WO2020239841A1

WO2020239841A1 - Procédé de conformation de portées d'un pied d'aube en matériau composite

Info

Publication number: WO2020239841A1
Application number: PCT/EP2020/064713
Authority: WO
Inventors: Yann Didier Simon MARCHAL; Dominique Michel Serge MAGNAUDEIX; Didier Payen
Original assignee: Safran
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2020-12-03
Also published as: FR3096609A1; FR3096609B1

Abstract

L'invention concerne un outillage de conformation (21) des portées d'un pied (29) d'une aube en matériau composite thermodurcissable, ce pied (29) comprenant une face de base situtée en vis-à-vis des deux portées, l'outillage (21) comprenant : – un siège (32) apte à recevoir la face de base du pied (29); – deux tampons (41, 46) comportant des faces d'appui situées en vis-à-vis des portées lorsque la face de base du pied (29) est reçue dans le siège (32); – des moyens pour rapprocher le siège (32) des tampons (41, 46) afin de presser les portées du pied (29) sur les faces d'appui des tampons (41, 46); – des moyens pour chauffer les portées (42).

Description

DESCRIPTION

TITRE : Procédé de conformation de portées d'un pied d'aube en matériau composite

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne une aube de moteur d'aéronef de type turbomachine, tel qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, et elle s'applique notamment à une aube en matériau composite telle qu'une aube de soufflante.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans un turboréacteur connu, repéré par 1 sur la figure 1, l'air est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante comportant une série d'aubes rotatives 3 avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.

Le flux primaire est compressé par des compresseurs basse pression 4 et haute pression 5 avant d'atteindre une chambre de combustion 6, après quoi il se détend en traversant une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8, avant d'être évacué en générant une poussée auxiliaire. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée principale.

Chaque turbine 7, 8 comporte des séries d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un axe de rotation AX, un carter externe 9 entourant l'ensemble du moteur. De la même manière, les aubes B de la soufflante sont orientées radialement et régulièrement réparties autour de l'axe AX, en étant portées par un rotor.

Chaque aube de la soufflante 3, qui comprend un pied 11 prolongé par une pale 12 s'étendant radialement, est portée par un rotor de soufflante 13 en ayant son pied 11 engagé et retenu dans une alvéole 14 correspondante de ce rotor 13, comme illustré schématiquement sur les figures 2 et 3. De telles alvéoles 14 sont régulièrement réparties autour l'axe AX à la périphérie du rotor, et elles s'étendent parallèlement les unes aux autres selon la direction de l'axe AX ou en formant un certain angle avec celui-ci.

Chaque alvéole 14 est une rainure à section transversale en forme de queue d'aronde à sommets arrondis. Chaque alvéole délimite sur toute sa longueur une ouverture rectangulaire débouchant radialement vers l'extérieur du rotor, et débouche dans les faces avant et arrière de ce rotor. Le montage d'une aube 3 consiste ainsi à engager son pied 11 de dans l'alvéole 14 par une face du rotor dans laquelle elle débouche.

L'alvéole comporte deux flancs 16, 17 sur lesquels viennent en appui deux portées 18 et 19 du pied 11, sous l'effet des efforts centrifuges lorsque le moteur est en service. L'homogénéité des efforts presseurs exercés par les portées sur les flancs est conditionnée par la bonne planéité des surfaces d'appui que constituent ces flancs et ces portées.

Le pied 11 comporte deux portées 18 et 19 qui sont en appui sur deux flancs correspondants 16 et 17 de l'alvéole 14, sous l'effet des efforts centrifuges lorsque le moteur est en service. L'homogénéité des efforts presseurs exercés par les portées sur les flancs est conditionnée par la bonne la planéité des surfaces d'appui que constituent ces flancs et ces portées.

En pratique, la planéité des portées 18 et 19 n'est pas toujours satisfaisante, ce qui résulte du fait que les aubes de fan sont obtenues à partir d'une préforme issue de tissage tridimensionnel de fibres de carbone dans laquelle est injectée une résine, dans un moule fermé. Avec un tel procédé, il apparaît entre autres que les contraintes résiduelles dans l'aube, apparaissant après démoulage, ont tendance à donner lieu à des portées qui ne sont pas suffisamment planes. B

Cette situation est problématique du fait que ces portées ne peuvent pas être reprises par usinage après démoulage, car une telle opération dégraderait leur surface, ce qui diminuerait la tenue mécanique du pied d'aube.

