FR3141637A1 - Texture fibreuse pour carter en matériau composite auto-raidi - Google Patents

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Abstract

Texture fibreuse pour carter en matériau composite auto-raidi Texture fibreuse (100) présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de torons de chaîne et une pluralité de couches de torons de trame. La texture fibreuse (100) comprend des première à cinquième portions (130, 140, 150, 160, 170). Les première et cinquième portions (130, 170) s’étendent suivant la direction latérale (Y) à partir respectivement des premier et deuxième bords latéraux (101, 102). La troisième portion (150) comprend des torons de chaîne constitués de fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 290 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,2% et 2%, les autres portions (130, 140, 160, 170) comprenant en tout ou partie des torons de chaîne constitués de fibres ayant un module d’Young supérieur à 250 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,5% et 2,5%. Figure pour l’abrégé : Fig. 2.

Description

Texture fibreuse pour carter en matériau composite auto-raidi
L'invention concerne les carters de turbine à gaz, et plus particulièrement, mais non exclusivement, les carters de soufflante de turbine à gaz pour moteurs aéronautiques.
La fabrication d’un carter en matériau composite débute par la réalisation d’une texture fibreuse sous forme de bande, la texture fibreuse étant réalisée par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame. La texture fibreuse ainsi obtenue est enroulée sur plusieurs tours sur un moule ou un outillage présentant la forme du carter à réaliser et maintenue entre le moule et des segments formant contre-moule de manière à obtenir une préforme fibreuse.
Une fois la préforme fibreuse réalisée, c’est-à-dire à la fin de l’enroulement de la texture fibreuse, l’outillage portant la préforme fibreuse est fermé par des contres-moules puis transporté jusqu’à une étuve ou un four dans lequel la densification de la préforme par une matrice est réalisée, la matrice pouvant être notamment obtenue par injection et polymérisation d’une résine dans la préforme fibreuse.
La illustre un carter de soufflante 200 en matériau composite obtenu comme décrit précédemment. Le carter de soufflante 200 comprend des brides amont et aval 230 et 270 destinées à être fixées respectivement à une manche d’entrée d’air et à une virole de carter intermédiaire (non représentées sur la ). Le carter 200 comprend également une zone de rétention 250 située entre une zone structurale amont 240 et une zone structurale aval 260.
Un carter de soufflante remplit trois fonctions principales, à savoir :
- assurer la liaison de pièces du moteur entre elles,
- définir la veine d'entrée d'air dans le moteur,
- assurer la rétention en retenant les débris ingérés à l’intérieur du moteur, ou les aubes ou fragments d’aubes projetés par centrifugation, afin d’éviter qu’ils ne traversent intégralement le carter et que des débris à hautes énergies soient libérés.
Les deux premières fonctions s’avèrent peu exigeantes en termes de propriétés mécaniques mais sont actives en permanence. En revanche, la troisième fonction, même si elle est très peu utilisée, est très exigeante en termes de propriétés mécaniques. A cet effet, la quantité, la nature et l’agencement des fibres sont définies de manière optimisée dans la zone de rétention du carter de soufflante afin d’être apte à supporter un impact et à retenir les fragments d’aube ou des objets à hautes énergies. Un exemple de carter de soufflante en matériau composite avec une zone de rétention renforcée est décrit notamment dans le document US 2020/271015. La zone de rétention correspond à la partie la plus lourde du carter. Les brides sont également épaisses car elles sont essentielles pour assurer la tenue des interfaces et la reprise des efforts.
Par conséquent, les zones structurales présentes entre les brides et la zone de rétention du carter sont les seules à pouvoir être amincies dans l’optique d’optimiser la masse du carter. Cependant, leur amincissement entraîne une baisse de résistance mécanique dans la structure du carter qui peut être problématique en particulier vis-à-vis du comportement dynamique du carter. En effet, cet amincissement conduit à la diminution des fréquences propres du carter de soufflante et augmente le risque de croisement fréquentiel entre un de ses modes propres et le sillage des aubes de soufflante en vis-à-vis du carter dans la plage de fonctionnement du moteur. Le carter peut alors entrer en résonance lorsqu’une de ses fréquences propres croise une harmonique d’excitation produite par le sillage des aubes, ce qui peut entraîner la ruine du carter.
