FR3142217A1 - Aube de soufflante recouverte d’une couche protectrice et procede d’application - Google Patents
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Abstract
AUBE DE SOUFFLANTE RECOUVERTE D’UNE COUCHE PROTECTRICE ET PROCEDE D’APPLICATION Un aspect de l’invention concerne une aube (1) de soufflante en matériau composite comprenant une pale composite (2) comprenant un bord d’attaque (20) et un bord de fuite (21), un bord d’attaque métallique (4) placé sur le bord d’attaque (20) de la pale composite (2) et une couche de revêtement appliquée sur au moins une partie de la surface de la pale, caractérisée en ce que la couche de revêtement est un élastomère protecteur (6) déposé directement sur la pale composite (2). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3.
Description
Le domaine technique de l’invention est celui des moteurs aéronautiques et plus particulièrement les aubes de soufflante et leur protection contre les chocs de particules macroscopiques.
Les aubes de soufflante ont pour fonction principale d’amener l’air entrant à un certain niveau de compression, avec un certain débit, de manière à satisfaire les objectifs aérodynamiques: poussée, consommation spécifique et opérabilité (flottement, pompage). Les aubes en matériau composite comprennent une pale en matériau composite recouverte d’un bord d’attaque métallique collé afin de protéger la partie amont de la pale des chocs les plus énergétiques (choc avec un oiseau par exemple). Sur les aubes de soufflante en matériau composite tissé 3D à matrice organique, un certain nombre de couches de revêtement sont appliquées afin d’assurer des propriétés spécifiques, notamment une peinture sur l’intrados et l’extrados pour l’état de surface et la protection UV et un film polyuréthane anti-érosion à l’intrados.
L’empilement de la peinture et du film polyuréthane à l’intrados permet de protéger en partie la pale en matériau composite, en cas de choc de particules macroscopiques sur la pièce lors du fonctionnement moteur (choc avec de petits corps étrangers abrasifs, par exemple). En effet, les matériaux composites sont sensibles aux chocs, et sont difficilement réparables, voire pas réparables.
Ainsi, les aubes de soufflante sont sujettes à des impacts récurrents en service (entailles ou dents dus à la présence de particules macroscopiques dans l’air aspiré par le moteur en fonctionnement). Lorsque les couches de peinture et de film polyuréthane sont entièrement traversées par l’impact, le composite peut être endommagé. Il est fréquent que les critères limites fixés soient dépassés et aucune réparation commode n’existe pour les impacts endommageant le composite ; en conséquence, un nombre significatif de pièces sont ainsi rebutées.
Il n’existe pas aujourd’hui de solution acceptable car la réparation des composites est très complexe voire impossible.
Il existe donc un besoin de protection plus important de la partie composite de l’aube.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de réduire l’endommagement de l’aube par des particules macroscopiques.
L’aube de soufflante selon l’invention, est en matériau composite et comprend une pale composite comprenant un bord d’attaque et un bord de fuite, un bord d’attaque métallique placé sur le bord d’attaque de la pale composite et une couche de revêtement appliquée sur au moins une partie de la surface de la pale, l’aube est caractérisée en ce que la couche de revêtement est un élastomère protecteur déposé directement sur la pale composite. Cet élastomère protecteur de par son élasticité et son aptitude à la déformation sans rupture permet d’absorber les chocs des particules macroscopiques et de protéger la pale en matériau composite. L’élastomère protecteur a des caractéristiques antichocs.
Ce matériau pourra, par exemple, être constitué par un matériau de PAXCON™ PX-2100 (nom commercial) ou PAXCON™ PX-3350 (nom commercial). Alternativement, le revêtement antichoc pourrait être réalisé en néoprène, Santoprene™, en oléfines thermoplastiques, en polysulfures ou tout autre matériau élastomère adapté à l'application.
Avantageusement, l’élastomère protecteur est un matériau polyuréthane hybride. Le polyuréthane hybride pourra être un polyuréthane modifié silane c’est-à-dire squelette de type polyuréthane avec des terminaisons de type silane. Ce matériau est un thermoplastique à haute résistance à la perforation grâce à une dureté élevée et durable, il présente un bon degré d’extensibilité et a l‘avantage d’être recyclable. Il a aussi une résistance élevée aux huiles, aux graisses et à de nombreux solvants. Il réticule généralement à basse température (en présence d’un catalyseur) sans libérer de COV (Composés Organiques Volatils), ce qui permet une réticulation à basse température directement sur la pale, après dépôt, sans risque d’endommager la pale en composite du fait de l’emploi d’une température élevée.
