FR3138668A1

FR3138668A1 - Aube comprenant un renfort métallique provisoire

Info

Publication number: FR3138668A1
Application number: FR2208025A
Authority: FR
Inventors: Alexandre GIMEL; Axel PEREIRA; Florent PEILLON; Anne Claire OPPICI
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2022-08-02
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2024-02-09

Abstract

Aube comprenant un renfort métallique provisoire Un aspect de l’invention concerne une aube comprenant : une pale 12 en composite comprenant un bord d'attaque 16, une face d'extrados 13 et une face d'intrados 15, etun renfort métallique 3 en forme de U, fixé à la pale 12, comprenant un bord d’attaque de recouvrement 36 comprenant une surface concave recouvrant le bord d’attaque 16, une paroi extrados de recouvrement 33 s’étendant d’un côté du bord d’attaque de recouvrement 36, recouvrant une partie de la face extrados 13, comportant entre deux et quatre plis 33ab, 33bc, 33cd formant entre eux une surfaces extrados 33a, 33b, 33c, 33d qui sont successives séparées les unes des autres par le plis 33ab, 33bc, 33cd correspondant, et une paroi intrados de recouvrement 35 recouvrant une partie de la face intrados 13, s’étendant de l’autre côté du bord d’attaque de recouvrement 36.… Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3

Description

Aube comprenant un renfort métallique provisoire

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

L'invention a pour objet une aube comprenant une pale et un renfort de protection protégeant un bord d’attaque de la pale. Il peut s'agir, par exemple, d'une pale d'aube de turbomachine, d'une pale d'hélicoptère ou d'une pale d'hélice.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Dans le domaine des turbomachines de l'aéronautique et plus particulièrement celui des turboréacteurs d'avion, diminuer la masse des éléments constitutifs du turboréacteur est une préoccupation constante. Cette préoccupation a conduit au développement d'aubes de soufflante ou de redresseur dont les pales sont réalisées en matériau composite à matrice organique, de telles pales composites étant plus légères que les pales métalliques.

Cependant le bord d'attaque de ces pales composites est trop sensible à l'érosion et aux chocs éventuels (oiseaux, graviers, glace, sable, etc.) pour être utilisé sans protection. C'est pourquoi il est connu de protéger ce bord d'attaque à l'aide d'un profilé métallique de renfort, déposé ou collé ou monté sur le bord d’attaque, appelé dans la suite renfort métallique connu aussi sous l’acronyme MLE de l’anglais « Metalic Leading Edge – MLE ». Ce renfort métallique protège donc chaque pale de l’hélice en composite et assure l’aérodynamisme de la pièce. Le renfort métallique doit donc avoir une forme épousant la forme d’une partie de la surface intrados et de la surface extrados s’étendant du bord d’attaque de la pale. Cette partie est généralement complexe, elle est généralement courbée en 3D ou en 2D. En 3D, la pale est vrillée et en 2D elle a une forme généralement d’une portion d’un cylindre. Même dans d’une pâle 2D, la fabrication du renfort métallique est complexe et couteuse.

Pour réaliser ce renfort métallique, il est connu le brevet EP2741890B1 de la demanderesse, des renforts métalliques réalisés en déposant un revêtement métallique par projection thermique en compression sur le bord d’attaque. Ces renforts sont jugés très complexes et long à réaliser.

Dans le cas de projet de nouveau moteur ou hélice, une démonstration technique doit être faite. Cette démonstration s’appuie sur la rotation de plusieurs moteurs, au sol et en vol. Avant ces rotations moteur, des essais partiels sont réalisés afin de valider les critères fonctionnels de la pièce en question.

Dans le cas d’un des essais l’hélice principal du rotor est testée. Cette hélice doit répondre aux fonctions d’aérodynamisme, de tenue à l’érosion, de tenue mécanique, d’impact et de dégivrage. La mise en place de ces essais partiels nécessite donc un besoin de protection des pales dans un temps relativement court.

En particulier, dans le cas d’une nouvelle mise à disposition tardive de la définition d’une pale à face extrados ayant au moins une partie du côté du bord d’attaque en 2D, c’est-à-dire ayant une forme d’une portion de cylindre (pas forcément droit, par exemple comprenant uniquement des génératrices parallèles) pour réaliser une démonstration technique, il existe un besoin d’un moyen de protection qui engendre un temps d’industrialisation très court de cette protection.