Par conséquent, le carter de soufflante doit présenter une raideur minimale afin de ne pas répondre à des excitations vibratoires néfastes pour ce dernier, comme dans le cas par exemple d’un croisement avec les sillages des aubes de la soufflante.
Il existe dans l’art antérieur des solutions qui ont pour but d’éviter l’apparition de modes indésirables dans un carter en matériau composite. Une solution, notamment divulguée dans le document US 2014/212273, consiste à munir le carter en matériau composite de raidisseurs rapportés. Cependant, cette solution entraîne une augmentation significative de la masse globale du carter, en particulier lorsqu’il s’agit d’un carter de soufflante ayant un grand diamètre. Elle est en outre compliquée à mettre en œuvre, en particulier en ce qui concerne la fixation des raidisseurs qui doit être la plus fiable possible.
Une autre solution, divulguée dans le document US 2017/266893 consiste à raidir un carter de soufflante en matériau composite en le dotant d’une portion présentant un profil en oméga. Toutefois, cette solution résulte en une augmentation importante de l’encombrement et de la masse du carter. Par ailleurs, de par sa géométrie complexe en oméga, la réalisation et la mise en place d’équipements (par exemple panneaux acoustiques, cartouches d’abradable) sur ce type de carter se révèle fastidieuse. Enfin, le creux formé par la portion en oméga doit être comblé avec un matériau, ce qui pénalise encore la masse globale du carter.
Ainsi, il existe un besoin pour améliorer la tenue d’un carter en matériau composite vis-à-vis des sollicitations vibratoires et ce sans augmenter de manière significative la masse et/ou l’encombrement du carter.
A cet effet, l’invention propose une texture fibreuse présentant une forme de bande s’étendant dans une direction longitudinale sur une longueur déterminée entre une partie proximale et une partie distale et dans une direction latérale sur une largeur déterminée entre un premier bord latéral et un deuxième bord latéral, la texture fibreuse présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de torons de chaîne s’étendant dans la direction longitudinale et une pluralité de couches de torons de trame s’étendant dans la direction latérale,
caractérisée en ce que la texture fibreuse comprend des première à cinquième portions s’étendant chacune sur la longueur déterminée de la texture fibreuse suivant la direction longitudinale et sur une largeur déterminée suivant la direction latérale, la première portion s’étendant suivant la direction latérale à partir du premier bord latéral, la deuxième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la première portion, la troisième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la deuxième portion, la quatrième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la troisième portion, la cinquième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la quatrième portion et jusqu’au deuxième bord latéral, la deuxième portions présentant suivant la direction latérale une largeur inférieure à la largeur de la première portion, la troisième portion présentant suivant la direction latérale une largeur supérieure aux largeurs des deuxième et quatrième portions, la quatrième portion présentant suivant la direction latérale une largeur inférieure aux largeurs des première et troisième portions, la cinquième portion présentant suivant la direction latérale une largeur supérieure aux largeurs des première à quatrième portions,
en ce que les première et cinquième portions comprennent chacune des torons de chaîne constitués d’un premier type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 250 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,5% et 2,5%,
en ce que les deuxième et quatrième portions comprennent chacune des torons de chaîne constitués du premier type de fibres et des torons de chaîne constitués d’un deuxième type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 290 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,2% et 2%,
et en ce que la troisième portion comprend des torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres.
La texture fibreuse selon l’invention permet de réaliser des carters en matériau composite plus résistants aux sollicitations vibratoires. En effet, l’utilisation pertinente de deux types de fibres, dont les propriétés mécaniques se complètent, permet de conférer au carter final les caractéristiques mécaniques nécessaires à ses fonctions et de renforcer les zones structurales du carter vis-à-vis des sollicitations vibratoires.
La texture fibreuse selon l’invention, permet d’augmenter localement la raideur du carter et donc de rehausser les modes propres de celui-ci pour éloigner les coïncidences fréquentielles en dehors de la plage de fonctionnement. Le carter présente, par conséquent, une tenue modale améliorée, ce qui permet d’éviter l'apparition de modes de vibration indésirables. En outre, la solution de rigidification de l’invention n’entraîne pas d’augmentation de la masse du carter.
