correspondre à une découpe simultanée de plusieurs fibres.
L’étape E2 de préparation du tackifiant peut comprendre, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en , une sous-étape E21 de fourniture de la résine époxy et une sous-étape E22 de fourniture du solvant.
L’étape E3 de mélange des découpes et du tackifiant peut consister à mélanger les fibres coupées et le solvant dans les proportions massiques décrites ci-dessus. Le mélange des découpes et du tackifiant dans l’étape E3 permet d’incorporer le tackifiant aux découpes de fibre.
Dans un premier exemple de réalisation de l’étape E3, les découpes de fibres sont placées dans un contenant. Le tackifiant est versé dans le contenant, avant le mélange ou progressivement au cours du mélange. L’ensemble de découpes et de tackifiant est mélangé dans le contenant jusqu’à absorption totale du tackifiant par les découpes de fibre. Pour des faibles volumes, il est possible de procéder manuellement au mélange. Pour une application industrielle, il est possible d’utiliser des robots mélangeurs afin de figer les paramètres clés tels que les outils de mélange, la vitesse de rotation, le temps de mélange, etc., et d’améliorer ainsi la répétabilité du mélange.
Dans un deuxième exemple de réalisation de l’étape E3, le tackifiant est pulvérisé sur les découpes de fibres.
En vue de réaliser l’étape E4 de compactage, le mélange de découpes de fibre et de tackifiant est déposé dans une cavité 410 d’un outillage 400 de mise en forme et/ou de compactage et/ou de séchage. L’outillage 400 peut comprendre un moule formant la cavité 410. Le caractère pâteux et visqueux du mélange de découpes de fibre et de tackifiant permet de répartir de manière homogène la fibre dans la cavité 410 de l’outillage 400, y compris pour une cavité 410 présentant une géométrie complexe. En particulier, la cavité 410 du moule de l’outillage 400 peut présenter une contreforme par rapport au renfort 6 à créer, des dimensions de la contreforme correspondant sensiblement à des dimensions de la partie de la cavité intérieure 4 de l’aube 1 dans laquelle le renfort 6 est destiné à être disposé. Le mélange de découpes de fibre et de tackifiant est déposé dans la cavité 410 de sorte à remplir la cavité 410 en vue de créer le renfort 6 présentant la géométrie souhaitée. L’outillage 400 peut alors être refermé en vue de l’étape de compactage E4.
L’étape E4 de compactage permet de compacter le mélange de découpes de fibre et de tackifiant placé dans la cavité 410 pour obtenir les dimensions finales du renfort 6 souhaitées et assurer la cohésion du mélange. L’outillage 400 peut être de type boîte, la boîte comprenant différents inserts à refermer pour assurer le compactage. En variante, l’outillage 400 peut être de type matrice ou poinçon, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en . Le poinçon vient alors compacter la fibre de manière homogène. Le moule formant la cavité 410 peut être serré, par exemple sous pression.
Le mélange compacté est alors gorgé de solvant. L’étape E5 de séchage permet d’accélérer l’évaporation du solvant, pour obtenir une pièce durcie. L’étape E5 de séchage peut comprendre un cycle de séchage en étuve. L’étape E5 de séchage peut être effectuée dans l’outillage 400. Pour un renfort 6 présentant un taux volumique de fibres d’environ 40% et une cavité d’environ 95 centimètres cubes, l’étape E5 de séchage peut être effectuée pendant une durée d’environ 3 heures et à une température d’environ 120°C. Le cycle de l’étape E5 de séchage peut être adapté en fonction de la nature des découpes de fibres, de la composition du tackifiant, et des proportions massiques du mélange de découpes de fibre et de tackifiant, utilisés pour réaliser le renfort 6.
Le procédé peut comprendre en outre une étape E6 de démoulage du mélange compacté lors de l’étape E4 et séché lors de l’étape E5, afin de retirer le mélange compacté et séché de l’outillage 400. L’outillage 400 ayant préalablement été recouvert de téflon, le démoulage du mélange compacté et séché lors de l’étape E6 est possible en retirant les cales une par une.
Le mélange compacté et séché comprend des interstices qu’une résine va pouvoir venir combler lors d’une co-injection réalisée dans l’étape E11 décrite ci-dessous. En fonction de la résine utilisée, le mélange compacté et séché peut être partiellement polymérisé, ce qui permet d’augmenter sa rigidité, ou peut ne pas être polymérisé. Dans le cas de l’utilisation lors de l’étape E2 d’une résine PR520 pour préparer le tackifiant, le mélange compacté et séché obtenu est partiellement polymérisé, en particulier est suffisamment rigide pour être manipulé et drapé en tant que sous-composant de l’aube 1. En outre, la polymérisation partielle du mélange compacté et séché permet d’obtenir une bonne interface lors de la co-injection du renfort 6 avec le reste des éléments de l’aube 1 lors de l’étape E11. Dans le cas de l’utilisation lors de l’étape E2 d’une résine époxy sans durcisseur pour préparer le tackifiant, le mélange compacté et séché obtenu n’est pas polymérisé, et est donc moins rigide, mais est néanmoins suffisamment rigide pour pouvoir être utilisé en tant que sous-composant de l’aube 1.
