WO2024079426A1 - Aube a calage variable pour soufflante de turbomachine presentant un gradient de raideur dans le pied - Google Patents

Aube a calage variable pour soufflante de turbomachine presentant un gradient de raideur dans le pied Download PDF

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WO2024079426A1
WO2024079426A1 PCT/FR2023/051588 FR2023051588W WO2024079426A1 WO 2024079426 A1 WO2024079426 A1 WO 2024079426A1 FR 2023051588 W FR2023051588 W FR 2023051588W WO 2024079426 A1 WO2024079426 A1 WO 2024079426A1
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stiffness
layer
blade
surface layer
variable pitch
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Application number
PCT/FR2023/051588
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Bastien TRANQUART
Vincent Joudon
Vivien Mickaël Courtier
Rémi GRENÊCHE
Original Assignee
Safran
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Publication date
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Definitions

  • TITLE VARIABLE SETTING BLADE FOR TURBOMACHINE FAN PRESENTING A GRADIENT OF STIFFNESS IN THE FOOT
  • the present invention generally relates to the field of variable-pitch blades for turbomachine fans, of the type comprising a blade capable of extending in an air flow and a foot configured to be inserted into a cell of a hub. blower. It concerns more particularly the field of variable pitch blades made of composite material.
  • a privileged area of application of the invention is that of turbojet engines with unducted fans (better known by the English names “propfan”, “open rotor” and “unducted single fan”).
  • the invention also applies to turbojet engines with ducted fans and turboprop engines with one or more propulsive propellers.
  • turbojet engines with unducted fans, such as that described in document FR 3 080 322 A1.
  • These turbojets comprise a conventional turboshaft gas generator, one or more turbine stages of which drive one or more unducted fan(s) extending outside the engine nacelle.
  • the advantage of these engines with a non-ducted fan is that the diameter of the fan is not limited by the presence of a fairing, so that it is possible to design an engine with a high dilution ratio, and consequently reduced fuel consumption.
  • the fan blades can have a large span.
  • these engines generally include a mechanism making it possible to modify the angular position of these blades (called pitch angle) so as to adapt the thrust generated by the fan according to the different phases of flight.
  • pitch angle angular position of these blades
  • their foot most often extends over only part of the chord length of the blade.
  • the blades fitted to such turbomachines are subjected to numerous forces, including in particular the so-called 1 P forces (also called 1 P loading).
  • 1 P forces also called 1 P loading.
  • These forces are cyclic forces resulting from the difference between the direction of incidence of the air flow, which is not guided by the fairing, and the axis of rotation of the fan (motor axis itself positioned opposite opposite the plane axis in relation to the air flow). They induce a bending loading of the blade, in particular in the interface zone of the blade with the fan disk, which is very significant. Due to the cyclical nature of these forces (the 1 P loading of a blade changes each time a blade moves from one position to the diametrically opposite position), they induce accelerated fatigue of the blade. We therefore tend to very strongly limit the admissible forces 1 P to guarantee the lifespan of the blades.
  • these blades are generally made of metallic material. Although the blades made of metallic material have good mechanical resistance, they nevertheless have the disadvantage of having a relatively large mass. In order to reduce this mass, it is desirable to be able to manufacture these blades composed at least in part of a composite material structure comprising a fibrous reinforcement densified by a polymer matrix.
  • the classic architectures of blades made of composite material do not make it possible to combine resistance to aerodynamic forces, in particular to 1P forces, to which these blades would be subjected, aerodynamic performance of the blades and limitation of the bulk at the hub (translated by a geometry data).
  • An objective of the invention is to improve the resistance of fan blades to the aerodynamic forces to which they are subjected, for example to 1 P forces, without degrading their aerodynamic performance.
  • Another objective is to lighten fan blades without degrading their resistance to the aerodynamic forces to which they are subjected, for example 1 P forces, nor their aerodynamic performance.
  • a variable pitch blade for a turbomachine fan comprising a blade with an aerodynamic profile and a foot configured to be inserted into a cell of a fan hub, the the blade being able to pivot relative to a frame of the fan hub around a wedging axis, the foot having a peripheral skin surface and comprising a bulb and a stilt connecting the bulb to the blade, the bulb being connected to the stilt with a collar defining a minimum local section of the foot along a plane orthogonal to the wedging axis, in which at least one section of the foot comprises a surface layer delimiting at least in part the skin surface and an internal layer between the wedging axis and the surface layer, the surface layer having a first stiffness and the internal layer having a second stiffness strictly greater than the first stiffness, the section of the foot including the collar and at least part of the stilt.
  • the variable pitch blade has one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination(s): the first stiffness comprises a longitudinal stiffness of the surface layer and the second stiffness comprises a longitudinal stiffness of the inner layer; the stilt flares from the neck towards the blade; the leg section extends over at least 30% of the height of the leg, measured parallel to the wedging axis; the blade has a proximal end for connection to the root, a free distal end, a leading edge, a trailing edge and a chord connecting the leading edge to the trailing edge, and the bulb has a maximum radius, measured along a direction perpendicular to the wedging axis, less than 50%, preferably less than 25%, of the length of the chord of the blade at its proximal end; the blade has a maximum thickness at its proximal end, the maximum radius of the bulb being greater than said maximum thickness; the bulb has a shape of revolution around the wedging axis; the surface layer and the internal layer each
  • the invention also relates, according to a second aspect, to a turbomachine fan comprising a fan hub and a plurality of variable pitch blades as defined above.
  • the invention also relates, according to a third aspect, to a turbomachine comprising such a fan.
  • the turbomachine has the following characteristic: the turbomachine is a turbomachine with an unducted fan.
  • the invention relates to an aircraft comprising such a turbomachine.
  • Figure 1 is a top view of an aircraft according to an exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 is a simplified view in partial longitudinal section of a turbomachine of the aircraft of Figure 1
  • Figure 3 is a simplified view in partial longitudinal section of a part of a fan of the turbomachine of Figure 2
  • Figure 4 is a perspective view of a root of the blade of Figure 3
  • Figures 5 to 11 are simplified views in longitudinal section of different variants of a section of the blade root of Figure 3.
  • the aircraft 10 shown in Figure 1 includes turbomachines 12 to propel it.
  • the aircraft 10 is an airplane. This comprises, in a conventional manner, a fuselage 14, a tail unit 16 and two wings 18.
  • the turbomachines 12 are here two in number and are each housed under a respective wing 18.
  • the turbomachines 12 are arranged along the fuselage 14, for example near the empennage 16.
  • the aircraft 10 comprises a single turbomachine 12 or at least three turbomachines 12.
  • One of the turbomachines 12 is shown in Figure 2.
  • the turbomachine 12 is elongated along a longitudinal axis X. It typically has angular symmetry around said longitudinal axis by rotation around the longitudinal axis
  • the turbomachine 12 comprises, in a conventional manner, a nacelle 20, an internal vein 22 for circulating an air flow through the nacelle 20, a combustion chamber 24 housed in the vein 22, a motor body 26 and a nozzle gas exhaust 28.
  • upstream and downstream are understood with reference to a direction of flow of an air flow through the vein 22.
  • the engine body 26 comprises a compressor 30, a turbine 32 and a transmission shaft 34 coupling the turbine 32 to the compressor 30 for driving the compressor 30 by the turbine 32.
  • the compressor 30 is arranged upstream of the combustion chamber 24 and supplies the combustion chamber 24 with compressed air.
  • the turbine 32 is arranged downstream of the combustion chamber 24 and receives the exhaust gases leaving the combustion chamber 24.
  • the transmission shaft 34 has the longitudinal axis X as its axis of rotation.
  • the transmission shaft 34 is guided in rotation relative to the nacelle 20 by means of bearings (not shown).
  • the turbomachine 12 is a multi-body turbomachine, in particular a double body, comprising a low pressure body 40 in addition to the engine body 26.
  • the engine body 26 then constitutes a high pressure body, the compressor 30 being a high pressure compressor, the turbine 32 being a high pressure turbine and the transmission shaft 34 being a high pressure shaft.
  • the low pressure body 40 includes a low pressure compressor 42, a low pressure turbine 44 and a low pressure shaft 46 coupling the low pressure turbine 44 to the low pressure compressor 42 for driving the low pressure compressor 42 by the low pressure turbine 44.
  • the low pressure compressor 42 is arranged upstream of the high pressure compressor 30 and supplies the latter with compressed air.
  • the low pressure turbine 44 is arranged downstream of the high pressure turbine 32 and receives the exhaust gases leaving the latter.
  • the low pressure shaft 46 is guided in rotation relative to the nacelle 20 by means of bearings (not shown).
  • the low pressure shaft 46 is coaxial with the high pressure shaft 34. It therefore also has the longitudinal axis X as its axis of rotation. In particular, the low pressure shaft 46 extends inside the shaft high pressure 34.
  • the turbomachine 12 also includes a fan 50 to drive the air flow in an external circulation vein 52 surrounding the nacelle 20.
  • a primary air flow ⁇ hot
  • a secondary air flow B cold
  • the fan 50 comprises a fan rotor 54.
  • This fan rotor 54 is rotatably mounted relative to the nacelle 20 around the longitudinal axis X. It comprises a hub 55 ( Figure 3) provided with fan blades 56 extending substantially radially outwards from the hub 55. These blades 56, when rotated, drive the air flow in the external circulation vein 52.
  • the fan rotor 54 is driven in rotation by the low pressure turbine 44, via the low pressure shaft 46.
  • this drive is direct, that is to say that the rotor of blower 54 is integral in rotation with the low pressure shaft 46.
  • this drive is done via a reduction gear allowing the fan rotor 54 to rotate at a speed lower than that of the low pressure shaft 46.
  • the fan 50 also comprises a fan stator 58 comprising fixed blades 59 arranged at the periphery of the nacelle 20, in the external circulation vein 52, along a plane orthogonal to the longitudinal axis Fan stator 58 is here arranged downstream of the fan rotor 54.
  • the fan 50 comprises, in place of the fan stator 58, a counter-rotating fan rotor.
  • the fan 50 is, as shown, not ducted, that is to say that the external circulation vein 52 has no peripheral delimitation.
  • the turbomachine 12 is then constituted, as shown, by a turbojet with an unducted fan or, alternatively, by a turboprop.