Selon une caractéristique particulière de la texture fibreuse de l’invention, dans les deuxième et quatrième portions, les torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres sont présents au niveau des faces inférieure et supérieure de la texture, les torons de chaîne constitués du premier type de fibres étant présents dans une partie interne de ladite texture.
Selon une autre caractéristique particulière de la texture fibreuse de l’invention, dans la deuxième portion, la quantité de torons de chaîne constitués du premier type de fibres diminue progressivement entre la première portion et la troisième portion, et dans laquelle, dans la quatrième portion, la quantité de torons de chaîne constitués du premier type de fibres diminue progressivement entre la cinquième portion et la troisième portion. Cela permet d’augmenter progressivement la raideur de la texture et donc du carter depuis les deuxième et quatrième portions de la texture fibreuse jusqu’à la troisième portion qui présente une raideur importante car elle comprend uniquement des torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres, à savoir celui présentant le module d’Young le plus élevé.
L’invention concerne également une préforme fibreuse de carter aéronautique comprenant un enroulement sur au moins un tour d’une texture fibreuse selon l’invention, la préforme fibreuse une partie de préforme de bride amont formée par les première et deuxième portions de la texture fibreuse, une partie de préforme de portion de raidissement formée par la troisième portion de la texture fibreuse, une partie de préforme de zone de rétention et une partie de préforme de bride aval formée par la cinquième portion de la texture fibreuse.
L’invention concerne encore un carter de turbine à gaz en un matériau composite, comprenant un renfort fibreux constitué d’une préforme fibreuse selon l’invention, et une matrice densifiant le renfort fibreux. Le carter peut notamment être un carter de soufflante de turbine à gaz.
L’invention concerne encore un moteur aéronautique à turbine à gaz ayant un carter selon l’invention.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une texture fibreuse par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de torons de chaîne s’étendant dans une direction longitudinale et une pluralité de couches de torons de trame s’étendant dans la direction latérale, la structure fibreuse présentant une forme de bande s’étendant dans la direction longitudinale sur une longueur déterminée entre une partie proximale et une partie distale et dans la direction latérale sur une largeur déterminée entre un premier bord latéral et un deuxième bord latéral,
caractérisé en ce que le procédé comprend le tissage de première à cinquième portions s’étendant chacune sur la longueur déterminée de la texture fibreuse suivant la direction longitudinale et sur une largeur déterminée suivant la direction latérale, la première portion s’étendant suivant la direction latérale à partir du premier bord latéral, la deuxième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la première portion, la troisième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la deuxième portion, la quatrième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la troisième portion, la cinquième portion s’étendant suivant la direction latérale à partir de la quatrième portion et jusqu’au deuxième bord latéral, la deuxième portions présentant suivant la direction latérale une largeur inférieure à la largeur de la première portion, la troisième portion présentant suivant la direction latérale une largeur supérieure aux largeurs des deuxième et quatrième portions, la quatrième portion présentant suivant la direction latérale une largeur inférieure aux largeurs des première et troisième portions, la cinquième portion présentant suivant la direction latérale une largeur supérieure aux largeurs des première à quatrième portions,
en ce que les première et cinquième portions comprennent chacune des torons de chaîne constitués d’un premier type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 250 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,5% et 2,5%,
en ce que les deuxième et quatrième portions comprennent chacune des torons de chaîne constitués du premier type de fibres et des torons de chaîne constitués d’un deuxième type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 290 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,2% et 2%,
et en ce que la troisième portion comprend des torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres.
La est une vue schématique en perspective d’un métier à tisser montrant le tissage tridimensionnel d’une texture fibreuse,
La est une vue schématique en perspective d’une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l’invention,
La est une coupe latérale partielle de la texture fibreuse de la et montrant un plan d’armure de tissage,
La est une autre coupe latérale partielle de la texture fibreuse de la et montrant un plan d’armure de tissage,
La une vue schématique en perspective montrant l’enroulement d’une texture fibreuse sur un outillage de mise en forme,
La est une demi-vue en coupe axiale d’une préforme de carter obtenue par enroulement d’une texture fibreuse comme montré sur la ,
La est une vue en coupe montrant le positionnement de secteurs d’injection sur la préforme du carter de la ,
La est une vue en perspective d’un moteur aéronautique conformément à un mode de réalisation de l’invention.