Une aube 1 telle que décrite ci-dessus peut être obtenue à l’aide du procédé de fabrication qui suit, et qui est illustré à titre d’exemple non limitatif en . Ceci n’est cependant pas limitatif, d’autres procédés pouvant être envisagés pour la réalisation d’une telle aube 1. Le procédé de fabrication de l’aube 1 peut comprendre les étapes suivantes :
Réalisation d’une préforme composite de l’aube 1 composite lors d’une étape E0, ladite préforme comprenant une première peau 2 extérieure et une deuxième peau 3 extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe 12 de l’aube 1, la première peau 2 comprenant une première partie d’extrémité interne 21, la deuxième peau 3 comprenant une deuxième partie d’extrémité interne 31, la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure 4 de l’aube 1 débouchant dans une ouverture 5 au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube 1, l’extrémité interne 11 étant radialement opposée à l’extrémité externe 12 ;
Fabrication d’un renfort 6 au moyen d’un procédé de fabrication d’un renfort 6 tel que décrit ci-dessus, le renfort 6 présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure 4 au niveau de l’ouverture 5 ;
Mise en place du renfort 6 dans la cavité intérieure 4 de la préforme d’aube 1 de sorte à boucher l’ouverture 5 ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube 1 et le renfort 6 lors d’une étape E11.
Ce procédé permet d’injecter le renfort 6 en même temps que le reste de l’aube 1. Ainsi, le renfort 6 est lié aux peaux 2, 3 de l’aube 1 sans utilisation de colle ni traitement de surface. En outre, le renfort 6 assure la bonne compaction des peaux 2, 3 de l’aube 1 dans les rayons lors de la mise en forme, assurant le taux volumique de fibre voulu dans les rayons.
La préforme fibreuse de l’aube 1 peut être réalisée lors de l’étape E0 par exemple par tissage tridimensionnel ou tricotage. Dans un exemple de réalisation, l’ébauche fibreuse est tissée en trois dimensions avec réalisation d’une déliaison afin d’obtenir les deux peaux 2, 3 et la cavité intérieure 4, ainsi que décrit ci-dessus concernant l’aube 1. Les deux peaux 2, 3 sont monolithiques au niveau de la tête 12 de l’aube 1, du bord d’attaque 8 et du bord de fuite 9 de la pale 13. La cavité intérieure 4 est ouverte au niveau du pied 14 de l’aube 1 et s’étend jusqu’au sein de la pale 13.
La fabrication de la préforme de l’aube 1 peut comprendre une étape de découpe de fils de surface de la préforme tissée (en anglais, « Trimming »), notamment lorsque des fils de la préforme restent non tissés et dépassent.
Un matériau de remplissage 41 peut être placé dans la cavité intérieure 4, suite à la mise en place du renfort 6 dans la cavité intérieure 4 ou précédemment à cette mise en place.
Lors de l’étape E10, le renfort 6 peut être placé dans la cavité intérieure 4 par exemple en appui contre le matériau de remplissage 41. Le renfort 6 bouche la cavité intérieure 4 de l’aube 1 au niveau de l’ouverture 5.
L’ensemble formé par la préforme fibreuse, le matériau de remplissage 41 et le renfort 6 peuvent alors être placés dans un moule d’injection. Le moule d’injection peut présenter une contreforme de dimensions correspondant sensiblement aux dimensions de l’aube 1 finale moulée, à savoir de la pale 13 et du pied 14 de l’aube 1 souhaitées. Le moule est ensuite fermé, par exemple par une paroi qui bouche l’ouverture 5, en vue de réaliser l’injection.
La résine injectée lors de l’étape E11, qui forme la « matrice » du matériau composite, est une matière généralement plastique. La résine est injectée dans le moule d’injection de manière à imprégner le renfort fibreux des peaux 2, 3, le matériau de remplissage 41 et le renfort 6.
L’injection de la matrice peut être réalisée par une technique d’injection du type RTM ou VARRTM. Dans le cas d’une matière plastique, la matrice injectée est par exemple une composition liquide thermodurcissable contenant un précurseur organique du matériau de la matrice. Le précurseur organique se présente habituellement sous forme d’un polymère, tel qu’une résine, éventuellement dilué dans un solvant. De manière connue en soi, la matière plastique est ensuite chauffée de manière à provoquer sa polymérisation, par exemple par réticulation. A cet effet, le moule d’injection est placé dans une étuve. La pièce obtenue peut ensuite être démoulée hors du moule d’injection.