  • the external circulation vein 52 is defined between the nacelle 20 and a fan casing surrounding the fan 50; the turbomachine 12 is then typically constituted by a turbojet with a high bypass ratio, the dilution rate being defined as the ratio of the flow rate of the secondary flow B (cold) to the flow rate of the primary flow A ( hot).
  • the turbomachine 12 is in particular of the "puller” type, that is to say that the fan 50 is arranged upstream of the internal circulation stream 22 and also drives the air flow in this last.
  • the turbomachine is of the “pusher” type, that is to say that the fan 50 is placed around the downstream half of the nacelle 20.
  • Blades 56 of the fan rotor 54 is illustrated schematically in Figure 3. As visible in this Figure, it is elongated in a substantially radial direction of elongation Y, that is to say perpendicular to the longitudinal axis
  • the blade 56 comprises a blade 60 with an aerodynamic profile and a foot 62.
  • the blade 60 extends radially outside a casing 63 of the hub 55 which internally delimits the external circulation vein 52.
  • the blade 60 is thus able to extend in the air flow circulating in said vein 52. It is shaped so as to generate lift when it is moved in said air flow.
  • the blade 60 has a proximal end 64 for connection to the foot 62, a free distal end 65, a leading edge 66, a trailing edge 67 and a chord (not shown), orthogonal to the elongation axis Y, connecting the leading edge 66 to the trailing edge 67.
  • the blade 60 also has an intrados 68 (Figure 2) and an extrados 69 ( Figure 2).
  • intrados 68 Figure 2
  • extrados 69 Figure 2
  • thickness a distance in a plane normal to the elongation axis Y and along an axis extending between the intrados 68 and the extrados 69.
  • the foot 62 has a peripheral skin surface 70. It also includes a bulb 72 and a stilt 74.
  • the bulb 72 constitutes a radially internal part of the foot 62. It delimits an internal end 76 of the blade 56, that is to say the end of the blade 56 closest to the axis extends from said internal end 76 to a junction surface 78 connecting the bulb 72 to the stilt 74.
  • This junction surface 78 is typically discoidal.
  • the bulb 72 flares from the junction surface 78 opposite the blade 60, thus delimiting a support surface 80 oriented towards the blade 60.
  • the support surface 80 constitutes a part of the skin surface 70 .
  • the bulb 72 has a maximum radius, measured in a direction perpendicular to the axis of elongation, less than 50%, preferably less than 25%, of the length of the chord of the blade 60 at its proximal end 64. This radius maximum is typically greater than the maximum thickness of the blade 60 at its proximal end 64.
  • It preferably has a form of revolution around the elongation axis Y.
  • the stilt 74 constitutes a radially external part of the foot 62. It connects the bulb 72 to the blade 60. It extends from the blade 60 to the functional surface 78.
  • the stilt 74 flares from the functional surface 78 towards the blade 60.
  • the junction surface 78 constitutes a neck 82 defining a local minimum of the section of the foot 62 along a plane orthogonal to the axis of elongation Y.
  • the flare of the stilt 74 from the neck 82 towards the blade 60 is in particular visible in a plane parallel to the axis of elongation Y and to the chord of the blade 60 at its proximal end 64.
  • the stilt 74 narrows from the neck 82 to a minimum thickness 84 before flaring towards the blade 60.
  • the hub 55 comprises for each blade 56 an attachment part 88, arranged at the base of the blade, to which the blade 56 is secured. This attachment part 88 delimits a cell 90 in which is inserted the foot 62 of the blade 56.
  • This cell 90 opens radially to the outside of the attachment part 88 through an orifice 92.
  • the attachment part 88 delimits, at the periphery of this orifice 92, a surface bearing surface 94 oriented towards the bottom of the cell 90 opposite the orifice 92.
  • This bearing surface 94 cooperates with the bearing surface 80 of the bulb 72 to retain the foot 62 in the cell 90.
  • the blades 56 of the fan rotor 54 have variable pitch, that is to say that each blade 56 is pivotally mounted relative to a frame 96 of the hub 55 around a specific timing axis C.
  • This wedging axis C extends along the direction of elongation Y of the blade 56. It is perpendicular to the longitudinal axis X.
  • each attachment part 88 is rotatably mounted relative to the hub 55 around the wedging axis C. More precisely, the attachment part 88 is rotatably mounted inside a housing 98 provided in the frame 96 of hub 55 via balls 99 or other rolling elements.
  • the fan 50 further comprises a pitch change mechanism 100 to adjust the pitch angle of each blade 56 around its pivot axis P so as to adapt the performance of the turbomachine 12 to the different phases of flight.
  • This pitch change mechanism 100 comprises an actuator 102 comprising a fixed part 104 secured to the frame 96 and a movable part 106 movable in translation along the longitudinal axis X relative to the fixed part 104 between a retracted position and an deployed position. It also includes a connection system 108 connecting the movable part 106 to the attachment part 88 so as to convert the translation of the movable part 106 along the longitudinal axis there, of the blade 56 around the wedging axis C.
  • This connection system 108 is here formed of an annular slide 110 mounted integrally with the movable part 106 and a pin 112 mounted integrally with the attachment part 88 and capable of sliding in the slide 110 and of rotating relative to the slide 110.
  • each blade 56 comprises a structure made of composite material 120. As visible in said Figures, the foot 62 is at least partially formed by said structure 120.
  • This structure 120 comprises a fibrous reinforcement obtained by three-dimensional weaving and a matrix in which the fibrous reinforcement is embedded.
  • the fibrous reinforcement is typically formed from a single-piece fibrous preform with progressive thickness comprising chain strands 122 (that is to say strands extending along the elongation axis Y of the blade 56) and weft strands 124 (that is to say strands extending along the chord of the blade 56), these strands 122, 124 comprising for example carbon, glass, basalt fibers , and/or aramid.
  • Said fibrous preform is advantageously obtained by three-dimensional or multilayer weaving, that is to say that the warp strands 122 follow sinuous paths in order to link together weft strands 124 belonging to layers of different weft strands 124, it being noted that said three-dimensional weave may include 2D surface weaves. Different three-dimensional weave weaves can be used, such as interlock, multi-satin or multi-veil weaves, for example, as described in particular in document WO 2006/136755.
  • a tension is applied to the warp strands 122 and to the weft strands 124 in order to give them a differential stiffness and therefore a respective predetermined steaming.
  • steaming a strand we will understand here the difference between the length of a given strand when it is perfectly straight and the real length (in the fibrous reinforcement) of this strand due to the crisscrossing that it makes in order to to bond with the other strands, and thus defining what is commonly called the woven weave of the fibrous reinforcement.
  • the haze is generally expressed as a percentage and thus characterizes the undulation of the strand. In a manner known per se, when a given strand is straight, its thickness is equal to 0%; the more corrugated the strand, the higher its density.
  • the matrix is typically a polymer matrix, for example epoxy, bismaleimide or polyimide.
  • the blade 56 is then formed by molding using a vacuum resin injection process of the RTM type (for “Resin Transfer Molding), or even V ⁇ RTM (for Vacuum Resin Transfer Molding).
  • the foot 62 comprises a section 126 comprising a surface layer 130 delimiting at least in part the skin surface 70 of the foot 62 and a central core layer 132 extending from the wedging axis C towards the surface layer 130, the surface layer 130 having a first stiffness and the central layer 132 having a second stiffness strictly greater than the first stiffness.
  • the foot 62 also comprises an intermediate layer 134 interposed between the surface layer 130 and the central layer 132, the intermediate layer 134 having a third stiffness strictly greater than the first stiffness and strictly less than the second stiffness.
  • the surface layer 130, the central layer 132 and the intermediate layer 134 each extend over the entire height of the section 126, that is to say that each of said layers 130, 132, 134 extends from a lower end (not referenced) to an upper end (not referenced) of said section 126, said lower and upper ends of the section 126 delimiting the section 126 along the elongation axis Y.
  • the stiffness is understood here and in the following as comprising at least the longitudinal stiffness, that is to say measured orthogonally to the chord of the blade 56 and substantially parallel to the skin surface 70.
  • the stiffness also includes the transverse stiffness, that is to say measured orthogonal to the direction of elongation Y and substantially parallel to the skin surface 70, the stiffness then being compared direction by direction (i.e. the sentence "the stiffness of layer A is greater than the stiffness of layer B" is understood to mean that the longitudinal stiffness of layer A is greater than the longitudinal stiffness of the layer B and the transverse stiffness of layer A is greater than the transverse stiffness of layer B).
  • This stiffness is typically measured by cutting a standardized test piece in the layer 130, 132 or 134 concerned and measuring the stiffness of this test piece by means of standardized tests, the shape of the cut test piece and the tests carried out to determine its stiffness being the same for each of the layers 130, 132 and 134.
  • the first stiffness is less than or equal to 50%, preferably less than or equal to 25%, of the second stiffness.
  • the third stiffness is less than or equal to 66%, preferably less than or equal to 50%, of the second stiffness.
  • the stiffness is substantially halved at each layer change; thus, typically, the third stiffness is substantially equal to 50% of the second stiffness and the first stiffness is substantially equal to 25% of the second stiffness.
  • the stiffness varies continuously at the interface between the layers 130, 132, 134 and inside the intermediate layer 134, so that the stiffness of the section 126 gradually increases from the surface layer 130 until the central layer 132.
  • the stiffness also varies continuously inside the surface layer 130 and the central layer 132, so that the stiffness of the section 126 gradually increases from the wedging axis C to the surface of skin 70 of foot 62.
  • the section 126 includes the neck 82 and at least the interior part of the stilt 74, that is to say the part of the stilt 74 closest to the bulb 72. It extends over at least 30% of the height of the foot 62, for example between 30 and 60% of the height of the foot.
  • the section 126 includes more than 30% of the height of the stilt 74.
  • the section 126 extends over 100% of the height of the stilt 74, that is to say that the stilt 74 is entirely included in section 126, which then extends to blade 60.
  • the section 126 also extends into the bulb 72 and includes at least the exterior part of the bulb 72, that is to say the part of the bulb 72 closest to the stilt 74. It then typically includes at minus 30% of the height of bulb 72.
  • the surface layer 130 has at each point a thickness, measured in a direction perpendicular to the wedging axis C and passing through said point, of between 1 and 25% of the radius of the section 126 measured in this same direction.