La est une demi-vue en coupe axiale d’un carter de soufflante de moteur aéronautique selon l’art antérieur.
L'invention s'applique d'une manière générale à des textures fibreuses destinées à la fabrication de carters en matériau composite, ces carters étant soumis à des phénomènes vibratoires.
L’invention s’applique plus particulièrement mais non exclusivement à la fabrication de carters de soufflante qui sont soumis à des sollicitations vibratoires de différentes origines et avec des niveaux plus ou moins importants. La réponse dynamique d’un carter de soufflante peut atteindre des niveaux très importants en cas:
  • de résonance avec les sollicitations synchrones avec la vitesse de rotation (interaction fonctionnelle)
  • d’interaction avec les aubes de soufflante correspondant à un phénomène asynchrone et instable (interaction modale)
En fonctionnement, les aubes de soufflante créent des excitations dynamiques par leur sillage (poches tournantes de pressions et de dépressions) qui sollicitent le carter sans qu’il y ait contact. On a dans ce cas-là un phénomène synchrone et une interaction fonctionnelle.
Le carter de soufflante étant une pièce fortement axisymétrique, il répond à ces sollicitations forcées sur l’un de ses modes propres à D diamètres (« DØ »), soit le mode propre « A / DØ », (« D » correspondant au nombre d’aubes de soufflante de la turbomachine). Les contraintes dynamiques du carter sur ce mode peuvent être rédhibitoires et rapidement l’endommager en fatigue vibratoire.
Afin d’éviter une coïncidence fréquentielle entre les excitations et la réponse du carter et, par conséquent, la ruine du carter vis à vis de ces phénomènes vibratoires, on s’assure que la coïncidence fréquentielle entre l’harmonique moteur D.N (16N, 20N, 38N…selon le nombre d’aubes de soufflante) et le mode propre A/DØ ait lieu en dehors de la plage de fonctionnement et avec une certaine marge minimale.
Ce but est atteint avec la texture fibreuse de l’invention qui permet d’augmenter la raideur du carter dans les zones structurales, ce qui a pour effet d’augmenter la marge.
Comme représentée sur la , une texture fibreuse 100 est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard 5 sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaîne ou torons 20 en une pluralité de couches, les fils de chaîne étant liés par des fils ou torons de trame 30.
La texture fibreuse est réalisée par tissage tridimensionnel. Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement. La texture fibreuse peut présenter une armure de tissage interlock. Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne, avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. D’autres armures de tissage sont envisageables.
Comme illustrée sur la , la texture fibreuse 100 présente une forme de bande qui s’étend en longueur dans une direction longitudinale X correspondant à la direction de défilement des fils ou torons de chaîne 20 et en largeur ou transversalement dans une direction latérale Y entre un premier et un deuxième bords latéraux 101 et 102, la direction latérale Y correspondant à la direction des fils ou torons de trame 30. La texture fibreuse s’étend longitudinalement sur une longueur déterminée L100dans la direction X entre une partie proximale 110 destinée à former le début de l’enroulement d’une préforme fibreuse sur un outillage de mise en forme et une partie distale 120 destinée à former la fin de l’enroulement de la préforme fibreuse.
La longueur L100de la texture fibreuse 100 est déterminée en fonction de la circonférence de l’outillage ou du moule de mise en forme de manière à permettre la réalisation d’un nombre de tours déterminé de la texture fibreuse, par exemple quatre tours.