Dans ce contexte, le but de l'invention est d'apporter une solution pour obtenir des aubes dont les pieds dont les portées présentent la planéité requise.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

A cet effet, l'invention a pour objet un outillage de conformation des portées d'un pied d'une aube en matériau composite thermodurcissable, ce pied comprenant une face de base prolongée par deux portées, ces portées étant orientées l'une par rapport à l'autre de manière à délimiter un évasement vers la face de base, l'outillage comprenant :

- un siège apte à recevoir la face de base du pied ;

- deux tampons comportant des faces d'appui situées en vis-à-vis des portées lorsque la face de base est portée par le siège ; - des moyens pour rapprocher le siège des faces d'appui afin de presser les portées du pied sur ces faces d'appui ;

- des moyens pour chauffer les portées.

Avec cet outillage, la planéité des portées du pied de pale peut être corrigée sans devoir recourir à une opération d'usinage : l'application d'une contrainte mécanique aux portées couplée à un chauffage selon une durée prédéterminée permet de déformer ces portées pour atteindre la planéité souhaitée, sans compromettre la tenue mécanique du matériau composite constitutif de l'aube.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, dans lequel les moyens pour chauffer les portées sont intégrés aux tampons.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, dans lequel le siège comporte une face formant assise ayant une forme complémentaire de la face de base du pied d'aube. L'invention concerne également un outillage ainsi défini, comportant en outre un guide apte à recevoir un bord d'une pale prolongeant le pied pour assujettir la position de ce bord par rapport au pied dans l'outillage.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, dans lequel le guide comporte un corps portant une attache formant pince et apte à recevoir un bord de la pale pour le maintenir en l'enserrant.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, dans lequel les moyens pour rapprocher le siège comportent une entretoise mobile par rapport au siège selon une direction longitudinale, cette entretoise comportant des portions d'appui inclinées par rapport à la direction longitudinale, ces portions d'appui recevant des faces complémentaires du siège, pour rapprocher le siège en ajustant la position de l'entretoise selon la direction longitudinale.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, dans lequel les moyens pour rapprocher le siège comportent une entretoise mobile par rapport au siège selon une direction longitudinale, cette entretoise comportant des portions d'appui inclinées par rapport à la direction longitudinale et recevant des faces complémentaires du siège, pour rapprocher le siège en ajustant la position de l'entretoise selon la direction longitudinale.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, comportant des moyens de mesure de la position longitudinale de l'entretoise par rapport au siège.

L'invention concerne également un outillage ainsi défini, dans lequel l'entretoise est portée par une embase, et dans lequel cette entretoise porte un réglet gradué longeant un flanc longitudinal de l'embase portant un repère de position.

L'invention concerne également un procédé de conformation géométrique de portées d'un pied d'une aube en matériau composite thermodurcissable, comportant l'application d'un effort presseur sur les portées et le chauffage de ces portées pendant une durée prédéterminée durant l'application de l'effort presseur.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[Fig. 1] est une vue en coupe longitudinale d'un turboréacteur connu ; [Fig. 2] est une vue en coupe transversale partielle d'une alvéole de moteur connu ;

[Fig. B] est une vue en coupe transversale partielle d'une alvéole de moteur connu dans laquelle est monté un pied d'aube ;

[Fig. 4] est une vue en perspective d'un pied d'aube ;

[Fig. 5] est une vue en perspective du conformateur selon l'invention dans lequel est installée une aube ;

[Fig. 6] est une vue de face du conformateur selon l'invention dans lequel est installée l'aube ;

[Fig. 7] est une vue en coupe transversale du pied d'aube à conformer représenté seul ;

[Fig. 8] est une vue de face du conformateur selon l'invention sans aube ;

[Fig. 9] est une vue en perspective d'une partie de réglage du support du conformateur selon l'invention ;

[Fig. 10] est une vue latérale du support du conformateur selon l'invention ;

[Fig. 11] est une vue en perspective d'un élément d'attache du bord de fuite du conformateur selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

L'idée à la base de l'invention est de prévoir après moulage une opération de conformation des portées de l'aube par installation du pied d'aube dans un conformateur mécanique et application d'un cycle de chauffe prédéterminé.

