Brevet FR2016849A1 — publié le 19700515

L'invention concerne des pales convenant aux hélices, compresseurs, ventilateurs et analogues. Selon l'invention, une telle pale comporte un ensemble de poutrelle formant une armature et présentant au moins deux portions d'extrémité de pied par lesquelles la pale est adaptée à un élément associé. Une pale selon l'invention comporte au moins un double ancrage dans l'élément associé. L'élément associé peut entre un moyeu, un tambour ou un disque, ou encore une portion de pied de pale montée dans un; moyeu, un tambour ou un disque. L'ensemble de poutrelle peut comprendre u moins deux composants réunis indirectement à leurs portions de bout éloignées de l'extrémité de pied de pale, ou près de ces portions, par une pièce intermédiaire, chacun de ces composants présentant une portion d'extrémité de pied. L'ensemble de poutrelle peut comprendre des filaments de carbone imprégnés de résine. Dans une forme de composant de poutrelle, on peut enrouler les filaments autour d rune broche ou d'un élément similaire pour former un élargissement à l'extrémité de pied du composant de poutrelle correspondant. Cet dlargissement peut, par exemple, être sensiblement en forme de "trou de serrure". son variante, les filaments peuvent être disposés de façon telle que chaque composant de poutrelle présente une portion d'extrémité de pied en queue d'aronde. Un remplissage de matière cellulaire peut être prévu dans le ou les espaces formés entre les composants de poutrelle. L'ensemble de poutrelle peut comprendre un enveloppement extérieur de matière fibreuse imprégnée de résine, de préférence de filaments de carbone et/ou autre matière fibreuse, --enroulés sous un certain angle, de préférence d'environ 450, relativement à l'axe longitudinal de la pale. Une portion active de pale peut être formée partiellement par l'ensemble de poutrelle et partiellement par des blocs de matière cellulaire, montés sur l'ensemble de poutrelle et définissant sensiblement les portiers de bord d'attaque et de bord de fuite de la pale. Ces blocs et l'ensemble de poutrelle peuvent être enveloppés ensemble de matière fibreuse imprégnée de résine. L'ensemble de poutrelle peut s'adapter dans une portion de pied de pale conçue pour pivoter autour de l'axe longitudinal de la pale de manière à assurer la variabilité du pas de la pale. La portion de pied peut être en alliage d'aluminium. La résine dont sont imprégnés les filaments de carbone et/ou l'autre matière fibreuse peut être une résine époxy. Les composants de poutrelle de chaque pale peuvent être empêchés de se mouvoir transversalement $à l'axe longitudinal de la pale, hors des-fentes prévues dans l'élément associé, par une bande ou un manchon de retenue adapté à cet dément dans le voisinage des fentes. La-description qui va suivre en regard du dessin annexé donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, ies particularités qui res sortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe d'une pale d'hélice selon un premier mode d'exécution de l'invention. Ta figure 2 est une vue en coupe agrandie selon la ligne II-II de la figure 1. la figure 3 est une vue en coupe d'une partie d'une pale selon un deuxième mode d'exécution. la figure 4 est une Vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. Comme le montrent les figures d et 2, une pale Il convenant à une hélice d'avion comprend une portion de pied 12 présentant la forme voulue pour s'adapter et être retenue, avec liberté de mouvement de variation de pas, dans une emplanture de pale correspondante (non représentée) formée dans le moyeu de l'hélice. La portion de pied, qui est en alliage d'aluminium et de section circulaire, présente deux fentes 13 et 14 en "trou de serrure" formées dans sa partie radialement extérieure 15. Les fentes 13 et 14 reçoivent chacune un composant correspondant de poutrelle de pale 16, 17, chaque composant portant une portion d'extrémité de pied 18, 19 dont la forme correspond à sa fente. Chaque élément de poutrelle 16, 17 est fabriqué en en- roulant d'abord-autour d'une fausse broche en acier deux couches (non représentées) de matière tissée formant une étoffe de fibres verre verre préimprégnée de résine époxy. La fausse broche est plus longue qu"-uie broche de fibres de verre et de résine époxy 20, 21 qui est ensuite utilisée dans l'élément fini. On pose alors sur les couches de toile de verre une matière non tissée sous la forme de filaments unidirectionnels de carbone, également préimprégnés d'une résine époxy de manière à former une nappe. Certaines fibres de carbone sont simplement posées parallèlement à l'axe longitudinal de la pale tandis que d'autres sont posées de matière