L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de réaliser un renfort métallique pour une pale en composite.

Un aspect de l’invention concerne une aube comprenant :

une pale en composite comprenant :
- un bord d'attaque et un bord de fuite à l’opposé axialement du bord d’attaque,
- une face d'extrados ayant une partie avant s’étendant du bord d’attaque et une face d'intrados , la face d'extrados et la face d'intrados sont reliées l’une à l’autre d’une part par le bord d’attaque et d’autre part par le bord de fuite,
un renfort métallique fixé à la pale, ayant une forme de U comprenant :
- un bord d’attaque de recouvrement comprenant une surface concave recouvrant le bord d’attaque de l’aube pour le protéger,
- une paroi extrados de recouvrement s’étendant d’un côté du bord d’attaque de recouvrement, recouvrant la partie avant de la face extrados, comportant entre deux et quatre plis formant entre eux une surfaces extrados qui sont successives séparées les unes des autres par le plis correspondant,

une paroi intrados de recouvrement recouvrant une partie de la face intrados, s’étendant de l’autre côté du bord d’attaque de recouvrement.

Grâce à l’invention, le temps de fabrication d’une protection de pale en composite ayant une partie avant de face extrados ayant une partie avant s’étendant du bord d’attaque. Un tel renfort métallique est très facilement réalisable sur un bord d’attaque en forme de portion de cylindre (le cylindre peut avoir plusieurs génératrices) dont le temps de fabrication est fortement réduit par rapport aux solutions complexes de l’art antérieur. En effet, le simple fait de plier une tôle selon plusieurs angles est nettement moins long est moins complexe que de réaliser un renfort métallique ayant la même forme que le profil aérodynamique de la face extrados ou de réaliser un dépôt d’un revêtement métallique par projection thermique en compression sur le bord d’attaque. Le renfort métallique provisoire permet de réaliser la démonstration technique dans les temps puis ensuite si besoin être démonté pour y réaliser une protection complexe et longue, par exemple par projection thermique en compression sur le bord d’attaque. Les plis permettent d’impacter le moins possible le profil aérodynamique de la pièce pour la démonstration technique. La pale comprend entre 3 et 5 surfaces extrados séparées les unes des autres par un pliage (soit 2 à 4 plis pour la paroi extrados) pour avoir le meilleur compromis entre la fonctionnalité de la pièce et le temps de fabrication. En effet, si le renfort métallique ne comprend qu’un seul plis (deux surfaces extrados), elle impactera de façon trop importante l’aérodynamisme pour être fonctionnelle pendant la démonstration technique. Si le nombre de plis est supérieur à 4 alors le temps & couts de fabrication sera trop proche de celui d’ajouter un renfort métallique connu d’une série de production. En effet, si le renfort métallique comprend un pliage pour suivre la forme de la pale, en particulier la forme extrados de la pale, l’outillage de pliage complexe de pliage prendrait 3/4 mois à être réalisé alors qu’un outillage de pliage de l’invention avec entre 2 et 4 pliages peut être réalisé en un seul mois. Ainsi le fait de minimiser le nombre de droite (pliage) permet de minimiser le coût de production et le temps de production tout en restant proche du profil aérodynamique.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’aube selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