  • the central layer 132 for its part, has at each point a thickness, measured in a direction perpendicular to the setting axis C and passing through said point, between 20 and 40% of the radius of the section 126 measured in this same direction.
  • At least one of the layers 130, 132, 134 is constituted by the composite material structure 120.
  • the surface layer 130 is constituted by the composite material structure 120.
  • the central layer 132 and, where appropriate, the intermediate layer 134 are also constituted by the composite material structure 120.
  • the difference in stiffness between layers 130, 132, 134 is obtained by a difference in the warp-weft ratio, this ratio increasing as the stiffness increases.
  • the warp-weft ratio in the central layer 132 is greater than the warp-weft ratio in the surface layer 130.
  • the warp-weft ratio in the intermediate layer 134 is, where appropriate, between the warp ratio -weft in the central layer 132 and the warp-weft ratio in the surface layer 130 and is preferably close to an average between the warp-weft ratio in the central layer 132 and the warp-weft ratio in the surface layer 130.
  • the central layer 132 and, where appropriate, the intermediate layer 134 thus have, relative to the surface layer 130, excess chain strands 122.
  • these excess warp strands 122 gradually mingle with the weft strands 124 of the surface layer 130 from an upper end of the section 126 in order to limit the property change gradients in the composite material structure 120 (stiffness and resistance to rupture) which would be likely to weaken the blade 56.
  • the difference in stiffness between the layers 130, 132, 134 is obtained by a difference in the mistiness of the chain strands 122, the mistiness being lower as the stiffness increases. .
  • the fogging of the chain strands 122 is thus lower in the central layer 132 than in the surface layer 130.
  • the fogging of the chain strands 122 in the intermediate layer 134 is, where appropriate, greater than in the central layer 132 and weaker than in the surface layer 130.
  • This difference in steaming is here obtained by the insertion into the central layer 132 of unidirectional chain strands 136, that is to say chain strands 122 having a steaming of 0%, the surface layer 130 being free such unidirectional warp strands 136.
  • These unidirectional warp strands 136 are typically free warp strands, that is to say they are not intersected with weft strands 124.
  • the central layer 132 is here constituted said unidirectional chain strands 136.
  • the unidirectional warp strands 136 of the central layer 132 gradually mingle with the weft strands 124 of the surface layer 130 and, where appropriate, of the intermediate layer 134 from an upper end of the section 126 in order to to limit the property change gradients in the composite material structure 120 (stiffness and breaking strength) which would be likely to weaken the blade 56.
  • the difference in steaming is obtained by applying a different tension to the warp strands 122 and/or to the weft strands 124 in the loom used to produce the fibrous reinforcement so that the tension experienced by the warp strands 122 at the core (in the central layer 132) is greater than the tension experienced by the warp strands 122 near the skin (in the surface layer 130) and/or the tension experienced by the weft strands 124 at the core is less than that suffered by the weft strands 124 close to the skin.
  • the modification of the tension applied to the weft strands 124 has in fact a direct impact on the tension experienced by the warp strands 122 near their interface with the weft strands 124 and therefore their tightness and their stiffness.
  • the tension difference experienced by the chain strands 122 is obtained by increasing the tension applied to the chain strands 122 in the central layer 132 and/or by reducing the tension applied to the chain strands 122 in the surface layer 130 and, where appropriate, in the intermediate layer 134.
  • the tension difference experienced by the warp strands 122 is obtained by reducing the tension applied to the weft strands 124 in the central layer 132 and/or by increasing the tension applied to the weft strands 124 in the surface layer 130 and, where appropriate, in the intermediate layer 134.
  • the variation in tension applied by the loom to the warp strands 122 and/or weft strands 124 can be obtained by any suitable means, the principle being to exert an inrush tension directly at the output of the coil on which the strand is wound. In a manner known per se, this tension can be applied by a spring system pulling each chain strand 122, or using weights positioned between the exit of the chain strand 122 from the coil and the eyelets of the loom heddles. to weave. Furthermore, coils are available on the market to control the applied voltage.
  • the tension applied to the weft strands 124 can be managed in a similar manner as for the warp strands 122, and/or by using a clamp which grabs the end of the weft strand 124 and pulls it through the shed ( interlacing of the warps), then releases the weft strand 124 once the beating of the loom has passed to the next sequence.
  • the chain strands 122 of the surface layer 130 and, where appropriate, of the intermediate layer 134 are advantageously gradually removed from the fibrous reinforcement from an upper end of the section 126 and replaced by as many chain strands 122 undergoing a tension equivalent to that of the chain strands 122 of the central layer 132, in order to limit the property change gradients in the composite material structure 120 (stiffness and breaking resistance) which would be likely to weaken the blade 56.
  • the difference in stiffness between the layers 130, 132 is obtained by a difference in the nature of the fibers composing the warp strands 122 and/or weft 124 of the central layer 132 and those composing the warp 122 and/or weft 124 strands of the surface layer 130 and, where appropriate, of the intermediate layer 134.
  • the warp 122 and/or weft 124 strands of the surface layer 130 are thus typically made of fibers of a first material, those of the central layer 132 are made of fibers of a second material, and those of the intermediate layer 134, where appropriate, are made of a third material, the first material having a modulus of elasticity lower than that of the second material and the third material having, where appropriate, a modulus of elasticity between those of the first and second materials and preferably close to the average of said moduli of elasticity.
  • the first material has a modulus of elasticity between 150 and 190 GPa and is typically made of glass or basalt
  • the second material has a modulus of elasticity of between 240 and 350 GPa and is typically made of carbon
  • the third material has a modulus of elasticity of between 195 and 235 GPa and is typically made of carbon.
  • the chain strands 122 of the surface layer 130 and, where appropriate, of the intermediate layer 134 are gradually removed from the fibrous reinforcement from an upper end of the section 126 and replaced by as many chain strands 122 in second material, in order to limit the property change gradients in the composite material structure 120 (stiffness and breaking strength) which would be likely to weaken the blade 56.
  • the surface layer 130 is made up of the composite material structure 120.
  • the central layer 132 is made up of another stiffer structure.
  • the intermediate layer 134 does not exist.
  • the central layer 132 consists of a laminate 140 of unidirectional plies 142 whose fibers are oriented substantially parallel to the wedging axis C.
  • the central layer 132 is constituted by a structure 144 made of metal, for example steel or titanium.
  • the thickness of the laminate 140 or of the metal structure 144 gradually decreases from an upper end of the section 126, this loss of thickness being compensated by the progressive introduction of additional warp strands 122 and weft 124 in the composite material structure 120, in order to limit the property change gradients in the blade 56 (stiffness and resistance to rupture) which would be likely to weaken the blade 56.
  • the central layer 132 is made up of the composite material structure 120.
  • the surface layer 130 is made up of another, more flexible structure.
  • the intermediate layer 134 does not exist.
  • the surface layer 130 consists of a laminate 150 of added plies 152.
  • These added plies 152 are preferably multidirectional folds, for example bidirectional.
  • Each added ply 152 is typically constituted by a sheet of 2D woven fabric or by a sheet of non-corrugated fabric (better known by the acronym NCF, from English “non-crimp fabric”).
  • the added folds 152 are preferably inclined folds whose fibers are oriented at an angle between 5 and 95°, advantageously between 20 and 60°, for example substantially equal to 45°, relative to the wedging axis C
  • the fibers of the added plies 152 have a modulus of elasticity lower than that of the fibers constituting the warp 122 and weft strands 124 of the composite material structure 120.
  • the thickness of the laminate 150 gradually decreases from an upper end of the section 126, this loss of thickness being compensated by the progressive introduction of additional warp strands 122 and weft 124 into the composite material structure 120 , in order to limit the property change gradients in the blade 56 (stiffness and resistance to rupture) which would be likely to weaken the blade 56.
  • the section 126 comprises the surface layer 130, the central layer 132 and the intermediate layer 134, o the central layer 132 consisting of: the laminate 140 or the metallic structure 144, and o the central layer 132 and the intermediate layer 134 being made up of the composite material structure 120, o the intermediate layer 134 having:
  • the section 126 comprises the surface layer 130, the central layer 132 and the intermediate layer 134, all three consisting of the composite material structure 120, o the central layer 132 having:
  • ⁇ warp strands 122 or weft 124 composed of fibers of a material having a modulus of elasticity greater than that of the material composing the fibers constituting the warp 122 or weft strands 124 of the intermediate layer 134, and o the intermediate layer 134 having:
  • the section 126 comprises the surface layer 130, the central layer 132 and the intermediate layer 134, o the surface layer 130 consisting of the laminate 150, o the intermediate layer 134 consisting of the composite material structure 120, and o the central layer 132 consisting of:
  • warp 122 or weft 124 strands composed of fibers of a material having a modulus of elasticity greater than that of the material composing the fibers constituting the warp 122 or weft 124 strands of the intermediate layer 134, or
  • the section 126 comprises only the surface layer 130 and the central layer 132, both consisting of the composite material structure 120, the central layer 132 having a warp-weft ratio greater than that of the surface layer 130 and/or the warp strands 122 having a lower steaming than that of the warp strands 122 of the surface layer 130 and/or warp strands 122 or weft 124 composed of fibers of a material having a modulus of elasticity greater than that of the material composing the fibers constituting the warp 122 or weft strands 124 of the surface layer 130.
  • the central layer 132 which has the highest stiffness
  • the invention is not limited to this embodiment alone.
  • the layer presenting the highest stiffness should be an internal layer between the wedging axis C and the surface layer 130.
  • the layer having the highest stiffness is the intermediate layer 134.
  • the stiffness of the intermediate layer 134 is then strictly greater than the first stiffness (of the surface layer 130) and the second stiffness (of the layer central 132).
  • the second stiffness is preferably greater than or equal to the first stiffness.
  • the first stiffness is less than or equal to 50%, preferably less than or equal to 25%, of the stiffness of the intermediate layer 134
  • the second stiffness is less than or equal to 66%, preferably less than or equal to 50%. %, of the stiffness of the intermediate layer 134.
  • the stiffness varies continuously at the interface between the layers 130, 132, 134 and inside the surface layer 130 and the central layer 132, so that the stiffness of the section 126 increases progressively from the axis of wedging C to the intermediate layer 134, then decreases, always progressively, from the intermediate layer 134 to the skin surface 70 of the foot 62.