Sur la figure 5, un conformateur 21 selon l'invention comporte un socle 22 portant un support 23 s'étendant selon une direction longitudinale AX, une aile gauche 24 et une aile droite 26 situées de part et d'autre de ce support 23, et un guide de maintien 27 s'étendant à une extrémité du support 23.

Une aube 28 en matériau composite thermodurcissable est installée dans ce conformateur, cette aube comportant un pied 29 qui est porté verticalement par le support 23 et enserré latéralement par les ailes 24 et 26, et une pale 31 prolongeant ce pied et qui est maintenue par le guide 27.

Le support 23 comporte un siège 32 porté par une entretoise coulissante 33 qui est elle-même portée par une embase 34 fixée au socle 22. Ce support 23 a globalement une forme longiligne d'une longueur sensiblement supérieure à celle du pied 29 de l'aube, et le siège 32 comporte une face supérieure formant assise repérée par 36 sur la figure 8, qui est une surface réglée incurvée complémentairement à une face de base 37 correspondante du pied 29 pour la recevoir.

Comme visible sur la figure 6, l'aile gauche 24, c'est-à-dire l'aile longeant le côté gauche du support 23 et de l'aube sur la figure 5 comporte un corps 38 qui dépasse perpendiculairement du socle 22 en longeant le support 23 et comportant une extrémité libre 39 est inclinée à environ 30 degrés par rapport à la normale au socle, vers le support 23. Cette extrémité libre 39 porte un tampon 41 qui est en appui sur une portée gauche 42 du pied 29 d'aube.

L'aile droite 26 est symétrique de l'aile gauche 24 par rapport à un plan médian normal au support 23 et passant par l'axe AX. Elle comporte un corps 43 terminé par une extrémité libre 44 portant un tampon 46 en appui sur la portée droite 47 du pied 29.

Comme visible plus clairement sur la figure 7, le pied 29 présente en section transversale une forme approximativement triangulaire, dans laquelle les portées 42 et 47 qui sont planes sont orientées l'une par rapport à l'autre pour délimiter ensemble une forme s'évasant en direction de la face de base 37.

Le guide 27 comporte quant à lui un corps 48 généralement parallélépipédique qui s'étend perpendiculairement au socle 22 et à l'axe AX en étant situé au voisinage d'une extrémité du support 23, et qui porte à son extrémité libre une attache 49 dans laquelle est bloqué un bord 51 de la pale 31 de l'aube 28, qui est ici son bord de fuite. Ce guide 27 assure que l'aube 28 présente une orientation prédéterminée par rapport au socle 22. Comme visible dans l'exemple de la figure 5, l'aube 28 est ainsi orientée perpendiculairement au socle 22. Le conformateur selon l'invention est un système mécanique apte à recevoir une aube pour exercer sur les portées 42 et 47 sensiblement planes de son pied 29 un effort presseur permettant de les déformer pour en améliorer la planéité. Cette déformation résulte de l'application de l'effort presseur constant par les tampons 41, 46 combinée à un cycle thermique prédéterminé qui est également appliqué aux portées.

Dans l'exemple des figures, les tampons 41, 46 sont des éléments chauffants, intégrant par exemple des résistances électriques, qui assurent ainsi le chauffage des portées en plus d'assurer l'application d'une pression sur celles-ci.

L'application de l'effort presseur sur les portées 42 et 47 du pied d'aube est assuré par les faces d'appui 52 et 53 qui terminent respectivement les extrémités libres du tampon 41 et du tampon 46, et contre lesquelles le support 23 pousse les portées 42 et 47 en exerçant par sa face 36 une pression sur la face de base 37 du pied 29 cette pression étant orientée selon une direction normale au socle 22.

A cet effet, le support 23 intègre un mécanisme de réglage de la distance séparant le socle 22 de la face supérieure 36 pour la serrer sur la face de base 37 du pied 29 de manière à presser les portées 42 et 47 contre les faces d'appui 52 et 53.