La texture fibreuse présente en outre d’amont en aval (de gauche à droite sur la ) des première à cinquième portions 130, 140, 150, 160, 170 s’étendant chacune sur la longueur L100de la texture fibreuse. La première portion 130 s’étend suivant la direction latérale Y sur une largeur déterminée l130à partir du premier bord latéral 101. La deuxième portion 140 s’étend suivant la direction latérale Y sur une largeur déterminée l140à partir de la première portion 130. Les première et deuxième portions 130 et 140 sont destinées à former la bride annulaire amont du carter. La troisième portion 150 s’étend suivant la direction latérale Y sur une largeur déterminée l150à partir de la deuxième portion 140. La troisième portion 150 est destinée à former une portion de raidissement du carter. La quatrième portion 160 s’étend suivant la direction latérale Y sur une largeur déterminée l160à partir de la troisième portion 150. La quatrième portion 160 est destinée à former une petite partie de la zone de rétention du carter. La cinquième portion 170 s’étend suivant la direction latérale Y sur une largeur déterminée l170à partir de la quatrième portion 160 et jusqu’au deuxième bord latéral 102. La cinquième portion 170 est destinée à former la majeure partie de la zone de rétention et la bride annulaire aval du carter.
La première portion 130 présente une largeur l130supérieure aux largeurs l140et l160des deuxième et quatrième portions et inférieure aux largeurs l150et l170des troisième et cinquième portions. Les deuxième et quatrième portions présentent respectivement des largeurs l140et l160sensiblement égales et inférieures aux largeurs l130, l150et l170des première, troisième et cinquième portions 130, 150 et 170. La troisième portion 150 présente une largeur l150supérieure aux largeurs l130, l140et l160des première, deuxième et quatrième portions et inférieure à la largeur l170de la cinquième portion 170. La cinquième portion 170 présente une largeur l170supérieure aux largeurs l130, l140, l150et l160des première à quatrième portions 130, 140, 150 et 160.
Conformément à l’invention, les première et cinquième portions 130 et 170 comprennent des torons de chaîne constitués d’un premier type de fibres tandis que la troisième portion 150 comprend des torons de chaîne constitués d’un deuxième type de fibres ayant une raideur supérieure, les deuxième et quatrième portions 140 et 160 comprenant des torons de chaîne constitués des premier et deuxième type de fibres de manière à faire une transition douce entre la troisième portion 150 et les première et cinquième portions 130 et 170.
La illustre un plan de l’armure de tissage interlock de la texture fibreuse 100 situé au niveau des première, deuxième et troisième portions 130, 140 et 150.
Plus précisément, la première portion 130 comprend des torons de chaîne CC1constitués d’un premier type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young (E) supérieur à 250 GPa et un allongement à rupture (A) compris entre 1,5% et 2,5%. La première portion 130 comprend des torons de trame TCtous constitués de fibres du premier type. Par exemple, on peut choisir le premier type de fibres comme étant des fibres de carbone du type HexTow® IM7 (E = 276 GPa et A = 1.8%) commercialisées par la société HEXCEL.
La troisième portion 150 comprend des torons de chaîne CC2constitués d’un deuxième type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young (E) supérieur à 290 GPa et un allongement à rupture (A) compris entre 1,2% et 2%. Par exemple, on peut choisir le deuxième type de fibres comme étant des fibres de carbone du type Tenax™ UMS40 (E = 390 GPa et A = 1.2%) commercialisées par la société TEIJIN. La troisième portion 150 comprend des torons de trame TCtous constitués de fibres du premier type.
La deuxième portion comprend des torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres et des torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibres. La deuxième portion 140 comprend des torons de trame TCtous constitués de fibres du premier type.
Dans la deuxième portion 140, la quantité de torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres diminue progressivement entre la première portion 130 et la troisième portion 150 tandis que la quantité de torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibres augmente progressivement entre la première portion 130 et la troisième portion 150. Selon un mode de réalisation, les torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibre présents dans la deuxième portion 140 sont répartis de façon à être présents au niveau des faces inférieure et supérieure F1 et F2 de la texture fibreuse 100 tandis que les torons de chaîne CC 1constitués du premier type de fibres sont de préférence présents dans une partie interne de ladite texture.
La illustre un plan de l’armure de tissage interlock de la texture fibreuse 100 situé au niveau des troisième, quatrième et cinquième portions 130, 140 et 150.
La cinquième portion 170 comprend des torons de chaîne constitués du premier type de fibres. La cinquième portion 130 comprend des torons de trame TCtous constitués de fibres du premier type.