à faire avec celui-ci l'angle dé siré et que d'autres encore sont enroulées autour de la fausse broche de manière à former un élargissement de portion d'extrémi té de pied qui est nécessaire pour mettre en place l'élément dans la fente correspondante 13, 14. Cet élargissement est de section sensiblement circulaire. Etant donné la nature glissante des filaments de carbone, il est pratiquement impossible actuellement de les obtenir sous forme d'étoffe tissée. Ainsi, quand on pose les filaments non tis sés pour le processus de moulage, il faut veiller à ce que leur orientation correcte se maintienne jusqu'à ce que le durcissement soit complet. il est essentiel aussi de faire en sorte que la fausse broche garde sa position afin d'assurer l'alignement cor rect de la broche relativement à la portion active.Par suite, il est nécessaire d'obtenir un certain serrage positif entre la fausse broche et les filaments de carbone et, en prévoyant les couches intermédiaires de fibres de verre enroulées autour de la fausse broche, on obtient un serrage approprié entre la zone de contact de la couche extérieure de fibres de verre et les filaments de carbone posés par dessus, comme cela a été expliqué dans la demande de brevet français n P.V. 6 914 226 du 5 Mai 1969. Quand on a fini de poser les filaments de carbone et la fibre de verre de chaque composant de poutrelle dans son moule, on retire la fausse broche et on dispose à sa place une broche de fibres de verre et de résine époxy 20, 21 qui a été préalablement durcie. Ensuite, on serre ensemble les éléments du moule, celui-ci étant conçu de manière à se conformer à la forme finale que l'on veut donner aux composants de poutrelle. On soumet l'assemblage de filaments, de fibres et de résine à un processus de durcissa ge, initialement à 50 C pendant 1 heures, puis à un durcissage seconaaire à 1200C pendant 3 heures.Pendant le processus de durw cissage, les filaments de carbone et la fibre de verre ne sont soumis à aucune tension initiale d'une portion terminale à l'autre de la pale. Dans ce mode d'exécution, le moule est construit de façon telle que l'on puisse durcir ensemble et en même temps les deux composants de poutrelle 16, 17 de la pale. A cet effet, le moule comprend une portion centrale qui définit les surfaces tournées vers l'intérieur des deux composants de poutrelle tandis que les deux autres parties du moule définissent respectivement les surfaces tournées vers l'extérieur de ces deux composants. Quand on utilise ce moule composite, il est nécessaire de prévoir dans l'ensemble de moule une fausse portion fendue de pied de pale (non représentée) et celle-ci définit la forme précise des portions d'extrémité de pied en "trou de serrure" 18, 19 des composants de poutrelle. Après durcissement, on maintient dans leur fausse portion de pied de pale les deux composants de poutrelle fabriqués de cette manière, mais on retire les trois parties de moule associées aux portions principales des composants de poutrelle, après quoi on place les deux composants de poutrelle dans un moule qui reproduit. sensiblement la forme que i' on. veut donner à la pale finie, un bloc 22 de fibres de verre imprégné d'une résine époxy étant disposé entre des portions des composants de poutrelle, vers leurs extrémités opposées à la portion de pied. On On introduit alors des polyisocyanates sou forme de composition moussante, par une ouverture de la fausse portion de pale, dans l'espace compris entre les deux composants de poutrel le. La mousse remplit cet espace et sort aussi de celui-ci de ma nière à à remplir pratiquement les espaces compris entre l'ensemble de poutrelle et les surfaces intérieures du moule qui définissent la pale. De cette manière, on forme d'un côté de l'ensemble de poutrelle un bloc de mousse correspondant à la portion de bord d'attaque de la pale, et du côté opposé de l'ensemble de poutrelle un bloc de mousse correspondant à la portion de bord de fuite de la pale. Après un durcissement de 16 heures à 130 C, on retire du moule l'ensemble de poutrelle avec les blocs de mousse qui y sont fixés, après quoi on scie soigneusement le bloc de mousse de bord d'attaque et le bloc de mousse de bord de fuite pour les séparer de ltensemble de poutrelle et on les empile temporaire ment, prêts à servir dans la structure finale de pale. Pendant le processus de durcissement ci-dessus, les por tions de bout des composants de poutrelle sont efficacement fixées ensemble par l'intermédiaire d'un bloc 22 de fibres de verre. On- retire alors.l'ensemble de poutrelle de la fausse portion de pied de pale et on l'adapte, par ses portions élargies de pied 18 et 19, dans les fentes 13 et 14 de la portion