Brevet FR2574472A1 — publié le 19860613

Cette invention a pour objet une pale de rotor et en particulier la rétention d'une pale de rotor dans le cas d'une rupture structurale. Les pales de rotor, telles que les pales de soufflante pour moteurs à turbine à gaz à soufflante carénée et les pales d'hélice pour moteurs à pistons et pour moteurs à turbine à gaz à turbopropulseur ont, de façon usuelle, des structures pleines. Cela comporte des avantages en matière de tenue de pale et en matière de coût, mais ne va pas dans le sens d'une réduction de poids ni des améliorations en résultant quant à la fiabilité du fonctionnement. Les recherches concernant la réduction de poids ont attiré l'attention sur les pales creuses. Un intérêt particulier a été manifesté 1 o aux pales de soufflante creuses et aux pales de ce que l'on appelle "propfan" (hélice transsqnique) destinées à être utilisées respectivement sur les soufflantes carénées et non carénées des moteurs à turbines à gaz. Mais alors que les pales creuses présentent des avantages en matière de réduction de poids, elles posent également des problèmes de tenue. Dans le cas de la rupture d'une pale creuse due, par exemple, à l'impact d'un oiseau ou de tout autre objet étranger, il existe un risque important qu'un morceau ou que la totalité de la pale ne se détache de ses structures d'attache et ne cause des dommages aux structures enveloppantes. Si la pale est une pale de soufflante de moteur à turbine à gaz à soufflante carénée, les morceaux de pales qui se détachent peuvent être confinés par le carénage qui entoure la soufflante. Il faut cependant prévoir un carénage suffisament solide pour assurer cette fonction et il sera par conséquent généralement plus lourd qu'il ne l'aurait été s'il n'avait eu à assurer ce rôle de confinement. En outre, le carénage ne pourrait protéger le moteur lui-même des effets d'un morceau de pales détaché qui le traverserait. La situation avec les pales d'hélice et les pales de propfan est encore plus préoccupante, dans la mesure ou il n'existe pas de structure enveloppante assurant un confinement. L'objet de la présente invention est une pale de rotor qui ait une tenue améliorée et qui, par conséquent, présente moins de dangers pour la structure enveloppante dans le cas d'une rupture structurale. Selon la présente invention une pale de rotor comporte une portion intermédiaire ayant une face concave et une face convexe, une tête et embase de part et d'autre de la portion intermédiaire, l'embase étant configurée en vue de la fixation de ladite pale à un moyeu rotatif, ladite portion intermédiaire comportant au moins une rainure sur sa face concave et sur face convexe, chacune dlesdites rainures joignant ladite tête à ladite embase et contenant une pluralité de filaments, lesquels sont ancrés individuellement dans 1 0 ladite tête et ladite embase, sont noyés dans un matériau formant matrice et sont d'une force suffisante pour retenir un morceau quelconque de ladite portion intermédiaire, au cas ou elle souffrirait d'une rupture structurale. On va maintenant donner une description de l'invention au moyen d'exemples, avec référence aux dessins annexé sur lesquels: La figure 1 est une vue d'un propfan qui comporte des pales conformes à la présente invention. La figure 2 est une vue de côté de l'une des pales de rotor du propfan représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 2. La figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la vue représentée sur la figure 3. La figure 5 est une vue partielle de la tête de la pale de rotor représentée sur la figure 2. la figure 6 est une vue en coupe d'une partie de l'embase de la pale de rotor représentée sur la figure 2 et d'une partie-du moyeu rotatif auquelle elle est assujettie. La figure 7 est une vue de côté comportant une coupe partielle d'une autre forme pale de rotor selon la présente invention. Le propfan référencé par le chiffre 10 qui est représenté sur la figure 1 est prévu pour être fixé à l'arrière d'un moteur à turbine à gaz (non représenté.). Il va de soi cependant que la présente invention est également applicable à des propfans destinés a être montés à l'avant des turbines à gaz. Le propfan I0 comporte un moyeu rotatif 11, duquel rayonnent à intervalles