La quatrième portion 160 comprend des torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres et des torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibres. La quatrième portion 160 comprend des torons de trame TCtous constitués de fibres du premier type.
Dans la quatrième portion 160, la quantité de torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibres diminue progressivement entre la troisième portion 150 et la cinquième portion 170 tandis que la quantité de torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres augmente progressivement entre la troisième portion 150 et la cinquième portion 170. Selon un mode de réalisation, les torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibre présents dans la quatrième portion 160 sont répartis de façon à être présents au niveau des faces inférieure et supérieure F1 et F2 de la texture fibreuse 100 tandis que les torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres sont de préférence présents dans une partie interne de ladite texture.
Il y a donc une évolution de la nature des fils ou torons de chaîne lorsque l’on se déplace le long de la direction latérale Y de la texture fibreuse 100.
La troisième portion 150 comprend uniquement des torons de chaîne CC2constitués du deuxième type de fibres tandis que les première, deuxième, quatrième et cinquième portions 130, 140, 160 et 170 comprennent soit un mélange de torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres et de torons CC2constitués du deuxième type de fibres soit uniquement des torons de chaîne CC1constitués du premier type de fibres. La troisième portion 150 correspond donc à la portion de la texture fibreuse qui présente une raideur ou une rigidité importante conférée par les torons de chaîne CC2constituées du deuxième type de fibres.
La texture fibreuse 100 de l’invention permet après mise en forme de former un renfort fibreux de carter dans lequel une portion de raidissement est présente dans une zone structurale du carter, la portion de raidissement étant formée par la troisième portion 150 de la texture fibreuse 100. On augmente ainsi localement la raideur du carter, ce qui permet de rehausser les modes propres du carter et éloigner ainsi les coïncidences fréquentielles en dehors de la plage de fonctionnement.
On vient de décrire un exemple dans lequel la texture fibreuse a une armure de tissage interlock à 8 couches de chaine et 7 couches de trame. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention lorsque le nombre de couches de trame et de chaine est différent, ou lorsque la texture fibreuse présente une armure de tissage différente d’une armure interlock.
Comme illustré sur la , une préforme fibreuse 60 destinée à constituer le renfort fibreux du carter est formée par enroulement sur un mandrin 50 de la texture fibreuse 100 décrite précédemment, le renfort fibreux constituant une préforme fibreuse tubulaire complète d’un carter formant une seule pièce. A cet effet, le mandrin 50 présente une surface externe 51 dont le profil correspond à la surface interne du carter à réaliser. Le mandrin 50 comporte également deux flasques 52 et 53 pour former des parties de préforme de brides amont et aval 63 et 66 correspondant aux brides du carter comme illustré sur la . La partie de préforme de bride amont 63 est formée par les première et deuxième portions 130 et 140 de la texture fibreuse 100. La partie de préforme de bride aval 66 est formée par l’extrémité de la cinquième portions 170 de la texture fibreuse 100 qui forme également une partie de préforme de zone de rétention 65 et une partie de préforme de zone structurale aval 67.
La préforme fibreuse 60 comprend en outre une partie de préforme de portion de raidissement 64 formée par la troisième portion 150 de la texture fibreuse 100.
La montre une vue en coupe de la préforme fibreuse 60 obtenue après enroulement de la texture fibreuse 100 sur le mandrin 50. Le nombre de tours ou spires est fonction de l'épaisseur désirée et de l'épaisseur de la texture fibreuse. Il peut être compris entre un et plusieurs tours. Dans l’exemple décrit ici, la préforme 60 comprend 4 tours de texture fibreuse 100.
On procède ensuite à la densification de la préforme fibreuse 60 par une matrice.
La densification de la préforme fibreuse consiste à combler la porosité de la préforme, dans tout ou partie du volume de celle-ci, par le matériau constitutif de la matrice.
La matrice peut être obtenue de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide. Le procédé par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide 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. La préforme fibreuse est placée dans un moule pouvant être fermé de manière étanche avec un logement ayant la forme de la pièce finale moulée. Comme illustré sur la , la préforme fibreuse 60 est ici placée entre une pluralité de secteurs 54 formant contre-moule et le mandrin 50 formant support, ces éléments présentant respectivement la forme extérieure et la forme intérieure du carter à réaliser. Ensuite, on injecte le précurseur liquide de matrice, par exemple une résine, dans tout le logement pour imprégner la préforme.