  • the greater stiffness of the intermediate layer 134 is obtained by a warp-weft ratio of the composite material structure 120 inside the intermediate layer 134 greater than the warp-weft ratios encountered in the surface layer 130 and in the central layer 132.
  • this greater stiffness is obtained by: the use, in the intermediate layer 134, of chain strands 122 having a lower steaming than that of the strands of warp 122 of the surface layer 130 and of the central layer 132 and/or the use, in the intermediate layer 134, of warp strands 122 or weft 124 composed of fibers of a material having a modulus of elasticity greater than that of the material composing the fibers constituting the warp 122 or weft strands 124 of the surface layer 130 and the central layer 132.
  • the collar 82 and the base of the stilt 74 are more flexible in skin and stiffer at the core, which reduces the concentrations of the loading 1 P on the skin of the foot 62.
  • the stresses due to loading 1 P are better distributed in the depth of the foot 62, which relieves the skin.
  • the stresses being better distributed the resistance of the blade 56 to the forces 1 P is increased, without modifying its shape and therefore its aerodynamic characteristics. It is thus possible to produce a blade 56 at least partially made of composite material having a loading resistance 1 P sufficient to equip this blade 56 on a turbojet with an unducted fan such as the turbomachine 12. It is thus possible to lighten the blades of a turbojet engine with unducted fan, without degradation of their resistance to forces 1 P or their aerodynamic performance, by simply replacing these blades with blades such as blade 56.

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Abstract

Cette aube à calage variable pour soufflante de turbomachine comprend une pale (60) et un pied (62). Le pied (62) comporte un bulbe (72) et une échasse (74) reliant le bulbe (72) à la pale (60), le bulbe (72) étant relié à Léchasse (74) par un col (82) définissant un minimum local de la section du pied (62) suivant un plan orthogonal à l'axe de calage. Au moins un tronçon du pied (62) incluant le col (82) et au moins une partie de l'échasse (74) comporte une couche de surface et une couche interne comprise entre l'axe de calage et la couche de surface, la couche interne ayant une raideur strictement supérieure à la raideur de la couche de surface.

Description

DESCRIPTION
TITRE : AUBE A CALAGE VARIABLE POUR SOUFFLANTE DE TURBOMACHINE PRESENTANT UN GRADIENT DE RAIDEUR DANS LE PIED
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne de manière générale le domaine des aubes à calage variable pour soufflante de turbomachine, du type comprenant une pale propre à s’étendre dans un flux d’air et un pied configuré pour être inséré dans une alvéole d’un moyeu de soufflante. Elle concerne plus particulièrement le domaine des aubes à calage variable en matériau composite.
Un domaine privilégié d’application de l’invention est celui des turboréacteurs à soufflante non carénée (mieux connus sous les appellations anglaises « propfan », « open rotor » et « unducted single fan »). Toutefois, l’invention s’applique également aux turboréacteurs à soufflante carénée et aux turbopropulseurs à une ou plusieurs hélices propulsives.
ARRIERE-PLAN
Une des voies actuellement explorées pour améliorer la consommation spécifique des moteurs d'avions civils est constituée par la mise au point de turboréacteurs à soufflante non carénée, tels que celui décrit dans le document FR 3 080 322 A1. Ces turboréacteurs comportent un générateur de gaz de turbomoteur classique, dont un ou plusieurs étages de turbine entraînent une ou plusieurs soufflante(s) non carénée(s) s'étendant à l'extérieur de la nacelle du moteur.
L'intérêt de ces moteurs à soufflante non-carénée est que le diamètre de la soufflante n'est pas limité par la présence d'un carénage, de sorte qu'il est possible de concevoir un moteur présentant un fort taux de dilution, et par conséquent une consommation réduite de carburant. Ainsi, dans ce type de moteur, les aubes de soufflante peuvent présenter une grande envergure.
Par ailleurs, ces moteurs comprennent généralement un mécanisme permettant de modifier la position angulaire de ces aubes (appelée angle de calage) de manière à adapter la poussée générée par la soufflante en fonction des différentes phases de vol. Afin de faciliter ce pivotement des aubes et réduire l’encombrement desdites aubes au niveau du moyeu, leur pied s’étend le plus souvent sur une partie seulement de la longueur de corde de la pale.
En utilisation, les aubes équipant de telles turbomachines sont soumises à de nombreux efforts, dont notamment les efforts dits 1 P (également appelés chargements 1 P). Ces efforts sont des efforts cycliques issus de la différence entre la direction d’incidence du flux d’air, qui n’est pas guidé par le carénage, et l’axe de rotation de la soufflante (axe moteur lui-même positionné vis-à-vis de l’axe avion par rapport au flux d’air). Ils induisent un chargement en flexion de l’aube, en particulier dans la zone d’interface de l’aube avec le disque de soufflante, très important. Du fait du caractère cyclique de ces efforts (le chargement 1 P d’une aube évolue à chaque fois qu’une aube passe d’une position à la position diamétralement opposée), ils induisent une fatigue accélérée de l’aube. On tend donc à limiter très fortement les efforts 1 P admissibles pour garantir la durée de vie des aubes.
Actuellement, ces aubes sont généralement réalisées en matériau métallique. Si les aubes en matériau métallique ont une bonne résistance mécanique, elles présentent toutefois l'inconvénient d'avoir une masse relativement importante. Afin de réduire cette masse, il est souhaitable de pouvoir fabriquer ces aubes composées au moins en partie d’une structure en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère. Cependant, les architectures classiques d’aubes en matériau composite ne permettent pas de conjuguer résistance aux efforts aérodynamiques, en particulier aux efforts 1P, auxquels ces aubes seraient soumises, performances aérodynamiques des pales et limitation de l’encombrement au moyeu (traduite par une géométrie donnée).
EXPOSE DE L’INVENTION
Un objectif de l’invention est d’améliorer la résistance d’aubes de soufflante aux efforts aérodynamiques auxquels elles sont soumises, par exemple aux efforts 1 P, sans dégradation de leurs performances aérodynamiques. Un autre objectif est d’alléger des aubes de soufflante sans dégradation de leur résistance aux efforts aérodynamiques auxquels elles sont soumises, par exemple aux efforts 1 P, ni de leurs performances aérodynamiques.
A cet effet, l’invention a pour objet, selon un premier aspect, une aube à calage variable pour soufflante de turbomachine, comprenant une pale à profil aérodynamique et un pied configuré pour être inséré dans une alvéole d’un moyeu de soufflante, l’aube étant apte à pivoter relativement à un bâti du moyeu de soufflante autour d’un axe de calage, le pied présentant une surface de peau périphérique et comportant un bulbe et une échasse reliant le bulbe à la pale, le bulbe étant relié à l'échasse par un col définissant un minimum local de la section du pied suivant un plan orthogonal à l’axe de calage, dans laquelle au moins un tronçon du pied comporte une couche de surface délimitant au moins pour partie la surface de peau et une couche interne comprise entre l’axe de calage et la couche de surface, la couche de surface ayant une première raideur et la couche interne ayant une deuxième raideur strictement supérieure à la première raideur, le tronçon du pied incluant le col et au moins une partie de l’échasse.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, l’aube à calage variable présente l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : la première raideur comprend une raideur longitudinale de la couche de surface et la deuxième raideur comprend une raideur longitudinale de la couche interne ; l’échasse s’évase depuis le col vers la pale ; le tronçon du pied s’étend sur au moins 30% de la hauteur du pied, mesurée parallèlement à l’axe de calage ; la pale présente une extrémité proximale de raccordement au pied, une extrémité distale libre, un bord d’attaque, un bord de fuite et une corde reliant le bord d’attaque au bord de fuite, et le bulbe présente rayon maximal, mesuré suivant une direction perpendiculaire à l’axe de calage, inférieur à 50%, de préférence inférieur à 25%, de la longueur de la corde de la pale à son extrémité proximale ; la pale présente à son extrémité proximale une épaisseur maximale, le rayon maximal du bulbe étant supérieur à ladite épaisseur maximale ; le bulbe a une forme de révolution au tour de l’axe de calage ; la couche de surface et la couche interne s’étendent chacune sur toute la hauteur du tronçon du pied ; la couche interne est constituée par une couche centrale s’étendant depuis l’axe de calage vers la couche de surface ; le tronçon du pied comprend une couche intermédiaire interposée entre la couche de surface et la couche centrale, la couche intermédiaire ayant une troisième raideur strictement supérieure à la première raideur et strictement inférieure à la deuxième raideur ; la troisième raideur comprend une raideur longitudinale de la couche intermédiaire ; la raideur du tronçon du pied augmente progressivement depuis la couche de surface jusqu’à la couche interne ; le tronçon du pied comprend une couche centrale s’étendant depuis l’axe de calage vers la couche de surface, la couche interne étant constituée par une couche intermédiaire interposée entre la couche de surface et la couche centrale ; la raideur du tronçon du pied décroît entre la couche intermédiaire et l’axe de calage ; la première raideur est inférieure ou égale à 50%, de préférence inférieure ou égale à 25%, de la deuxième raideur ; la couche de surface a en chaque point une épaisseur, mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe de calage et passant par ledit point, comprise entre 1 et 25% du rayon du tronçon du pied mesuré suivant cette même direction ; la couche de surface est en matériau composite ; la couche interne est constituée par une structure en métal, par exemple en acier ou en titane ; la couche de surface est constituée d’un composite tissé et la couche interne est constituée d’un stratifié de plis unidirectionnels dont les fibres sont orientées sensiblement parallèlement à l’axe de calage ; l’aube comprend une structure en matériau composite obtenue par tissage tridimensionnel de torons de chaîne, orientés sensiblement parallèlement à l’axe de calage, et de torons de trame, au moins l’une de la couche de surface et de la couche interne étant constituée par la structure en matériau composite ; la structure en matériau composite présente un premier ratio chaîne-trame dans la couche de surface et un deuxième ratio chaîne-trame, supérieur au premier ratio chaîne-trame, dans la couche interne ; et les torons de chaîne présentent un embuvage plus faible dans la couche interne que dans la couche de surface.
L’invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, une soufflante de turbomachine comprenant un moyeu de soufflante et une pluralité d’aubes à calage variable telles que définies ci-dessus.