Avantageusement, l’aube comprend un film anti-érosion.
Avantageusement, le film anti-érosion est sur l’élastomère protecteur. En plus de ses propriétés anti-érosion, le film anti-érosion va, par ses propriétés élastiques et du fait qu’il soit collé sous forme de film, éviter que d’éventuels éclats de l’élastomère protecteur ne se détachent lors de l’impact.
Avantageusement, l’élastomère protecteur couvre aussi le bord d’attaque métallique.
Avantageusement, l’élastomère protecteur a une épaisseur comprise entre 0,1mm et 3mm. Cette épaisseur est suffisante pour résister aux impacts des corps étrangers arrivants sur l’aube.
Avantageusement, l’élastomère protecteur a une épaisseur sur l’intrados supérieure de celle de l’extrados. L’extrados étant moins exposé aux impacts, l’épaisseur de l’élastomère protecteur pourra y être moins épais que du côté de l’extrados.
Avantageusement, l’élastomère protecteur a une épaisseur décroissante vers le bord de fuite de la pale composite (c’est-à-dire qui décroit lorsqu’on s’approche du bord de fuite, par exemple en décroissant depuis le milieu de la pale – depuis le milieu de la corde de la pale – jusqu’au bord de fuite). Avoir une couche qui s’affine vers le bord de fuite présente l’avantage de conserver un bord de fuite mince ayant de bonnes propriétés aérodynamiques.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de dépose d’une couche de revêtement sur une aube ayant au moins une des caractéristiques précédentes, ce procédé est caractérisé en ce que l’élastomère protecteur est appliqué à basse température. De cette façon on n’altère pas la pale composite.
Avantageusement, l’élastomère protecteur est appliqué en cabine de peinture. L’utilisation d’une cabine de peinture classique permet de réaliser le procédé à un coût raisonnable.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Dans toute la description on appellera « avant », la partie amont d’une aube en contact avec un flux d’air dans le sens de son écoulement et correspondant au bord d’attaque, et « arrière », la partie aval de l’aube dans le sens de l’écoulement et correspondant au bord de fuite.
L’aube 1 illustrée comprend une pale composite 2, un bord d’attaque métallique 4, une couche de collage 3 du bord d’attaque métallique 4 et un film anti-érosion 5. Une couche de peinture 7 peut recouvrir le film anti-érosion 5. Le bord d’attaque métallique 4 permet de protéger l’avant de la pale composite 2 des impacts les plus énergétiques (choc avec un oiseau par exemple). La pale composite 2 comprend un bord d’attaque 20 à l’avant et un bord de fuite 21 à l’arrière. La pale composite 2 est formée d’un matériau composite à matrice organique tel que, par exemple un composite constitué d’une résine renforcée de fibres de verre ou de fibres de carbone.
On peut voir , que lors d’un impact d’une particule macroscopique plusieurs épaisseurs peuvent être endommagées comme la couche anti-érosion 5 jusqu’à atteindre la résine 22 et/ou les fibres 23 constituant une partie du composite de la pale 2.
La pale composite 2 selon l’invention est recouverte d’un élastomère protecteur 6 directement sur le composite. En le déposant directement sur la pale composite, cela permet de limiter les impacts endommageant le matériau composite. Il s'agit, par exemple, d’un matériau polyuréthane hybride pouvant être pulvérisé selon des épaisseurs différentes et pouvant recevoir des adjuvants complémentaires pour le doter de propriétés spécifiques.
L’intrados de l’aube 1 est plus exposée aux impacts que l’extrados, l’épaisseur de la couche d’élastomère protecteur 6 pourra être plus épaisse sur l’intrados que sur l’extrados.
Ces adjuvants seront adaptés en fonction de la nature du composite pour garantir une bonne tenue de l’élastomère protecteur 6 sur la pale composite 2.
L’élastomère protecteur 6 peut aussi recouvrir l’ensemble de la pale composite 2 qui se retrouve dans la veine ou seulement l’intrados et l’extrados de la pale composite et le bord d’attaque métallique 4, ou encore seulement l’intrados ou même seulement une partie (la majeure partie) de l’intrados. L’élastomère protecteur peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm, voire entre 0,5 et 3 mm.