La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. La matrice organique peut être notamment obtenue à partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à hautes performances vendue, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ). Plusieurs cycles consécutifs, depuis l'imprégnation jusqu'au traitement thermique, peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité.
La densification de la préforme fibreuse peut être réalisée par le procédé bien connu de moulage par transfert dit RTM (« Resin Transfert Moulding »). Conformément au procédé RTM, on place la préforme fibreuse dans un moule présentant la forme du carter à réaliser. Une résine thermodurcissable est injectée dans l'espace interne délimité entre la pièce en matériau rigide et le moule et qui comprend la préforme fibreuse. Un gradient de pression est généralement établi dans cet espace interne entre l'endroit où est injecté la résine et les orifices d'évacuation de cette dernière afin de contrôler et d'optimiser l'imprégnation de la préforme par la résine.
La résine utilisée peut être, par exemple, une résine époxyde. Les résines adaptées pour les procédés RTM sont bien connues. Elles présentent de préférence une faible viscosité pour faciliter leur injection dans les fibres. Le choix de la classe de température et/ou la nature chimique de la résine est déterminé en fonction des sollicitations thermomécaniques auxquelles doit être soumise la pièce. Une fois la résine injectée dans tout le renfort, on procède à sa polymérisation par traitement thermique conformément au procédé RTM.
Après l'injection et la polymérisation, la pièce est démoulée. La pièce est finalement détourée pour enlever l'excès de résine et les chanfreins sont usinés pour obtenir un carter 810 présentant une forme de révolution comme illustré sur la .
Le carter 810 représenté sur la est un carter d’une soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz 80. Un tel moteur, comme montré très schématiquement par la comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens de l'écoulement de flux gazeux, une soufflante 81 disposée en entrée du moteur, un compresseur 82, une chambre de combustion 83, une turbine haute-pression 84 et une turbine basse pression 85. Le moteur est logé à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents éléments du moteur. Ainsi, la soufflante 81 est entourée par le carter 810.

Claims (8)

  1. Texture fibreuse (100) présentant une forme de bande s’étendant dans une direction longitudinale (X) sur une longueur déterminée (L100) entre une partie proximale (110) et une partie distale (120) et dans une direction latérale (Y) sur une largeur déterminée (l100) entre un premier bord latéral (101) et un deuxième bord latéral (102), la texture fibreuse présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de torons de chaîne (20) s’étendant dans la direction longitudinale et une pluralité de couches de torons de trame (30) s’étendant dans la direction latérale,
    caractérisée en ce que la texture fibreuse (100) comprend des première à cinquième portions (130, 140, 150, 160, 170) s’étendant chacune sur la longueur déterminée de la texture fibreuse suivant la direction longitudinale (X) et sur une largeur déterminée suivant la direction latérale (Y), la première portion (130) s’étendant suivant la direction latérale à partir du premier bord latéral (101), la deuxième portion (140) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la première portion, la troisième portion (150) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la deuxième portion, la quatrième portion (160) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la troisième portion, la cinquième portion (170) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la quatrième portion et jusqu’au deuxième bord latéral (102), la deuxième portions (140) présentant suivant la direction latérale une largeur (l140) inférieure à la largeur (l130) de la première portion (130), la troisième portion (150) présentant suivant la direction latérale une largeur (l150) supérieure aux largeurs (l140, l160) des deuxième et quatrième portions, la quatrième portion (160) présentant suivant la direction latérale une largeur (l160) inférieure aux largeurs (l130, l150) des première et troisième portions (130, 150), la cinquième portion (170) présentant suivant la direction latérale une largeur (l170) supérieure aux largeurs (l130, l140, l150, l160) des première à quatrième portions (130, 140, 150, 160),
    en ce que les première et cinquième portions (130, 170) comprennent chacune des torons de chaîne constitués d’un premier type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 250 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,5% et 2,5%,
    en ce que les deuxième et quatrième portions (140, 160) comprennent chacune des torons de chaîne constitués du premier type de fibres et des torons de chaîne constitués d’un deuxième type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 290 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,2% et 2%,
    et en ce que la troisième portion (150) comprend des torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres.