Selon un mode de réalisation, le renfort métallique est en Inox.
Selon un mode de réalisation, le renfort métallique est collé à la pale.
Selon un mode de réalisation, la paroi intrados de recouvrement comprend une surface intrados plane et une surface interne plane plaquée contre la face intrados.
Selon une variante du mode de réalisation précédent, la face d'intrados a une forme courbée et la paroi intrados de recouvrement comprend entre deux et quatre plis formant entre eux une surfaces extrados qui sont successives séparées les unes des autres par le plis correspondant. Selon un exemple, la partie de la face intrados a une forme courbée en 2D. La forme courbée 2D est donc une portion cylindrique.
Selon un mode de réalisation, la face d'extrados de la pale est en 2D. (elle a une forme de portion de cylindre (qui peut être un cylindre droit ou un cylindre comprenant uniquement des génératrices parallèle contrairement à une pâle dite 3D comprenant des formes complexes ayant des génératrices non parallèle).
Selon un mode de réalisation, la face d'extrados de la pale comprend une forme de portion de cylindre (qui peut être un cylindre droit ou un cylindre comprenant uniquement des génératrices parallèle contrairement à une pâle dite 3D comprenant des formes complexes ayant des génératrices non parallèle).
Selon un mode de réalisation, la pale a une épaisseur constant entre le bord d’attaque et le bord de fuite. La face d'extrados de la pale et la face intrados de la pale sont donc parallèles.
Selon un mode de réalisation, chaque surface extrados est plane.
Selon un mode de réalisation, la valeur de la longueur axiale de chaque surface extrados augmente en s’éloignant du bord d’attaque de protection.
Selon un mode de réalisation, la paroi extrados de recouvrement comprend :
- un premier pli formé entre la première surface extrados et la deuxième surface extrados,
- un deuxième pli formé entre la deuxième surface extrados et la troisième surface extrados et
- un troisième pli formé entre la troisième surface extrados et la quatrième surface extrados.
Selon un mode de réalisation, une première surface extrados s’étend de façon tangente avec le bord d’attaque de recouvrement.
Selon un mode de réalisation, chaque pli du renfort métallique est concave du côté interne faisant face à la pale et est convexe du côté externe.

L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

montre une représentation schématique selon une vue de côté d'une aube disposée sur un disque rotor, selon un mode de réalisation de l'invention.

montre une représentation schématique d’une coupe d’un renfort métallique de l’aube selon la .

montre une représentation schématique d’une coupe A-A d’une partie de l’aube selon la .

DESCRIPTION DETAILLEE

montre une représentation très schématique d’une partie d’une turbomachine représentant un rotor R selon un schéma de principe. Le rotor R comprend un arbre rotor 6 (représenté de façon symbolique par un rectangle) entrainé en rotation autour d’un axe de rotation X. Le rotor R comprend une hélice principale comprenant un disque 4 (représenté aussi de façon symbolique par un rectangle) solidaire de l’arbre rotor 6 et des aubes 1 montées sur le disque 4 de l’hélice principal. La représente une seule aube 1 de l’hélice principale et une autre aube 2 d’une hélice secondaire. Dans la suite, les termes « radial, radialement, axial, axialement » sont déterminées selon l’axe de de rotation X.

L’aube 1 comprend une pale 12 qui est la partie de l'aube 1 destinée à être située dans le flux d'air traversant la turbomachine. L'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal de ce flux.

La pale 12 définit la surface aérodynamique de l'aube 1 et s'étend selon une première direction axiale entre un bord d'attaque 16 et un bord de fuite 18. L’aube 1 comprend un pied 14 monté dans une alvéole du disque 4 pour être solidaire du disque 4, commun à plusieurs aubes. La pale 12 s’étend du pied 14 selon une deuxième direction radiale (correspondant à la direction longitudinale de la pale 12) de ce pied 14 jusqu’à son sommet 11.

La pale 12 comprend une face d'extrados 13 et une face d'intrados 15 opposée à la face d’extrados 13 qui sont les faces latérales de la pale 12 qui relient le bord d'attaque 16 au bord de fuite 18.

La face d'extrados 13 comprend au moins une partie avant courbée 2D s’étendant du bord d’attaque 16. Cette partie avant courbée est donc une surface d’une portion cylindrique. La face d’extrados 13 peut comporter une surface courbée 2D (portion cylindrique) du bord d’attaque 16 au bord de fuite 18.

Dans cet exemple, la partie avant s’étendant du bord d’attaque 16u de la face d’intrados 15 est plane mais peut aussi avoir une forme courbée 2D. Notamment la pâle peut avoir une épaisseur constante entre la face extrados 13 et la face intrados 15.

L’aube 1 comprend en outre un renfort métallique 3 de protection recouvrant une partie de la pale 12 au niveau du bord d'attaque 16. Ce renfort métallique 3 est représenté selon en coupe sur la . La représente la coupe A-A de la représentant le renfort métallique 3 comprenant un bord d’attaque de recouvrement 36 épousant la forme du bord d'attaque 16, une paroi d'attaque extrados renforcée 33 s’étendant d’un côté du bord d’attaque de recouvrement 36, recouvrant une partie de la face extrados 13 et une paroi d’attaque intrados 35 s’étendant de l’autre côté du bord d’attaque de recouvrement 36 recouvrant une partie de la face intrados 15.