réelle de pied de pale 17. On enroule alors sar les composants de poutrelle t6 et 17, sous un angle de 45 relativement à l'axe loitadinal de la pale, une matière en feuille sous la forme' de nappes de fi- laments de carbohe préimprégnées de résine époxy et présentant une forme unidirectionnelle.Cet enveloppement est indiqué en 23 sur les figures 1 et 2t En enveloppant ainsi les composants de poutrelle 16 et 17, on obtient un ensemble de poutrelle à section en caisson, relativement rigide, qui' forme une armature rigide pour la pale. On réunit alors les blocs de polyisocyanate de bord d'attaque et de bcrd de fuite représentés respectivement en 24 et 25 sur la figure 2 et l'ensemble enveloppé de poutrelle 16, 17 avec son remplissage intérieur 26 de mousse de polyisocyanate, pour former la structure fondamentale de la portion active de pale et aussi le pied de pale. On utilise un adhésif approprié entre les blocs de polyisocyanate de bord d'attaque et de bord de fuite, 24 et 25 et les composants enveloppés 16, 17. On insère aussi des pièces préformées de renforcement de borK d'attaque et de bord defuite, 28 et 29, formées de fibres de verre imprégnées de résine époxy, dans les positions représentées sur la figure 2, pratique ment sur toute la longueur de la portion active de pale. On enveloppe alors la portion active de pale au moyen de fibres de verre tissées sèches 30, à raison de sept couches pour obtenir l'épaisseur voulue d'enveloppement. On place cet assembla ge dans un moule final reproduisant la configuration finale que l'on veut donner à la pale. Après avoir fermé ce moule, on soumet l'assemblage à un processus d'injection de résine époxy, puis on durcit à nouveau à une température de 130 C pendant 16 heures. Quand on retire la pale du moule, les surfaces extérieu res de sa portion active sont revêtues de polyuréthane. On monte une bande de retenue 31 sur la portion de pied 12 et on la glisse à la position représentée sur la figure an voisinage des fentes en trou de serrure 13 et 14r pour retenir les portions terminales en trou de serrure des composants 16 et 17 dans la portion de pied en direction transversale relativement à l'axe longitudinal A de la pale,- de sorte que la portion active et la portion de pied sont maintenues ensemble en un assemblage unitaire. On colle cette bande 31 en position en utilisant un adhésif approprié. Les figures 3 et 4 montrent une pale 51 destinée à une hélice à pas fixe, qui est fixée directement au moyen d'hélice 52 sous, un angle prédéterminé. Comme dans le premier mode d'exécution décrit, cette pale comprend un ensemble de poutrelle 53 comportant deux compo sants 54 et 55. Toutefois, au lieu que ces composants s'adaptent en leurs portions d'extrémité de pied par des fentes en trou de serrure, chaque composant est muni d'une portion d'extrémité en queue d'aronde 56, 57 qui s'adapte dans une fente en queue d'aronde 58, 59 du moyen 52. On fabrique ces composants dô poutrelle de façon simi- laire à ceux du premier mode d'exécution, si ce n'est que pendant la pose, on prévoit des cordons (non représentés) de fibres de verre imprégnées de résine époxy qui écartent, les filaments de carbone dans les portions de pied de manière à assurer la forme en queue d'aronde qui ne nécessite pas de broche pour l'élargissement ae - retenue. Ici encore, de façon similaire au premier mode d'exécu tion, on remplit de polyisocyanates sous forme de composition moussante, en 60, l'espace compris entre les deux composants de poutrelle 54 et 55 et, bien que cela n,e soit pas représenté les dessins, on prévoit des blocs de polyisocyanate similaires aux portions de bord d'attaque et de bord de fuite de la pi premier mode d'exécution pour définir la structure fondamentale de la portion active de pale. D'autre part, comme dans le premier mode d'exécution, on enveloppe à 45 l'ensemble de poutrelle d'une couche 61 de filaments de carbone imprégnés de résine époxy. On enveloppe l'assemblage de blocs et de composants de poutrelle dans une coquille 62 de fibres de verre imprégnées de résine épo xy. Chacune des pales de l'hélice est munie d'une bande de retenue 63 de fibres de verre imprégnées de résine, qui est enrou lée dans et autour d'un évidement annulaire 64 de la portion ré ceptrice de pale 65 du moyeu 52 de manière à empêcher les portions d'extrémité de pied en queue d'aronde 56 et 57 de se déplacer vers l'extérieur de leurs fentes 58 et 59 en direction transversale re lativement à l'axe longitudinal A' de la pale. L'invention n'est pas limitée aux pale d'hélice d'avion car dans d'autres modes d'exécution, on peut prévoir des pales destinées à d'autres hélices, ou encore des pales convenant au tam bour