L’élastomère protecteur 6 pourra être recouvert par un film polymère anti-érosion 5, par exemple en polyuréthane, et une couche de peinture 7 afin de maintenir leurs fonctions respectives. Le film polymère anti-érosion 5 pourra par exemple être un polyuréthane 3M™ Cocure Film destiné à protéger les composites des dommages de l’érosion en service ; ils ont des températures de réticulation allant jusqu'à 200°C (ici, en pratique, le film sera réticulé avant d’être appliqué, avec un adhésif, sur la pale), une grande capacité d’élongation (élongation à rupture de 400%, voire plus) et une dureté Shore A entre 81 et 84. L’épaisseur du film anti-érosion pourra être comprise entre 0,15 et 0,6 mm. L’élastomère protecteur pourra être du PAXCON™ PX-2100 ou PX-3350 qui a une dureté Shore D entre 50 et 60, ou éventuellement plus, et qui est extensible (élongation comprise par exemple entre 91% et 162%, plus généralement, supérieure à 80%), cela lui permet d’arrêter les particules et d’éviter la détérioration de la pale composite. L’élastomère protecteur peut être plus rigide, plus dur que le film anti-érosion. Le caractère raide de l’élastomère protecteur, combiné à son assez bonne capacité d’élongation, le rend efficace en termes de couche anti-impacts, anti-chocs.
Le film en polyuréthane anti-érosion 5 peut être plus résistant à l’abrasion que le revêtement en polyuréthane protecteur 6 (dans des conditions de test identiques). La perte de masse, lors d’un test normalisé à l’abrasimètre, comme le test Taber (test selon la norme ASTM D4060), avec une charge de 1kg et 1000 cycles est de 16mg à 160mg pour l’élastomère protecteur 6.
Le durcissement de la résine de la pale composite est réalisé avant l’application de l’élastomère protecteur 6 constituant la couche antichocs. L’élastomère protecteur 6 peut être appliqué à une température inférieure à la température de transition vitreuse du composite.
Le composite a un temps d'exposition maximum défini sur l'ensemble de sa vie en fonction de la température qu'il voit. Une cabine de peinture permet à la fois de projeter la couche de revêtement avec son catalyseur (durcisseur) et de contrôler la chaleur du matériau du revêtement pour le chauffer à une température comprise par exemple entre 45°C et 70°C, de sorte que la température ne monte pas au-dessus de 150°C qui est ici la température maximum de service (inférieure, ou éventuellement égale à la température de transition vitreuse du composite) qu’il est souhaitable de ne pas dépasser pour le matériau composite formant la pale. La cabine de peinture en contrôlant les valeurs de pression et de température permet, per exemple, d'obtenir d'excellents résultats de polymérisation du revêtement antichoc de type PAXCON ™ à ces températures de polymérisation basses (entre 45°C et 70°C, ici).
Le film anti-érosion 5 est appliqué ensuite, en le fixant avec un adhésif sur l’élastomère protecteur 6, puis l’aube 1 est peinte.
Un primaire peut être appliqué entre le film polyuréthane et la peinture.
Claims (10)
- Aube (1) de soufflante en matériau composite comprenant une pale composite (2) comprenant un bord d’attaque (20) et un bord de fuite (21), un bord d’attaque métallique (4) placé sur le bord d’attaque (20) de la pale composite (2) et une couche de revêtement appliquée sur au moins une partie de la surface de la pale, caractérisée en ce que la couche de revêtement est formée d’un élastomère protecteur (6) déposé directement sur la pale composite (2).
- Aube (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’élastomère protecteur (6) est un matériau polyuréthane hybride.
- Aube (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un film anti-érosion (5) au moins sur l’intrados.
- Aube (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le film anti-érosion (5) est sur l’élastomère protecteur (6).
- Aube (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élastomère protecteur (6) couvre aussi le bord d’attaque métallique (4).
- Aube (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élastomère protecteur (6) a une épaisseur comprise entre 0,1mm et 3mn.
- Aube (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élastomère protecteur (6) a une épaisseur sur l’intrados supérieure de celle de l’extrados.
- Aube (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élastomère protecteur (6) a une épaisseur décroissante vers le bord de fuite (21) de la pale composite (2).
- Procédé de dépose d’une couche de revêtement sur une aube (1) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élastomère protecteur (6) est appliqué à basse température.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élastomère protecteur (6) est appliqué en cabine de peinture.
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