réguliers des pales 12 de rotor. On peut voir plus clairement sur la figure 2 que chaque pale 12 de rotor comporte une portion intermédiaire 13, et, à son extremité intérieure, une embase 14 conventionnelle prévue pour être fixée facilement au moyeu rotatif 1 1. Bien que la pale de rotor 12 ait la forme d'une pale de propfan, il va de soi que la présente invention n'est pas limitée aux pales de propfans, mais est également applicable à d'autres pales de rotor, tel que les pales de soufflante et les pales d'hélice. Comme on peut le voir sur la figure 3, la portion intermédiaire de la pale 12 est creuse. Une pluralité de rainures 15 relie la surface intérieure des faces convexe 1 0 et concave 16 et 17 de la section intermédiaire dans le but de conférer à la pale 12 une force suffisante. Les faces convexe et concave 16 et 17 comportent respectivement deux (et plus généralement une) rainures 18 de direction radiale sur leur surface extérieure. Les rainures 18 joignent la tête 19 de la pale 12 à l'embase 14. Cheque rainure 1 5 18 contient un faisceau de filaments 20 d'aramidalesquels sont disponibles sous le nom de "Kevlar" chez Dupont. Chaque faisceau de filaments 20 est noyé dans une matrice de résine époxy, comme on peut le voir sur la figure 4, de façon que la surface de la résine soit au même niveau que la surface ext6rieure des faces 16 et - 1 7 de la pale. Chacun des filaments 20 joint la tète 19 de la paie à l'embase 14. La 2 0 tête 19 de la pale qui est représentke sur la figure 5 est enfermée dans un chapeau 21 de résine epoxy auquel elle est collée. Le faisceau de filaments 20 d'aramide dans la réegion de la tête 19 s'évase et est noyé dans le chapeau 21 de résine epoxy de sorte que le chapeau 21 constitue un point d'encrage des filaments 20 dans la tête 19 de la pale.On peut voir sur la figure 6 que l'autre extrémité des filaments 20 s'étend au dessus d'un organe rétenteur 22 élargi pratiqué sur l'embase 12 de la pale de façon a être prise entre l'organa rétenteur 22 et le profil 23 intérieur radial d'un palier 24 qui fait partie du moyeu rotatif 11. Un anneau 25 joue le rôle d'un élément de transfert de charge entre les filaments 20 et le profil 23 interieur du palier.On peut donc voir que le moyeu rotatif I 1, outre qu'il supporte les embases 14 de pale, sert à bloquer les filaments 20 en position sur l'embase 14, ancrant de la sorte les filaments 20 dans l'embase 14 de la pale. Lors du fonctionnement normal des pales 12 de rotor, les filaments 20 sont essentiellement passifs en ce qui concerne le support de charge. Cependant la fonction majeure des filaments 20 intervient dans le cas d'une rupture structurale de la portion intermédiaire 13 de la pale 12. Si à la suite d'une rupture struturale, un ou plusieurs morceaux de la portion intermédiaire 13 se détachent de la pale 12,1es filaments 20 servent à retenir le ou les morceaux et à prévenir par là les dommages dont pourraient souffrir les structures enveloppantes. Cela étant, les filaments 20 doivent être choisis de façon a être suffisament forts pour assurer cette fonction si ils y sont appelés. Comme cela est mentionné plus haut, le propfan 10 est prévu pour être monté à l'arrière d'un moteur à turbine à gaz et il peut donc subir, au moins partiellement, les contraintes engendrées par le flux des gaz chauds sortant du moteur. La température que ces gaz atteignent en pratique est assez élevée pour provoquer la dégradation thermique des filaments 20 et de la matrice de résine. dans laquelle ils sont noyés. Dans de telles conditions, il est souhaitable de protéger les zones des pales 12 qui sont susceptibles d'être soumises aux gaz d'échappement à haute température.La figure 7 représente une pale 26 dé rotor selon la présente invention qui est munie de telles protections. La pale 26 de rotor, de même que la pale 12, comporte une embase 27 pour la fixation de la pale 26 au moyeu rotatif 1 1. Cependant à la différence de la pale 12, la portion intermédiaire 28 de la pale 26 est partiellement définie par une protection métallique 29 de forme appropriée. La protection est en grande partie éloignée du reste de la pale 26 de façon qu'un espace vide 30 soit ménagé entre elles. L'espace vide 30 qui peut être réfrigéré à l'air constitue une couche