L’invention a encore pour objet, selon un troisième aspect, une turbomachine comprenant une telle soufflante.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la turbomachine présente la caractéristique suivante : la turbomachine est une turbomachine à soufflante non carénée.
Enfin, selon un quatrième aspect, l’invention a pour objet un aéronef comprenant une telle turbomachine. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la Figure 1 est une vue de dessus d’un aéronef selon un exemple de réalisation de l’invention, la Figure 2 est une vue simplifiée en coupe longitudinale partielle d’une turbomachine de l’aéronef de la Figure 1 , la Figure 3 est une vue simplifiée en coupe longitudinale partielle d’une partie d’une soufflante de la turbomachine de la Figure 2, la Figure 4 est une vue en perspective d’un pied de l’aube de la Figure 3, et les Figures 5 à 11 sont des vues simplifiées en coupe longitudinale de différentes variantes d’un tronçon du pied d’aube de la Figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE
L’aéronef 10 représenté sur la Figure 1 comprend des turbomachines 12 pour le propulser.
Dans l’exemple représenté, l’aéronef 10 est un avion. Celui-ci comprend, de manière classique, un fuselage 14, un empennage 16 et deux ailes 18. Les turbomachines 12 sont ici au nombre de deux et sont chacune logées sous une aile 18 respective. En variante (non représentée), les turbomachines 12 sont disposées le long du fuselage 14, par exemple à proximité de l’empennage 16. En variante encore (également non représentée), l’aéronef 10 comprend une seule turbomachine 12 ou au moins trois turbomachines 12.
L’une des turbomachines 12 est représentée sur la Figure 2.
Comme visible sur cette Figure, la turbomachine 12 est allongée suivant un axe longitudinal X. Elle présente typiquement une symétrie angulaire autour dudit axe longitudinal X, c’est-à-dire qu’il existe au moins un angle pour lequel la turbomachine est invariante par rotation autour de l’axe longitudinal X.
Ici et dans la suite, les termes « intérieur » et « extérieur », « interne » et « externe », ainsi que leurs déclinaisons, s’entendent en référence à l’axe X, un élément qualifié de « intérieur » ou « interne » étant orienté vers l’axe X alors qu’un élément « extérieur » ou « externe » est orienté à l’opposé de l’axe X. La turbomachine 12 comprend, de manière classique, une nacelle 20, une veine interne 22 de circulation d’un flux d’air à travers la nacelle 20, une chambre de combustion 24 logée dans la veine 22, un corps moteur 26 et une tuyère d’échappement des gaz 28.
Dans la suite, les termes « amont » et « aval » s’entendent en référence à un sens d’écoulement d’un flux d’air à travers la veine 22.
Le corps moteur 26 comprend un compresseur 30, une turbine 32 et un arbre de transmission 34 couplant la turbine 32 au compresseur 30 pour l’entraînement du compresseur 30 par la turbine 32. Le compresseur 30 est disposé en amont de la chambre de combustion 24 et alimente la chambre de combustion 24 en air comprimé. La turbine 32 est disposée en aval de la chambre de combustion 24 et reçoit les gaz d’échappement sortant de la chambre de combustion 24.
L’arbre de transmission 34 a pour axe de rotation l’axe longitudinal X.
L'arbre de transmission 34 est guidé en rotation par rapport à la nacelle 20 par le biais de paliers (non représentés).
Dans l’exemple représenté, la turbomachine 12 est une turbomachine à multiples corps, en particulier à double corps, comprenant un corps basse pression 40 en plus du corps moteur 26. Le corps moteur 26 constitue alors un corps haute pression, le compresseur 30 étant un compresseur haute pression, la turbine 32 étant une turbine haute pression et l’arbre de transmission 34 étant un arbre haute pression.
Le corps basse pression 40 comprend un compresseur basse pression 42, une turbine basse pression 44 et un arbre basse pression 46 couplant la turbine basse pression 44 au compresseur basse pression 42 pour l’entraînement du compresseur basse pression 42 par la turbine basse pression 44.
Le compresseur basse pression 42 est disposé en amont du compresseur haute pression 30 et alimente ce dernier en air comprimé. La turbine basse pression 44 est disposée en aval de la turbine haute pression 32 et reçoit les gaz d’échappement sortant de cette dernière.
L'arbre basse pression 46 est guidé en rotation par rapport à la nacelle 20 par le biais de paliers (non représentés).
L'arbre basse pression 46 est coaxial à l'arbre haute pression 34. Il a donc également pour axe de rotation l’axe longitudinal X. En particulier, l'arbre basse pression 46 s'étend à l'intérieur de l'arbre haute pression 34.
La turbomachine 12 comprend également une soufflante 50 pour entraîner le flux d'air dans une veine de circulation externe 52 entourant la nacelle 20. On distingue ainsi un flux d’air primaire À (chaud), constitué par la portion du flux d’air entraînée dans la veine de circulation interne 22, et un flux d’air secondaire B (froid), constitué par la portion du flux d’air entraînée dans la veine de circulation externe 52. La soufflante 50 comprend un rotor de soufflante 54. Ce rotor de soufflante 54 est monté rotatif relativement à la nacelle 20 autour de l’axe longitudinal X. Il comprend un moyeu 55 (Figure 3) pourvu d'aubes de soufflante 56 s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur depuis le moyeu 55. Ces aubes 56, lorsqu'elles sont mises en rotation, entraînent le flux d'air dans la veine de circulation externe 52.
Le rotor de soufflante 54 est entraîné en rotation par la turbine basse pression 44, par l'intermédiaire de l'arbre basse pression 46. Dans l’exemple représenté, cet entraînement est direct, c’est-à-dire que le rotor de soufflante 54 est solidaire en rotation de l’arbre basse pression 46. En variante (non représentée), cet entraînement se fait par l’intermédiaire d’un réducteur permettant au rotor de soufflante 54 de tourner à une vitesse inférieure à celle de l’arbre basse pression 46.
Dans l’exemple représenté, la soufflante 50 comprend également un stator de soufflante 58 comprenant des aubes fixes 59 agencées à la périphérie de la nacelle 20, dans la veine de circulation externe 52, suivant un plan orthogonal à l’axe longitudinal X. Ce stator de soufflante 58 est ici agencé en aval du rotor de soufflante 54. En variante (non représentée), la soufflante 50 comprend, à la place du stator de soufflante 58, un rotor de soufflante contrarotatif.
Avantageusement, la soufflante 50 est, comme représenté, non carénée, c’est-à-dire que la veine de circulation externe 52 n’a aucune délimitation périphérique. La turbomachine 12 est alors constituée, comme représenté, par un turboréacteur à soufflante non carénée ou, en variante, par un turbopropulseur. En variante (non représentée), la veine de circulation externe 52 est définie entre la nacelle 20 et un carter de soufflante entourant la soufflante 50 ; la turbomachine 12 est alors typiquement constituée par un turboréacteur à fort taux de dilution (en anglais « bypass ratio »), le taux de dilution étant défini comme le rapport du débit du flux secondaire B (froid) sur le débit du flux primaire A (chaud).
Dans l’exemple représenté, la turbomachine 12 est en particulier du type « puller », c’est-à-dire que la soufflante 50 est disposée en amont de la veine de circulation interne 22 et entraîne également le flux d’air dans cette dernière. En variante (non représentée), la turbomachine est du type « pusher », c’est-à-dire que la soufflante 50 est placée autour de la moitié aval de la nacelle 20.
L’une des aubes 56 du rotor de soufflante 54 est illustrée de manière schématique sur la Figure 3. Comme visible sur cette Figure, elle est allongée suivant une direction d’élongation Y sensiblement radiale, c’est-à-dire perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Dans ce qui suit, on désignera par « hauteur » une distance suivant l’axe d’élongation Y.
L’aube 56 comprend une pale 60 à profil aérodynamique et un pied 62. La pale 60 s’étend radialement à l’extérieur d’un carter 63 du moyeu 55 qui délimite intérieurement la veine de circulation externe 52. La pale 60 est ainsi propre à s’étendre dans le flux d’air circulant dans ladite veine 52. Elle est conformée de manière à générer une portance lorsqu’elle est déplacée dans ledit flux d’air.
La pale 60 présente une extrémité proximale 64 de raccordement au pied 62, une extrémité distale 65 libre, un bord d’attaque 66, un bord de fuite 67 et une corde (non représentée), orthogonale à l’axe d’élongation Y, reliant le bord d’attaque 66 au bord de fuite 67.
La pale 60 présente également un intrados 68 (Figure 2) et un extrados 69 (Figure 2). Dans ce qui suit, on désignera par « épaisseur » une distance dans un plan normal à l’axe d’élongation Y et suivant un axe s’étendant entre l’intrados 68 et l’extrados 69.
En référence à la Figure 4, le pied 62 présente une surface de peau 70 périphérique. Il comporte par ailleurs un bulbe 72 et une échasse 74.
Le bulbe 72 constitue une partie radialement interne du pied 62. Il délimite une extrémité interne 76 de l’aube 56, c’est-à-dire l’extrémité de l’aube 56 la plus proche de l’axe X. Il s’étend depuis ladite extrémité interne 76 jusqu’à une surface de jonction 78 reliant le bulbe 72 à l’échasse 74. Cette surface de jonction 78 est typiquement discoïdale.
Le bulbe 72 s’évase depuis la surface de jonction 78 à l’opposé de la pale 60, délimitant ainsi une surface d’appui 80 orientée vers la pale 60. La surface d’appui 80 constitue une partie de la surface de peau 70.
Le bulbe 72 présente rayon maximal, mesuré suivant une direction perpendiculaire à l’axe d’élongation, inférieur à 50%, de préférence inférieur à 25%, de la longueur de la corde de la pale 60 à son extrémité proximale 64. Ce rayon maximal est typiquement supérieur à l’épaisseur maximale de la pale 60 à son extrémité proximale 64.
Il a de préférence une forme de révolution autour de l’axe d’élongation Y.
L’échasse 74 constitue une partie radialement externe du pied 62. Elle relie le bulbe 72 à la pale 60. Elle s’étend depuis la pale 60 jusqu’à la surface de fonction 78.