Le renfort de protection 3 présente une section sensiblement en forme de U.

Le renfort de protection 3 est dans ce mode de réalisation une plaque déformée par un pliage, en l’occurrence en Inox.

Le renfort de protection 3 est formé par un pliage courbé principal formant un pli courbé formant le bord d’attaque de recouvrement 36. Le bord d’attaque de recouvrement 36 comprend une partie concave interne en vis-à-vis du bord d’attaque 16, elle peut être aussi en contact notamment par un collage. Le bord d’attaque de recouvrement 36 comprend à l’opposée une partie convexe externe visible de l’extérieur et est adaptée à subir les chocs et l’érosion. Le bord d’attaque de recouvrement 36 est donc la partie courbée de la forme en U. En l’occurrence dans cet exemple, le pli courbé a un rayon de deux centimètres.

La paroi intrados de recouvrement 35 comprend une surface interne comprenant une forme adaptée à la face intrados 15 de la pale 12 et est plaquée contre la face intrados 15 de la pale 12. En l’occurrence dans cet exemple, la surface interne est plane car la partie avant de la face intrados 15 de la pale 12 recouverte par le renfort de protection 3 est plane. Dans le cas où la partie avant de la face intrados 15 de la pale 12 est courbée en 2D, la paroi intrados de recouvrement 35 peut comprendre des plis comme la paroi extrados de recouvrement 33 expliquée dans la suite. Bien entendu, la face intrados 15 de la pale 12 peut aussi comprendre des plis et la surface interne de la paroi intrados de recouvrement 35 peut donc comprendre un ou des plis pour s’adapter à celle de la face intrados 15 de la pale 12.

Dans ce mode de réalisation, la surface interne plane est fixée à la face intrados 15, et est en l’occurrence fixée par collage à la face intrados 15.

La paroi intrados de recouvrement 35 comprend en outre une surface intrados plane (à l’opposé de la surface interne plane) s’étendant du bord d’attaque de recouvrement 36. Cette surface intrados plane et est adaptée à subir les chocs et l’érosion.

Comme visible sur la , la paroi intrados de recouvrement 35 recouvre une petite partie de la surface intrados 15, en l’occurrence moins de 20%.

La paroi extrados de recouvrement 33 recouvre une partie de la face extrados 13, en l’occurrence moins de 20%. La paroi extrados de recouvrement 33 est divisée en plusieurs portions comprenant chacune une surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d qui sont successives séparées les unes des autres par un plis correspondant 33ab, 33bc, 33cd. En l’occurrence, dans ce mode de réalisation, la paroi extrados de recouvrement 33 comprend trois plis 33ab, 33bc, 33cd divisant la paroi extrados de recouvrement 33 en quatre portions formant chacune une surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d. Selon un autre mode de réalisation, la paroi extrados de recouvrement 33 comprend que 2 ou 4 plis formant respectivement 3 ou 5 surfaces extrados.

Dans ce mode de réalisation, chaque surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d est plane simplifiant ainsi la fabrication du renfort métallique 3. Cependant une légère courbure par déformation plastique d’une surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d peut être formée lors du collage du renfort métallique 3 sur la pale 12. En particulier en cas de collage entre une surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d et la face extrados 13 de la pale 12. Ainsi chaque pli 33ab, 33bc, 33cd a un rayon nettement inférieur, par exemple 10 fois plus petit, qu’une courbure d’une surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d formée lors du collage.

Une première surface extrados 33a s’étend du bord d’attaque de recouvrement 36 sur toute sa longueur (radialement). Dans ce mode de réalisation, la première surface extrados 33a s’étend de façon tangente avec le bord d’attaque de recouvrement 36 (c’est-à-dire sans pli entre le bord d’attaque de recouvrement 36 et la première surface extrados 33a). La surface convexe du bord d’attaque de recouvrement 36 est entièrement courbée (en l’occurrence suivant un rayon de 2 cm) et la première surface extrados 33a est plane permettant de distinguer les deux surfaces. Bien entendu, le renfort de protection 3 peut comprendre un autre pli entre le bord d’attaque de recouvrement 36 et la première surface extrados 33a si nécessaire.

La paroi extrados de recouvrement 33 comprend un premier pli 33ab formé entre la première surface extrados 33a et la deuxième surface extrados 33b, un deuxième pli 33bc formé entre la deuxième surface extrados 33b et la troisième surface extrados 33c et un troisième pli 33cd formé entre la troisième surface extrados 33c et la quatrième surface extrados 33d.