  2. Texture fibreuse selon la revendication 1, dans laquelle, dans les deuxième et quatrième portions, les torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres sont présents au niveau des faces inférieure et supérieure de la texture, les torons de chaîne constitués du premier type de fibres étant présents dans une partie interne de ladite texture.
  3. Texture selon la revendications 1 ou 2, dans laquelle, dans la deuxième portion, la quantité de torons de chaîne constitués du premier type de fibres diminue progressivement entre la première portion et la troisième portion, et dans laquelle, dans la quatrième portion, la quantité de torons de chaîne constitués du premier type de fibres diminue progressivement entre la cinquième portion et la troisième portion.
  4. Préforme fibreuse (60) de carter aéronautique (810) comprenant un enroulement sur au moins un tour d’une texture fibreuse (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, la préforme fibreuse comprenant une partie de préforme de bride amont (63) formée par les première et deuxième portions (130, 140) de la texture fibreuse (100), une partie de préforme de portion de raidissement (64) formée par la troisième portion (150) de la texture fibreuse, une partie de préforme de zone de rétention (65) et une partie de préforme de bride aval (66) formées par la cinquième portion (170) de la texture fibreuse.
  5. Carter (810) de turbine à gaz en un matériau composite, comprenant un renfort fibreux constitué d’une préforme fibreuse (60) selon la revendication 4, et une matrice densifiant le renfort fibreux.
  6. Carter (810) selon la revendication 5, dans lequel ledit carter est un carter de soufflante de turbine à gaz.
  7. Moteur aéronautique à turbine à gaz (80) ayant un carter (810) selon la revendication 5 ou 6.
  8. Procédé de fabrication d’une texture fibreuse (100) par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de torons de chaîne (20) s’étendant dans une direction longitudinale (X) et une pluralité de couches de torons de trame (30) s’étendant dans la direction latérale (Y), la structure fibreuse présentant une forme de bande s’étendant dans la direction longitudinale (X) sur une longueur déterminée (L100) entre une partie proximale (110) et une partie distale (120) et dans la direction latérale (Y) sur une largeur déterminée (l100) entre un premier bord latéral (101) et un deuxième bord latéral (102),
    caractérisé en ce que le procédé comprend le tissage de première à cinquième portions (130, 140, 150, 160, 170) s’étendant chacune sur la longueur déterminée de la texture fibreuse suivant la direction longitudinale (X) et sur une largeur déterminée suivant la direction latérale (Y), la première portion (130) s’étendant suivant la direction latérale à partir du premier bord latéral (101), la deuxième portion (140) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la première portion, la troisième portion (150) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la deuxième portion, la quatrième portion (160) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la troisième portion, la cinquième portion (170) s’étendant suivant la direction latérale à partir de la quatrième portion et jusqu’au deuxième bord latéral (102), la deuxième portions (140) présentant suivant la direction latérale une largeur (l140) inférieure à la largeur (l130) de la première portion (130), la troisième portion (150) présentant suivant la direction latérale une largeur (l150) supérieure aux largeurs (l140, l160) des deuxième et quatrième portion), la quatrième portion (160) présentant suivant la direction latérale une largeur (l160) inférieure aux largeurs (l130, l150) des première et troisième portions (130, 150), la cinquième portion (170) présentant suivant la direction latérale une largeur (l170) supérieure aux largeurs (l130, l140, l150, l160) des première à quatrième portions (130, 140, 150, 160),
    en ce que les première et cinquième portions (130, 170) comprennent chacune des torons de chaîne constitués d’un premier type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 250 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,5% et 2,5%,
    en ce que les deuxième et quatrième portions (140, 160) comprennent chacune des torons de chaîne constitués du premier type de fibres et des torons de chaîne constitués d’un deuxième type de fibres correspondant à des fibres de carbone ayant un module d’Young supérieur à 290 GPa et un allongement à rupture compris entre 1,2% et 2%,
    et en ce que la troisième portion (150) comprend des torons de chaîne constitués du deuxième type de fibres.
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