Plus particulièrement, et comme visible sur les figures 9 et 10 l'entretoise 33 interposée entre l'embase 34 et le siège 32 est apte à coulisser selon la direction longitudinale AX, alors que l'embase 34 et le siège 32 sont bloqués en position selon la direction AX. Cette entretoise 33 repose sur l'embase 34 par sa face inférieure au moyen d'un appui plan parallèle au socle 22, alors que le siège 32 repose sur l'entretoise 33 par l'intermédiaire de deux appuis plans inclinés par rapport au socle 22.

Plus particulièrement, le siège 32 comporte une face inférieure 54 pourvue de deux portions d'appui inclinées 56, 57 d'un même angle relativement faible par rapport à l'axe AX et qui sont espacées l'une de l'autre le long de l'axe AX, en étant parallèles l'une à l'autre.

L'entretoise 33 comporte quant à elle une face supérieure 58 ayant une forme complémentaire de celle de la face 54, c'est-à-dire comportant elle aussi deux portions d'appui inclinées 59, 61 du même angle par rapport à l'axe AX et espacées le long de celui-ci. Comme il ressort de la figure 10, un déplacement de l'entretoise 33 le long de l'axe AX par rapport à l'embase 34 et au siège 32 permet modifier la hauteur du siège 32 par rapport au socle 22. Dans l'exemple de la figure 10, un déplacement de l'entretoise 33 vers la droite permet d'écarter le siège 32 de l'embase 34 alors qu'un déplacement de cette entretoise vers la gauche permet de l'en rapprocher.

Comme visible sur les figures 9 et 10, l'entretoise 33 est terminée par un prolongement 62 par lequel elle dépasse de l'embase 34, ce prolongement étant traversé par une vis de réglage 63 agencée pour régler la position de l'entretoise 33 par rapport à l'embase 34 le long de l'axe AX. Complémentairement, ce prolongement 62 porte un réglet gradué 62a qui longe un flanc longitudinal de l'embase 34 lui-même pourvu d'un repère de position 62b, ce qui permet de réaliser aisément une lecture de la position longitudinale de l'entretoise 33 par rapport à l'embase 34, c'est-à-dire par rapport au siège 32. Cette mesure de la position longitudinale est directement proportionnelle à la distance séparant le siège 32 de l'embase 34. Il est ainsi possible de déterminer, pour un dimensionnement de pied d'aube donné, l'effort presseur exercé sur les portées, à partir de la lecture de la position longitudinale de l'entretoise.

Ainsi, une fois que l'aube a été installée dans le conformateur avec son pied 29 en appui sur le siège 32, une action sur la vis 63 permet de remonter ce pied, c'est-à-dire de l'écarter du socle 22 pour presser les portées 42 et 47 sur les faces d'appui planes 52 et 53 des tampons, de façon à appliquer sur ces portées un effort presseur, puis un cycle thermique pour en améliorer la planéité.

Le blocage du bord de fuite 51 de la pale 31 permet quant à lui d'assurer une orientation précise des portées 42 et 47 par rapport aux faces d'appui 52 et 53 des tampons, en imposant l'orientation générale de l'aube 28 par rapport au socle 22. Comme visible sur la figure 11, l'attache 49 de fixation du bord de fuite 51 comporte d'une part une patte fixe 64, c'est-à-dire rigidement solidaire du corps 48, et qui s'étend en vis-à-vis d'un côté de la pale 31 lorsque l'aube est en place, et une patte mobile 66, également portée par le corps 48, qui est apte à être rabattue contre le côté opposé de la pale. Ainsi, le maintien du bord de fuite 51 est assuré par enserrement des parois d'intrados et d'extrados entre les deux pattes 64 et 66 au voisinage de ce bord de fuite. Comme visible sur la figure 11, la patte mobile 66 est montée pivotante sur le corps 48 qui la porte, autour d'un axe ou goupille 67 d'orientation normale au socle 22, de façon à pouvoir pivoter autour de cet axe, et elle est équipée de moyens de blocage non visibles sur la figure qui permettent de l'immobiliser par rapport au corps, dans sa position fermée.

Autrement dit, la patte fixe 64 et la patte mobile 66 constituent les deux mâchoires d'une pince apte à enserrer la pale 31 lorsque la patte 66 occupe sa position fermée, ou à libérer cette pale 31 lorsque la patte 66 est en position ouverte. Comme visible sur la figure 11, les pattes 64 et 66 sont équipées de touches 68 et 69 en matériau caoutchouteux ou analogue pour ne pas blesser la surface de la pale lorsqu'elles l'enserrent.