ou au disque d'un compresseur, d'un ventilateur ou analogues. Dans les deux modes d'exécution décrits en regard des dessins, on prévoit deux composants de poutrelle dans chaque pale mais, dans d'autres modes de réalisation de l'invention pouvant être utilisés en variante, on peut prévoir plus de deux éléments de poutrelle. D'autre part, dans les deux modes d'exécution décrits, les fentes de la portion de pied sont respectivement en trou de serrure et en queue d'aronde, mais dans d'autres modes d'exécution, on prévoit des fentes d'autres formes et on donne aux portions d'extrémité de pied des composants de poutrelle une orme corres pondante pour s'y adapter. En outre, l'invention n'est pas limimtée à la forme des broches telle qu'elle est indiquée dans le premier mode d'exécution décrit en regard des dessins. Dans d'autres modes d'exécution, la matière avec laquelle les composants de poutrelle sont enveloppés peut être enroulée, à la partie d'extrémité de pied de la portion active de pale, autour des broches qui s'adaptent elles-mêmes dans d'autres fentes pré vues dans la portion de pied. D'autre part, l'invention n'est pas limitée à des compo- sants de poutrelle présentant une queue d'aronde de forme simple comme indiqué dans le deuxième mode d'exécution décrit en regard des dessins mais, dans d'autres modes d'exécution, on peut avanta geusement prévoir des configurations en queue d'aronde doubles, triples ou multiples. D'autre part, au lieu que les composants de poutrelle soient réunis indirectement ensemble par leurs portions de bout comme dans le premier mode d'exécution décrit en regard des des sins, ils peuvent être fixés directement ensemble au moins en leurs portions de bout ou près de celles-ci. Enfin, dans les modes d'exécution décrits en regard des dessins, l'intérieur de l'ensemble de poutrelle est rempli d'une- matière cellulaire mais, dans d'autres modes d'exécution, on ne prévoit pas ce remplissage. REVENDICATIONS 1 - Pale convenant aux hélices, compresseurs ventilateurs et analogue, comprenant un ensemble de poutrelle formant une armature et présentant au moins deux portions d'extrémité de pied par lesquelles la pale est adaptée à un élément associé. 2 - Pale selon la revendication 1, dans laquelle l'ensemble de poutrelle comprend au moins deux composants réunis indirectement à leurs portions de bout éloignées de l'extrémité de pied de pale, ou près de ces portions, par une piece intermédiaire, chacun de ces composants présentant une portion d'extrémité de pied. 3 - Pale selon une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelles l'ensemble de poutrelle comprend des filaments de carbone imprégnée de résine. 4 - Pale selon les revendications 1 et 2, dans laquelle les filaments sont enroulés autour d'une broche ou d'un élément similaire de manière à former un élargissement à l'extrémité de pied du composant de poutrelle correspondant. 5 - Pale selon les revendications 2 et 3, dans laquelle les filaments sont disposée de façon telle que chaque composant de poutrelle présente une portion d'extrémité de pied en queue d'aronde. 6 - Pale selon une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle un remplissage de matière cellulaire est prévu dans le ou les espaces compris entre les composants de poutrelle. 7 - Pale selon une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'ensemble de poutrelle comprend une enveloppe extérieur de matière fibreuse imprégnée de résine. 8 - Pale selon la revendication 7, dans laquelle la matière fibreuse est enroulée sur l'ensemble de poutrelle sous un angle de sensiblement 45 relativement à l'axe longitudinal de la pale. 9 - Pale selon une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une portion active de pale est formée partiellement par l'ensemble de poutrelle et partiellement par des blocs de matière cellulaire, montés sur ledit ensemble de poutrelle et définissant sensiblement les portions de bord d'attaque et de bord de fuite de la pale. 10 - Pale selon la revendication 9, dans laquelle les blocs er l'ensemble de poutrelle sont enveloppés ensemble de matière fibreuse imprégnée de résine. 11 - Pale selon une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'ensemble de poutrelle s'adapte dans une portions de pied de pale qui est conçus de manière à pivoter au tour de l'axe longitudinal de la pale pour assurer la variabilité du pas de pale. 12 - Pale selon une quelconque des revendications 2 à 11, dans laquelle les composants de poutrelle sont empêchés de se mouvoir, transversalement à l'axe longitudinal de la pale, hors des fentes prévues dans l'élément associé, par une bande ou un manchen de retenue adaptée à cet élément au voisinage des fentes.