d'isolation thermique entre le flux des'gaz déchappement chauds du moteur sur lequel la pale 26 est montée et les parties de la pale 26 qui sont sujettes à une dégradation thermique. Pour le reste, la pale 26 est construite de façon similaire à la pale 12 décrite précédemment en ce quelle est creuse et comporte des filaments 20 de rétention, lesquels, en fonctionnement, sont ancrés dans l'embase 27 et dans la tête 31 de la pale. Cependant, la partie de la portion intermédiaire 28 de la pale qui est enveloppée par la protection métallique 29, dans la mesure o elle n'est pas directement exposée au flux d'air passant sur la pale 26, est plus étroite que la partie correspondante de la pale 12 de façon à ménager l'espace vide 30. Il pourrait être souhaitable dans certaines conditions de disposer une feuille métallique mince autour des embases 14 et 27. Une telle feuille métallique protégerait les filaments 20 dans la région des embases 14 et 27 contre la dégradation thermique de même qu'elle améliorerait le trajet de charge des filaments 20 et qu'elle protégerait les embases 14 et 27 contre les dommages causes par des objets étrangers. Bien que la présente invention ait été décrite à propos de pales de rotor munies de filaments 20 d'aramide, d'autres filaments et même des fils métalliques peuvent être utilisés si on le désire. On prendra garde de choisir des filaments qui soient d'une force suffisante pour retenir un quelconque morceau de pales. REVENDICATIONS: 1 - Pale de rotor comportant une portion intermédiaire ayant une face concave et une face convexe, une tête et une embase de part et d'autre de la portion. intermédiaire, l'embase étant configurée en vue de la fixation de ladite pale à un moyeu rotatif, caractérisée en ce que ladite portion intermédiaire (13) comporte au moins une rainure (18) sur sa face concave ( 17) et sur sa face convexe ( 16), chacunes desdites rainures (18) joignant ladite tête ( 1 g9 ladite embase (12) et contenant une pluralité de filaments (20), lequels sont ancrés individuellement dans ladite tête ( 19) et ladite embase (12), sont noyés dans un matériau formant 1 o matrice et sont d'une force suffisante pour retenir un morceau quelconque de ladite partie intermédiaire (13) au ces o elle souffrirait d'une rupture structurale. 2 - Pale de rotor selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits filaments (20), sont ancrés opérationnellement dans ladite embase (12), lesdits filaments (20) étant disposés sur une partie de leur longueur au dessus de ladite embase (12) et étant bloqués entre ladite embase (12) et le moyeu rotatif auquel ladite embase (12) est opérationnellement assujetie. 3 - Pale de rotor selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite portion intermédiaire (13) de pale comporte trois desdites rainures (18), deux d'entres elles étant disposées sur l'une des faces (16) de ladite portion intermédiaire (13) et la troisième sur l'autre face (17) de ladite portion intermédiaire (13). 4 - Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu' au moins une partie de la portion intermédiaire ( 13) adjacente à ladite embase (12) est constituée par une feuille métallique (29), une partie au moins de la feuille (29) étant isolée thermiquement du reste de ladite pale (12). - Pale de rotor selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite partie de ladite feuille métallique (29) est isolée thermiquement du reste de ladite pale (12) par de l'air. 6 - Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits filaments (20) sont constitués par de l'aramlde. 7 - Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau formant matrice dans lequel lesdits filaments (20) sont noyés est une résine. 8 - Pale de rotor selon la revendication 7, caractérisée en ce que-ladite résine est une résine epoxy. 9 - Pale de rotor selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce. que ladite tête (19) de ladite pale (1-2) est définie par un chapeau de résine (21), lesdits filaments étant noyés dans ledit chapeau de résine (21) de façon à y être ancrés. - Pale de rotor selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite pale (12) est creuse. 1 1 - Pale de rotor selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite pale (12) est une pale de propfan.