L’échasse 74 s’évase depuis la surface de fonction 78 vers la pale 60. Ainsi, La surface de jonction 78 constitue un col 82 définissant un minimum local de la section du pied 62 suivant un plan orthogonal à l’axe d’élongation Y.
L’évasement de l’échasse 74 depuis le col 82 vers la pale 60 est en particulier visible dans un plan parallèle à l’axe d’élongation Y et à la corde de la pale 60 à son extrémité proximale 64. Dans un plan parallèle à l’axe d’élongation Y et orthogonal à la corde de la pale 60 à son extrémité proximale 64, l’échasse 74 se rétrécit depuis le col 82 jusqu’à un minimum d’épaisseur 84 avant de s’évaser vers la pale 60. De retour à la Figure 3, le moyeu 55 comprend pour chaque aube 56 une pièce d’attache 88, disposée en pied d’aube, dont est solidaire l’aube 56. Cette pièce d’attache 88 délimite une alvéole 90 dans laquelle est inséré le pied 62 de l’aube 56. Cette alvéole 90 débouche radialement à l’extérieur de la pièce d’attache 88 à travers un orifice 92. La pièce d’attache 88 délimite, à la périphérie de cet orifice 92, une surface de portée 94 orientée vers le fond de l’alvéole 90 opposé à l’orifice 92. Cette surface de portée 94 coopère avec la surface d’appui 80 du bulbe 72 pour retenir le pied 62 dans l’alvéole 90.
Les aubes 56 du rotor de soufflante 54 sont à calage variable, c’est-à-dire que chaque aube 56 est montée pivotante relativement à un bâti 96 du moyeu 55 autour d’un axe de calage C propre. Cet axe de calage C s’étend suivant la direction d’élongation Y de l’aube 56. Il est perpendiculaire à l’axe longitudinal X.
À cet effet, chaque pièce d'attache 88 est montée rotative par rapport au moyeu 55 autour de l’axe calage C. Plus précisément, la pièce d'attache 88 est montée rotative à l'intérieur d'un logement 98 ménagé dans le bâti 96 du moyeu 55 par l'intermédiaire de billes 99 ou d'autres éléments roulants.
La soufflante 50 comprend en outre un mécanisme de changement de pas 100 pour ajuster l’angle de calage de chaque aube 56 autour de son axe de pivotement P de sorte à adapter les performances de la turbomachine 12 aux différentes phases de vol. Ce mécanisme de changement de pas 100 comprend un actionneur 102 comportant une partie fixe 104 solidaire du bâti 96 et une partie mobile 106 mobile en translation suivant l’axe longitudinal X relativement à la partie fixe 104 entre une position rétractée et une position déployée. Il comprend également un système de liaison 108 reliant la partie mobile 106 à la pièce d’attache 88 de sorte à convertir la translation de la partie mobile 106 suivant l’axe longitudinal X en une rotation de la pièce d’attache 88 et, par là même, de l’aube 56 autour de l’axe de calage C. Ce système de liaison 108 est ici formé d’une glissière annulaire 110 montée solidaire de la partie mobile 106 et un pion 112 monté solidaire de la pièce d'attache 88 et propre à coulisser dans la glissière 110 et à tourner par rapport à la glissière 110.
En référence aux Figures 5 à 10, chaque aube 56 comprend une structure en matériau composite 120. Comme visible sur lesdites Figures, le pied 62 est au moins partiellement formé par ladite structure 120. Cette structure 120 comporte un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux.
Le renfort fibreux est typiquement formé à partir d’une préforme fibreuse en une seule pièce avec épaisseur évolutive comprenant des torons de chaîne 122 (c’est-à-dire des torons s’étendant suivant l’axe d’élongation Y de l’aube 56) et des torons de trame 124 (c’est-à-dire des torons s’étendant suivant la corde de l’aube 56), ces torons 122, 124 comprenant par exemple des fibres en carbone, en verre, en basalte, et/ou en aramide. Ladite préforme fibreuse est avantageusement obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche, c’est-à-dire que les torons de chaîne 122 suivent des trajets sinueux afin de lier entre eux des torons de trame 124 appartenant à des couches de torons de trame 124 différentes, étant noté que ledit tissage tridimensionnel peut inclure des tissages 2D en surface. Différentes armures de tissage tridimensionnel peuvent être utilisées, telles que des armures interlock, multi-satin ou multi-voile, par exemple, comme décrit notamment dans le document WO 2006/136755.
Àu cours du tissage, une tension est appliquée aux torons de chaîne 122 et aux torons de trame 124 afin de leur conférer une raideur différentielle et donc un embuvage respectif prédéterminés. Par embuvage d’un toron, on comprendra ici la différence entre la longueur d’un toron donné lorsqu’il est parfaitement droit et la longueur réelle (dans le renfort fibreux) de ce toron du fait de l’entrecroisement qu’il réalise afin de se lier avec les autres torons, et définissant ainsi ce que l’on appelle communément l’armure tissée du renfort fibreux. L’embuvage s’exprime généralement en pourcentage et caractérise ainsi l’ondulation du toron. De manière connue en soi, lorsqu’un toron donné est droit, sont embuvage est égal 0 % ; plus le toron est ondulé, plus son embuvage est élevé.
La matrice est typiquement une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide. L’aube 56 est alors formée par moulage au moyen d’un procédé d’injection sous vide de résine du type RTM (pour « Resin Transfer Moulding), ou encore VÀRTM (pour Vacuum Resin Transfer Molding).
Comme visible sur la Figure 5, le pied 62 comprend un tronçon 126 comportant une couche de surface 130 délimitant au moins pour partie la surface de peau 70 du pied 62 et une couche centrale 132 à cœur s’étendant depuis l’axe de calage C vers la couche de surface 130, la couche de surface 130 ayant une première raideur et la couche centrale 132 ayant une deuxième raideur strictement supérieure à la première raideur. Dans l’exemple représenté sur la Figure 5, le pied 62 comprend également une couche intermédiaire 134 interposée entre la couche de surface 130 et la couche centrale 132, la couche intermédiaire 134 ayant une troisième raideur strictement supérieure à la première raideur et strictement inférieure à la deuxième raideur. La couche de surface de surface 130, la couche centrale 132 et la couche intermédiaire 134 s’étendent chacune sur toute la hauteur du tronçon 126, c’est-à-dire que chacune desdites couches 130, 132, 134 s’étend d’une extrémité inférieure (non référencée) à une extrémité supérieure (non référencée) dudit tronçon 126, lesdites extrémités inférieure et supérieure du tronçon 126 délimitant le tronçon 126 suivant l’axe d’élongation Y.
La raideur s’entend ici et dans la suite comme comprenant au moins la raideur longitudinale, c’est-à-dire mesurée orthogonalement à la corde de l’aube 56 et sensiblement parallèlement à la surface de peau 70. Avantageusement, la raideur comprend également la raideur transversale, c’est-à-dire mesurée orthogonalement à la direction d’élongation Y et sensiblement parallèlement à la surface de peau 70, la raideur étant alors comparée direction par direction (c’est-à-dire que la phrase « la raideur de la couche A est supérieure à la raideur de la couche B » se comprend comme signifiant que la raideur longitudinale de la couche A est supérieure à la raideur longitudinale de la couche B et que la raideur transversale de la couche A est supérieure à la raideur transversale de la couche B). Cette raideur est typiquement mesurée par découpe d’une éprouvette normalisée dans la couche 130, 132 ou 134 concernée et mesure de la raideur de cette éprouvette au moyen de tests normalisés, la forme de l’éprouvette découpée et les tests réalisés pour en déterminer la raideur étant les mêmes pour chacune des couches 130, 132 et 134.
La première raideur est inférieure ou égale à 50%, de préférence inférieure ou égale à 25%, de la deuxième raideur. La troisième raideur est inférieure ou égale à 66%, de préférence inférieure ou égale à 50%, de la deuxième raideur. Avantageusement, la raideur est sensiblement divisée par deux à chaque changement de couche ; ainsi, typiquement, la troisième raideur est sensiblement égale à 50% de la deuxième raideur et la première raideur est sensiblement égale à 25% de la deuxième raideur.
De préférence, la raideur varie continûment à l’interface entre les couches 130, 132, 134 et à l’intérieur de la couche intermédiaire 134, de sorte que la raideur du tronçon 126 augmente progressivement de la couche de surface 130 jusqu’à la couche centrale 132. Avantageusement, la raideur varie également continûment à l’intérieur de la couche de surface 130 et de la couche centrale 132, de sorte que la raideur du tronçon 126 augmente progressivement de l’axe de calage C jusqu’à la surface de peau 70 du pied 62.
Le tronçon 126 inclut le col 82 et au moins la partie intérieure de l’échasse 74, c’est- à-dire la partie de l’échasse 74 la plus proche du bulbe 72. Il s’étend sur au moins 30% de la hauteur du pied 62, par exemple sur entre 30 et 60% de la hauteur du pied.
De préférence, le tronçon 126 inclut plus de 30% de la hauteur de l’échasse 74. Optionnellement, le tronçon 126 s’étend sur 100% de la hauteur de l’échasse 74, c’est-à- dire que l’échasse 74 est intégralement comprise dans le tronçon 126, qui alors s’étend jusqu’à la pale 60.
Avantageusement, le tronçon 126 s’étend également dans le bulbe 72 et inclut au moins la partie extérieure du bulbe 72, c’est-à-dire la partie du bulbe 72 la plus proche de l’échasse 74. Il inclut alors typiquement au moins 30% de la hauteur du bulbe 72.
La couche de surface 130 a en chaque point une épaisseur, mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe de calage C et passant par ledit point, comprise entre 1 et 25% du rayon du tronçon 126 mesuré suivant cette même direction. La couche centrale 132, quant à elle, a en chaque point une épaisseur, mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe de calage C et passant par ledit point, comprise entre 20 et 40% du rayon du tronçon 126 mesuré suivant cette même direction.
Àu moins l’une des couches 130, 132, 134 est constituée par la structure en matériau composite 120. Dans les exemples des Figures 5 à 9, la couche de surface 130 est constituée par la structure en matériau composite 120. Dans les exemples des Figures 5, 6 et 7, la couche centrale 132 et, le cas échéant, la couche intermédiaire 134 sont également constituées par la structure en matériau composite 120.