D'une manière générale, la mise en conformité géométrique des portées d'une aube consiste à installer l'aube dans le conformateur et à appliquer le cycle de chauffe prédéterminé.

La configuration du conformateur 21, avant d'y installer l'aube, consiste à agir sur la vis de réglage 63 pour placer le siège 32 en position basse, c'est-à-dire pour le rapprocher du socle 22, et à ouvrir la patte mobile 66.

Après cette configuration, le pied 29 de l'aube est placé sur le siège 32 tout en positionnant son bord de fuite 51 dans l'attache 49 avant de refermer la patte mobile 66. L'opérateur agit alors sur la vis de réglage 63 pour écarter le siège 32 du socle 22 afin de serrer les portées 42 et 47 sur les faces d'appui 52 et 53 des tampons 41 et 46.

Une fois que l'aube est complètement installée, le cycle thermique est déclenché. A titre indicatif, ce cycle thermique consiste par exemple à atteindre 160° et à maintenir cette température pendant dix minutes. Dans l'exemple illustré sur les figures, les tampons sont prévus chauffants ce qui permet d'appliquer la chaleur localement sur les portées à mettre en conformité. Il est également envisageable d'apporter la chaleur par exemple en plaçant le conformateur avec l'aube qu'il porte dans un four ou analogue.

D'une manière générale, l'invention permet de mettre en conformité la planéité des portées sans risque d'altération de leurs surfaces, et sans risque de déformer d'autres parties de l'aube puisque l'effort est appliqué principalement sur les portées à rectifier, la chaleur étant en outre avantageusement apportée localement sur ces portées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Outillage de conformation (21) des portées (42, 47) d'un pied (29) d'une aube (28) en matériau composite thermodurcissable, ce pied (29) comprenant une face de base (37) prolongée par deux portées (42, 47), ces portées étant orientées l'une par rapport à l'autre de manière à délimiter un évasement vers la face de base (37), l'outillage (21) comprenant :

- un siège (32) apte à recevoir la face de base (37) du pied (29) ;

- deux tampons (41, 46) comportant des faces d'appui (52, 53) situées en vis-à-vis des portées (42, 47) lorsque la face de base (37) est portée par le siège (32) ;

- des moyens pour rapprocher le siège (32) des faces d'appui (52, 53) afin de presser les portées (42, 47) du pied (29) sur ces faces d'appui (52, 53) ;

- des moyens pour chauffer les portées (42).

2. Outillage selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour chauffer les portées (42) sont intégrés aux tampons (41, 46).

3. Outillage selon la revendication 1, dans lequel le siège (32) comporte une face formant assise (36) ayant une forme complémentaire de la face de base (37) du pied (29) d'aube (28).

4. Outillage selon la revendication 1, comportant en outre un guide (27) apte à recevoir un bord (51) d'une pale (31) prolongeant le pied (29) pour assujettir la position de ce bord par rapport au pied (29) dans l'outillage.

5. Outillage selon la revendication 4, dans lequel le guide (27) comporte un corps (48) portant une attache (49) formant pince et apte à recevoir un bord (51) de la pale (31) pour le maintenir en l'enserrant.

6. Outillage selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour rapprocher le siège (32) comportent une entretoise (33) mobile par rapport au siège (32) selon une direction longitudinale (AX), cette entretoise (33) comportant des portions d'appui (59, 61) inclinées par rapport à la direction longitudinale (AX) et recevant des faces complémentaires du siège (32), pour rapprocher le siège (32) en ajustant la position de l'entretoise (33) selon la direction longitudinale (AX).

7. Outillage selon la revendication 6, comportant des moyens de mesure de la position longitudinale de l'entretoise (33) par rapport au siège (32).

8. Outillage selon les revendications 7, dans lequel l'entretoise (33) est portée par une embase (34), et dans lequel cette entretoise porte un réglet gradué (62a) longeant un flanc longitudinal de l'embase (34) portant un repère de position (62b).

9. Procédé de conformation géométrique de portées (18, 19) d'un pied (29) d'une aube (28) en matériau composite thermodurcissable, comportant l'application d'un effort presseur sur les portées (18, 19) et le chauffage de ces portées pendant une durée prédéterminée durant l'application de l'effort presseur.