Optionnellement, un bord d’attaque 8 peut être inséré dans la partie amont de la préforme de l’aube 1. Une couche extérieure formant le bord d’attaque 8 est alors placée sur la préforme pour réaliser l’appairage du bord d’attaque 8. Puis, le bord d’attaque 8 est passé à l’autoclave pour être collé à la préforme.
Puis, une ou plusieurs étapes de finitions et/ou de parachèvements divers peuvent être réalisées. Par exemple, la pièce démoulée peut être détourée par usinage afin de supprimer les sur-longueur et d’obtenir une pièce présentant la forme désirée, malgré une éventuelle rétractation des fibres du renfort fibreux pendant la polymérisation de la matière plastique. Les épaisseurs sacrificielles sont notamment usinées afin d’obtenir les surfaces de référence du pied 14 de l’aube 1. Des passages traversants sont par ailleurs usinés dans les peaux 2, 3 afin de recevoir le système de fixation. Le cas échéant, des lamages sont également usinés autour des passages traversants.
Claims (10)
- Renfort (6) pour une aube (1) de turbomachine (100), l’aube (1) comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31), la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11) de l’aube (1), l’extrémité interne (11) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12), dans lequel le renfort (6) est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5), et dans lequel le renfort (6) comprend un mélange de découpes d’au moins une fibre et d’un tackifiant, les découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm, le tackifiant comprenant une résine époxy solubilisée dans un solvant.
- Renfort (6) selon la revendication 1, dans lequel dans lequel les découpes sont obtenues à partir d’un lé de préimprégné comprenant des fibres de carbone, de préférence dans lequel le lé de préimprégné est recyclé.
- Renfort (6) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le tackifiant comprend entre 20% et 85% en masse de résine époxy, de préférence environ 25% en masse de résine époxy, dans lequel la résine époxy est de préférence de la résine PR520 et le solvant est de préférence de l’acétone.
- Renfort (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le mélange comprend entre 65% et 85% en masse de tackifiant et entre 15% et 35% en masse de fibre coupée, de préférence environ 75% en masse de tackifiant et environ 25% en masse de fibre coupée.
- Renfort (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les découpes présentent des longueurs comprises entre 1 mm et 15 mm, par exemple comprises entre 3 mm et 6 mm.
- Aube (1) de turbomachine (100), comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31), la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11) de l’aube (1), l’extrémité interne (11) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12), l’aube (1) comprenant en outre un renfort (6) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le renfort (6) présente des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure (4) au niveau de l’ouverture (5), le renfort (6) étant disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5).
- Aube (1) selon la revendication 6, comprenant en outre un matériau de remplissage (41) disposé dans la cavité intérieure (4) radialement entre le renfort (6) et l’extrémité externe (12) de l’aube (1).
- Turbomachine (100) non carénée, comprenant :
- un carter (101) ;
- une soufflante (200) ayant un moyeu (201) de soufflante (200) et des pales périphériques (202) de soufflante (200), solidaires du moyeu (201) de soufflante (200), le moyeu (201) de soufflante (200) ayant une partie aval (203) de moyeu (201) qui est entourée par une surface interne (102) d’une partie amont (103) du carter (101) et qui dépasse de la partie amont (103) du carter (101), le moyeu (201) de soufflante (200) étant monté à rotation par rapport à la partie amont (103) du carter (101) autour de l’axe longitudinal (X) ; et
- au moins une aube (1) de redresseur selon la revendication 6 ou la revendication 7, ladite aube (1) étant située en aval par rapport aux pales périphériques (202) de soufflante (200), ladite aube (1) étant montée sur une surface externe de la partie amont (103) du carter (101) au niveau d’une extrémité interne de l’aube (1), le renfort (6) étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube (1). - Procédé de fabrication d’un renfort selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 pour une aube (1) de turbomachine (100), comprenant les étapes suivantes :
E1 : Découpe d’au moins une fibre pour obtenir des découpes présentant des longueurs supérieures ou égales à 1 mm ;
E2 : Préparation d’un tackifiant par solubilisation d’une résine époxy dans un solvant ;
E3 : Mélange des découpes avec le tackifiant ;
E4 : Compactage du mélange ; et
E5 : Séchage du mélange compacté de sorte à évaporer le solvant. - Procédé de fabrication d’une aube (1) de turbomachine (100) selon la revendication 6 ou la revendication 7, comprenant les étapes suivantes :
Réalisation d’une préforme composite de l’aube (1) composite (E0), ladite préforme comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31), la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11) de l’aube (1), l’extrémité interne (11) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12) ;
Fabrication d’un renfort (6) au moyen d’un procédé selon la revendication 9, le renfort (6) présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure (4) au niveau de l’ouverture (5) ;
Mise en place du renfort (6) dans la cavité intérieure (4) de la préforme d’aube (1) de sorte à boucher l’ouverture (5) ; et
Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube (1) et le renfort (6) (E11).
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