Dans l’exemple de réalisation de la Figure 5, la différence de raideur entre les couches 130, 132, 134 est obtenue par une différence dans le ratio chaîne-trame, ce ratio allant croissant à mesure que la raideur augmente. Ainsi, le ratio chaîne-trame dans la couche centrale 132 est supérieur au ratio chaîne-trame dans la couche de surface 130. En outre, le ratio chaîne-trame dans la couche intermédiaire 134 est, le cas échéant, compris entre le ratio chaîne-trame dans la couche centrale 132 et le ratio chaîne-trame dans la couche de surface 130 et est de préférence proche d’une moyenne entre le ratio chaîne- trame dans la couche centrale 132 et le ratio chaîne-trame dans la couche de surface 130.
La couche centrale 132 et, le cas échéant, la couche intermédiaire 134 présentent ainsi, relativement à la couche de surface 130, des torons de chaîne 122 en excès. Avantageusement, ces torons de chaîne 122 en excès viennent progressivement se mêler aux torons de trame 124 de la couche de surface 130 à partir d’une extrémité supérieure du tronçon 126 afin de limiter les gradients de changement de propriété dans la structure en matériau composite 120 (raideur et résistance à la rupture) qui seraient susceptibles de fragiliser l’aube 56.
Dans l’exemple de réalisation de la Figure 6, la différence de raideur entre les couches 130, 132, 134 est obtenue par une différence dans l’embuvage des torons de chaîne 122, l’embuvage étant plus faible à mesure que la raideur augmente. L’embuvage des torons de chaîne 122 est ainsi plus faible dans la couche centrale 132 que dans la couche de surface 130. En outre, l’embuvage des torons de chaîne 122 dans la couche intermédiaire 134 est, le cas échéant, plus important que dans la couche centrale 132 et plus faible que dans la couche de surface 130.
Cette différence d’embuvage est ici obtenue par l’insertion dans la couche centrale 132 de torons de chaîne unidirectionnels 136, c’est-à-dire de torons de chaîne 122 ayant un embuvage de 0%, la couche de surface 130 étant exempte de tels torons de chaîne unidirectionnels 136. Ces torons de chaîne unidirectionnels 136 sont typiquement des torons de chaîne libres, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas entrecroisés avec des torons de trame 124. La couche centrale 132 est ici constituée desdits torons de chaîne unidirectionnels 136. Avantageusement, les torons de chaîne unidirectionnels 136 de la couche centrale 132 viennent progressivement se mêler aux torons de trame 124 de la couche de surface 130 et, le cas échéant, de la couche intermédiaire 134 à partir d’une extrémité supérieure du tronçon 126 afin de limiter les gradients de changement de propriété dans la structure en matériau composite 120 (raideur et résistance à la rupture) qui seraient susceptibles de fragiliser l’aube 56.
En variante (non représentée), la différence d’embuvage est obtenue en appliquant une tension différente aux torons de chaîne 122 et/ou aux torons de trame 124 dans le métier à tisser utilisé pour réaliser le renfort fibreux de sorte que la tension subie par les torons de chaîne 122 à cœur (dans la couche centrale 132) est supérieure à la tension subie par les torons de chaîne 122 à proximité de la peau (dans la couche de surface 130) et/ou la tension subie par les torons de trame 124 à cœur est inférieure à celle subie par les torons de trame 124 à proximité de la peau. La modification de la tension appliquée aux torons de trame 124 a en effet un impact direct sur la tension subie par les torons de chaîne 122 à proximité de leur interface avec les torons de trame 124 et donc leur embuvage et leur raideur. Par exemple, la différence de tension subie par les torons de chaîne 122 est obtenue en augmentant la tension appliquée aux torons de chaîne 122 dans la couche centrale 132 et/ou en réduisant la tension appliquée aux torons de chaîne 122 dans la couche de surface 130 et, le cas échéant, dans la couche intermédiaire 134. En variante ou en option, la différence de tension subie par les torons de chaîne 122 est obtenue en réduisant la tension appliquée aux torons de trame 124 dans la couche centrale 132 et/ou en augmentant la tension appliquée aux torons de trame 124 dans la couche de surface 130 et, le cas échéant, dans la couche intermédiaire 134.
La variation de tension appliquée par le métier à tisser sur les torons de chaîne 122 et/ou de trame 124 peut être obtenue par tout moyen adapté, le principe étant d’exercer une tension d’appel directement à la sortie de la bobine sur laquelle est enroulée le toron. De manière connue en soi, cette tension peut être appliquée par un système de ressort venant tirer chaque toron de chaîne 122, ou à l’aide de poids positionnés entre la sortie du toron de chaîne 122 de la bobine et des œillets des lisses du métier à tisser. Par ailleurs, il existe dans le commerce des bobines permettant de maîtriser la tension appliquée. Enfin, la tension appliquée aux torons de trame 124 peut être gérée de manière similaire que pour les torons de chaîne 122, et/ou en utilisant une pince qui vient attraper l’extrémité du toron de trame 124 et le tire à travers la foule (entrelacement des chaînes), puis relâche le toron de trame 124 une fois que le battement du métier à tisser est passé à la séquence suivante. Ces moyens d’application d’une tension à un toron (de chaîne 122 ou de trame 124) étant connus en soi, ils ne seront pas davantage détaillés ici. Lorsque la différence de tension est obtenue par application d’une tension différente sur les torons de chaîne 122 de la couche centrale 132 et sur les torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et, le cas échéant, de la couche intermédiaire 134, les torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et, le cas échéant, de la couche intermédiaire 134 sont avantageusement sortis progressivement du renfort fibreux à partir d’une extrémité supérieure du tronçon 126 et remplacés par autant de torons de chaîne 122 subissant une tension équivalente à celle des torons de chaîne 122 de la couche centrale 132, afin de limiter les gradients de changement de propriété dans la structure en matériau composite 120 (raideur et résistance à la rupture) qui seraient susceptibles de fragiliser l’aube 56.
Dans l’exemple de réalisation de la Figure 7, la différence de raideur entre les couches 130, 132 est obtenue par une différence dans la nature des fibres composant les torons de chaîne 122 et/ou de trame 124 de la couche centrale 132 et celles composant les torons de chaîne 122 et/ou de trame 124 de la couche de surface 130 et, le cas échéant, de la couche intermédiaire 134. Les torons de chaîne 122 et/ou de trame 124 de la couche de surface 130 sont ainsi typiquement constitués de fibres d’un premier matériau, ceux de la couche centrale 132 sont constitués de fibres d’un deuxième matériau, et ceux de la couche intermédiaire 134, le cas échéant, sont constitués d’un troisième matériau, le premier matériau présentant un module d’élasticité inférieur à celui deuxième matériau et le troisième matériau présentant, le cas échéant, un module d’élasticité compris entre ceux des premier et deuxième matériaux et de préférence proche de la moyenne desdits modules d’élasticité. Par exemple, le premier matériau présente un module d’élasticité compris 150 et 190 GPa et est typiquement constitué par du verre ou du basalte, le deuxième matériau présente un module d’élasticité compris entre 240 et 350 GPa et est typiquement constitué par du carbone, et le troisième matériau présente un module d’élasticité compris entre 195 et 235 GPa et est typiquement constitué par du carbone.
Avantageusement, les torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et, le cas échéant, de la couche intermédiaire 134 sont sortis progressivement du renfort fibreux à partir d’une extrémité supérieure du tronçon 126 et remplacés par autant de torons de chaîne 122 en deuxième matériau, afin de limiter les gradients de changement de propriété dans la structure en matériau composite 120 (raideur et résistance à la rupture) qui seraient susceptibles de fragiliser l’aube 56.
Dans les exemples des Figures 8 et 9, seule la couche de surface 130 est constituée par la structure en matériau composite 120. La couche centrale 132 est, elle, constituée d’une autre structure plus raide. La couche intermédiaire 134 n’existe pas.
Ainsi, dans l’exemple de réalisation de la Figure 8, la couche centrale 132 est constituée d’un stratifié 140 de plis unidirectionnels 142 dont les fibres sont orientées sensiblement parallèlement à l’axe de calage C. Dans l’exemple de réalisation de la Figure 9, la couche centrale 132 est constituée par une structure 144 en métal, par exemple en acier ou en titane.
Avantageusement, l’épaisseur du stratifié 140 ou de la structure métallique 144 décroît progressivement à partir d’une extrémité supérieure du tronçon 126, cette perte d’épaisseur étant compensée par l’introduction progressive de torons de chaîne 122 et de trame 124 supplémentaires dans la structure en matériau composite 120, afin de limiter les gradients de changement de propriété dans l’aube 56 (raideur et résistance à la rupture) qui seraient susceptibles de fragiliser l’aube 56.
Dans l’exemple de la Figure 10, seule la couche centrale 132 est constituée par la structure en matériau composite 120. La couche de surface 130 est, elle, constituée d’une autre structure plus souple. La couche intermédiaire 134 n’existe pas.
Ainsi, dans l’exemple représenté, la couche de surface 130 est constituée d’un stratifié 150 de plis rapportés 152. Ces plis rapportés 152 sont de préférence des plis multidirectionnels, par exemple bidirectionnels. Chaque pli rapporté 152 est typiquement constitué par une nappe de tissé 2D ou par une nappe de tissu non-ondulé (mieux connu sous l’acronyme NCF, de l’anglais « non-crimp fabric »).
Les plis rapportés 152 sont de préférence des plis inclinés dont les fibres sont orientées selon un angle compris entre 5 et 95° , avantageusement compris entre 20 et 60° , par exemple sensiblement égal à 45° , par rapport à l’axe de calage C. En variante ou en option, les fibres des plis rapportés 152 présentent un module d’élasticité inférieur à celui des fibres constituant les torons de chaîne 122 et de trame 124 de la structure en matériau composite 120.
Avantageusement, l’épaisseur du stratifié 150 décroît progressivement à partir d’une extrémité supérieure du tronçon 126, cette perte d’épaisseur étant compensée par l’introduction progressive de torons de chaîne 122 et de trame 124 supplémentaires dans la structure en matériau composite 120, afin de limiter les gradients de changement de propriété dans l’aube 56 (raideur et résistance à la rupture) qui seraient susceptibles de fragiliser l’aube 56.