Il est donc formé entre deux plis 33ab, 33bc, 33cd successifs, une portion comprenant une surface extrados 33b, 33c, 33d et une surface interne.

La distance entre deux plis successifs 33ab, 33bc, 33cd forme une longueur axiale de surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d. La valeur de la longueur axiale de chaque surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d augmente en s’éloignant du bord d’attaque de protection 36. Autrement dit dans cet exemple, première surface extrados 33a a la longueur axiale la plus petite, la deuxième surface extrados 33b a une longueur axiale plus petite que la troisième surface extrados 33c et la quatrième surface extrados 33d a la longueur axiale la plus grande.

Ainsi le renfort de protection 3 est une la plaque ayant subi différents pliages formant le pli courbé formant le bord d’attaque de renforcement 36 et entre deux et quatre plis 33ab, 33bc, 33cd formant les différentes surfaces extrados 33a, 33b, 33c, 33d successive.

Chaque plis 33ab, 33bc, 33cd de la paroi extrados de recouvrement ainsi que le pli courbé formant le bord d’attaque de recouvrement 36, (soit tous les plis du renfort métallique 3) est concave du côté interne faisant face à la pale 1 et est convexe du côté externe.

Chaque surface extrados 33a, 33b, 33c, 33d s’étend radialement suivant toute la longueur radiale de la pale.

Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

Claims

Aube (1) comprenant :
une pale (12) en composite comprenant :

un bord d'attaque (16) et un bord de fuite (18) à l’opposé axialement du bord d’attaque (16),

une face d'extrados (13) ayant une partie avant s’étendant du bord d’attaque (16) et une face d'intrados (15), la face d'extrados (13) et la face d'intrados (15) sont reliées l’une à l’autre d’une part par le bord d’attaque (16) et d’autre part par le bord de fuite (18),

un renfort métallique (3) fixé à la pale (12), ayant une forme de U comprenant :

un bord d’attaque de recouvrement (36) comprenant une surface concave recouvrant le bord d’attaque (16) de l’aube (1) pour le protéger,

une paroi extrados de recouvrement (33) s’étendant d’un côté du bord d’attaque de recouvrement (36), recouvrant la partie avant de la face extrados (13), comportant des surfaces extrados (33a, 33b, 33c, 33d) et entre deux et quatre plis (33ab, 33bc, 33cd) formant entre deux plis une des surfaces extrados (33a, 33b, 33c, 33d), les surfaces extrados sont successives séparées les unes des autres par le pli (33ab, 33bc, 33cd) correspondant,

une paroi intrados de recouvrement (35) recouvrant une partie de la face intrados (13), s’étendant de l’autre côté du bord d’attaque de recouvrement (36).
Aube (1) la revendication précédente, dans laquelle le renfort métallique (3) est en Inox.
Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le renfort métallique (3) est collé à la pale (12).
Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi intrados de recouvrement (35) comprend une surface intrados plane et une surface interne plane plaquée contre la face intrados (15).
Aube (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle, la partie de la face d'intrados (15) recouvert a une forme courbée et la paroi intrados de recouvrement (35) comprend entre deux et quatre plis formant entre eux les surfaces extrados qui sont successives séparées les unes des autres par le pli correspondant.
Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque surface extrados (33a, 33b, 33c, 33d) est plane.
Aube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, la valeur de la longueur axiale de chaque surface extrados (33a, 33b, 33c, 33d) augmente en s’éloignant du bord d’attaque de protection (36).
Aube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, la paroi extrados de recouvrement (33) comprend :
un premier pli (33ab) formé entre une première surface extrados (33a) et une deuxième surface extrados (33b),

un deuxième pli (33bc) formé entre une deuxième surface extrados (33b) et une troisième surface extrados (33c) et

un troisième pli (33cd) formé entre une troisième surface extrados (33c) et une quatrième surface extrados (33d).
Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, une première surface extrados (33a) s’étend de façon tangente avec le bord d’attaque de recouvrement (36).
Hélice principale d’une turbomachine comprenant un disque (4) et une pluralité d’aubes selon l’une des revendications précédentes, comprenant chacune un pied d’aube (14) monté dans une alvéole du disque (4).