On notera que ces différents exemples de réalisation peuvent être combinés les uns avec les autres. Ainsi, dans des modes de réalisation non représentés de l’invention : le tronçon 126 comprend la couche de surface 130, la couche centrale 132 et la couche intermédiaire 134, o la couche centrale 132 étant constituée : du stratifié 140 ou de la structure métallique 144, et o la couche centrale 132 et la couche intermédiaire 134 étant constituées de la structure en matériau composite 120, o la couche intermédiaire 134 ayant :
■ un ratio chaîne-trame supérieur à celui de la couche de surface 130 et/ou
■ des torons de chaîne 122 présentant un embuvage plus faible que celui des torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et/ou
■ des torons de chaîne 122 ou de trame 124 composés de fibres d’un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à celui du matériau composant les fibres constituant les torons de chaîne 122 ou de trame 124 de la couche de surface 130 ; le tronçon 126 comprend la couche de surface 130, la couche centrale 132 et la couche intermédiaire 134, toutes trois constituées de la structure en matériau composite 120, o la couche centrale 132 ayant :
■ un ratio chaîne-trame supérieur à celui de la couche intermédiaire 134 et/ou
■ des torons de chaîne 122 présentant un embuvage plus faible que celui des torons de chaîne 122 de la couche intermédiaire 134 et/ou
■ des torons de chaîne 122 ou de trame 124 composés de fibres d’un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à celui du matériau composant les fibres constituant les torons de chaîne 122 ou de trame 124 de la couche intermédiaire 134, et o la couche intermédiaire 134 ayant :
■ un ratio chaîne-trame supérieur à celui de la couche de surface 130 et/ou
■ des torons de chaîne 122 présentant un embuvage plus faible que celui des torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et/ou
■ des torons de chaîne 122 ou de trame 124 composés de fibres d’un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à celui du matériau composant les fibres constituant les torons de chaîne 122 ou de trame 124 de la couche de surface 130 ; le tronçon 126 comprend la couche de surface 130, la couche centrale 132 et la couche intermédiaire 134, o la couche de surface 130 étant constituée du stratifié 150, o la couche intermédiaire 134 étant constituée de la structure en matériau composite 120, et o la couche centrale 132 étant constituée :
■ de la structure en matériau composite 120 et ayant :
• un ratio chaîne-trame supérieur à celui de la couche intermédiaire 134 et/ou
• des torons de chaîne 122 présentant un embuvage plus faible que celui des torons de chaîne 122 de la couche intermédiaire 134 et/ou
• des torons de chaîne 122 ou de trame 124 composés de fibres d’un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à celui du matériau composant les fibres constituant les torons de chaîne 122 ou de trame 124 de la couche intermédiaire 134, ou
■ du stratifié 140, ou
■ de la structure métallique 144 ; le tronçon 126 comprend uniquement la couche de surface 130 et la couche centrale 132, toutes deux constituées de la structure en matériau composite 120, la couche centrale 132 ayant un ratio chaîne-trame supérieur à celui de la couche de surface 130 et/ou des torons de chaîne 122 présentant un embuvage plus faible que celui des torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et/ou des torons de chaîne 122 ou de trame 124 composés de fibres d’un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à celui du matériau composant les fibres constituant les torons de chaîne 122 ou de trame 124 de la couche de surface 130.
Bien que, dans les exemples de réalisation décrits ci-dessus, ce soit la couche centrale 132 qui présente la raideur la plus élevée, l’invention n’est pas limitée à cette seule réalisation. De manière générale, il convient que la couche présentant la raideur la plus élevée soit une couche interne comprise entre l’axe de calage C et la couche de surface 130.
Ainsi, dans un autre mode de réalisation représenté sur la Figure 11 , la couche présentant la raideur la plus élevée est la couche intermédiaire 134.
La raideur de la couche intermédiaire 134 est alors strictement supérieure à la première raideur (de la couche de surface 130) et à la deuxième raideur (de la couche centrale 132). La deuxième raideur est de préférence supérieure ou égale à la première raideur. Typiquement, la première raideur est inférieure ou égale à 50%, de préférence inférieure ou égale à 25%, de la raideur de la couche intermédiaire 134, et la deuxième raideur est inférieure ou égale à 66%, de préférence inférieure ou égale à 50%, de la raideur de la couche intermédiaire 134.
Avantageusement, la raideur varie continûment à l’interface entre les couches 130, 132, 134 et à l’intérieur de la couche de surface 130 et de la couche centrale 132, de sorte que la raideur du tronçon 126 croisse progressivement depuis l’axe de calage C jusqu’à la couche intermédiaire 134, puis décroisse, toujours progressivement, depuis la couche intermédiaire 134 jusqu’à la surface de peau 70 du pied 62.
Dans l’exemple représenté sur la Figure 11 , la raideur supérieure de la couche intermédiaire 134 est obtenue par un ratio chaîne-trame de la structure en matériau composite 120 à l’intérieur de la couche intermédiaire 134 supérieur aux ratios chaîne-trame rencontrés dans la couche de surface 130 et dans la couche centrale 132. En variante (non représentée), cette raideur supérieure est obtenue par : l’emploi, dans la couche intermédiaire 134, de torons de chaîne 122 présentant un embuvage plus faible que celui des torons de chaîne 122 de la couche de surface 130 et de la couche centrale 132 et/ou l’emploi, dans la couche intermédiaire 134, de torons de chaîne 122 ou de trame 124 composés de fibres d’un matériau présentant un module d’élasticité supérieur à celui du matériau composant les fibres constituant les torons de chaîne 122 ou de trame 124 de la couche de surface 130 et de la couche centrale 132.
Grâce aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, le col 82 et la base de l’échasse 74 sont plus souples en peau et plus raides à cœur, ce qui réduit les concentrations du chargement 1 P sur la peau du pied 62. Du fait de la plus grande raideur du cœur, les contraintes dues au chargement 1 P se répartissent mieux dans la profondeur du pied 62, ce qui soulage la peau. Les contraintes étant mieux réparties, la résistance de l’aube 56 aux efforts 1 P est augmentée, sans modification de sa forme et donc de ses caractéristiques aérodynamiques. Il est ainsi possible de réaliser une aube 56 au moins partiellement en matériau composite présentant une résistance au chargement 1 P suffisante pour équiper cette aube 56 sur un turboréacteur à soufflante non carénée tel que la turbomachine 12. On peut ainsi alléger les aubes d’un turboréacteur à soufflante non carénée, sans dégradation de leur résistance aux efforts 1 P ni de leurs performances aérodynamiques, en remplaçant simplement ces aubes par des aubes telles que l’aube 56.

Claims

REVENDICATIONS
1. Aube à calage variable (56) pour soufflante de turbomachine, comprenant une pale (60) à profil aérodynamique et un pied (62) configuré pour être inséré dans une alvéole (88) d’un moyeu de soufflante (55), l’aube (56) étant apte à pivoter relativement à un bâti (96) du moyeu de soufflante (55) autour d’un axe de calage (C), le pied (62) présentant une surface de peau (70) périphérique et comportant un bulbe (72) et une échasse (74) reliant le bulbe (72) à la pale (60), le bulbe (72) étant relié à l'échasse (74) par un col (82) définissant un minimum local de la section du pied (62) suivant un plan orthogonal à l’axe de calage (C), dans laquelle au moins un tronçon (126) du pied (62) comporte une couche de surface (130) délimitant au moins pour partie la surface de peau (70) et une couche interne (132, 134) comprise entre l’axe de calage (C) et la couche de surface (130), la couche de surface (130) ayant une première raideur et la couche interne (132, 134) ayant une deuxième raideur strictement supérieure à la première raideur, le tronçon (126) du pied (62) incluant le col (82) et au moins une partie de l’échasse (74).
2. Aube à calage variable (56) selon la revendication 1 , dans laquelle la première raideur est inférieure ou égale à 50%, de préférence inférieure ou égale à 25%, de la deuxième raideur.
3. Aube à calage variable (56) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la couche de surface (130) a en chaque point une épaisseur, mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe de calage (C) et passant par ledit point, comprise entre 1 et 25% du rayon du tronçon (126) du pied (62) mesuré suivant cette même direction.
4. Aube à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une structure en matériau composite (120) obtenue par tissage tridimensionnel de torons de chaîne (122), orientés sensiblement parallèlement à l’axe de calage (C), et de torons de trame (124), au moins l’une de la couche de surface (130) et de la couche interne (132, 134) étant constituée par la structure en matériau composite (120).
5. Aube à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la couche interne (132, 134) est constituée par une structure en métal, par exemple en acier ou en titane.
6. Aube à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la couche de surface (130) est constituée d’un composite tissé et la couche interne (132, 134) est constituée d’un stratifié (140) de plis unidirectionnels (142) dont les fibres sont orientées sensiblement parallèlement à l’axe de calage (C).
7. Aube à calage variable (56) selon la revendication 4, dans laquelle la structure en matériau (120) composite présente un premier ratio chaîne-trame dans la couche de surface (130) et un deuxième ratio chaîne-trame, supérieur au premier ratio chaîne-trame, dans la couche interne (132, 134).
8. Aube à calage variable (56) selon la revendication 4, dans laquelle les torons de chaîne (122) présentent un embuvage plus faible dans la couche interne (132, 134) que dans la couche de surface (130).
9. Aube à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la couche de surface (130) et la couche interne (132, 134) s’étendent chacune sur toute la hauteur du tronçon (126) du pied (62).
10. Aube à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la couche interne (132, 134) est constituée par une couche centrale (132) s’étendant depuis l’axe de calage (C) vers la couche de surface (130).
11. Aube à calage variable (56) selon la revendication 10, dans laquelle le tronçon (126) du pied (62) comprend une couche intermédiaire (134) interposée entre la couche de surface (130) et la couche centrale (132), la couche intermédiaire (134) ayant une troisième raideur strictement supérieure à la première raideur et strictement inférieure à la deuxième raideur
12. Aube à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la raideur du tronçon (126) du pied (62) augmente progressivement depuis la couche de surface (130) jusqu’à la couche interne (132).
13. Soufflante de turbomachine (50), comprenant un moyeu de soufflante (55) et une pluralité d’aubes à calage variable (56) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
14. Turbomachine (12) comprenant au moins une soufflante (50) selon la revendication
15. Aéronef (10) comprenant au moins une turbomachine (12) selon la revendication
14.
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