Brevet FR2683764A1 — publié le 19930521

L'evolution actuelle des turbomachines aéronautiques s oriente surtout vers les familles de moteurs à taux de dilution élevé, qui ont, entre autres, pour avantages, de consommer moins de carburant, à poussée identique, et d'être moins bruyants. Mais cette augmentation du taux de dilution conduit à devoir augmenter le diametre des soufflantes et, par suite, les dimensions et la masse des aubes qui l'équipent. La vitesse de rotation de ces soufflantes étant importante, les charges dues aux efforts centrifuges augmentent et imposent des niveaux de contraintes mecaniques à la liaison disque/ aubes, qui risquent, avec la technologie actuelle, de dépasser les limites maximales admises. La vitesse de rotation étant fixée, il devient nécessaire de reconsidérer la technologie des aubes, afin d'en diminuer la masse. Le principe choisi est de réaliser les aubes en matériaux composites ; la masse de chaque aube va ainsi décroître. Cependant, la technologie à adopter doit être telle que la diminution de la masse n'entraîne pas une diminution de la tenue mécanique de l'aube sous les efforts dûs à la vitesse de rotation, et, en ce qui concerne les applications aéronautiques des turbomachines, n'entraîne pas une diminution de la résistance mécanique de l'aube aux efforts engendrés par l'avancement de l'avion et à ceux induits par la rencontre de corps étrangers (volatiles par exemple). L'invention a de ce fait pour objet un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine réalisée en matériaux composites et comprenant un noyau central et une couche périphérique en matériau composite tissé. Selon l'invention, on réalise ladite couche périphérique en un manchon présentant une première extrémité fermée et une deuxième extrémité ouverte, on introduit ledit noyau à l'intérieur du manchon par ladite deuxième extrémité ouverte, et on réalise la polymérisation de l'ensemble. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées - avant l'introduction du noyau à l'intérieur du manchon, on réalise un préformage dudit manchon - selon un premier ensemble de variantes de mise en oeuvre, on réalise le noyau central et le manchon de manière indépendante l'un de l'autre, et on enfile ultérieurement le noyau à l'intérieur du manchon - avant d'enfiler le noyau à l'intérieur du manchon, on recouvre ledit noyau d'une pluralité de nappes de matériau composite, superposées les unes sur les autres - on réalise la polymérisation du matériau du manchon contenant le noyau en plaçant l'ensemble dans un moule de mise en forme de la face externe finie de l'aube ; - selon une deuxième variante du procédé conforme à l'invention, après avoir réalisé le manchon, on le place dans un moule reproduisant la forme extérieure finie de l'aube, l'orifice d'introduction du matériau de coulée dans le moule coïncidant avec la deuxième extrémité ouverte du manchon, et, pour constituer le noyau, on réalise la coulée du matériau le constituant à l'intérieur du moule et du manchon - avant la coulée du matériau constituant le noyau, on met en place à l'intérieur du manchon une structure tissée - on oriente les fils de tissage de la structure en réalisant un décalage angulaire par rapport à ceux du manchon. L'avantage principal des aubes réalisées selon le procédé conforme à l'invention réside dans la valeur importante de la résistance mécanique obtenue, du fait notamment de la structure constituée par le manchon tissé et de sa liaison intime avec le noyau, avec la conséquence de pouvoir utiliser ces aubes dans la fabrication d'aubages de grands diamètres. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement deux variantes de l'une des phases d'un procédé conforme à l'invention - la figure 3 illustre une autre variante d'un procédé conforme à l t invention ; et - la figure 4 illustre une dernière variante d'un procédé conforme à l'invention. La figure 1 représente le noyau central 1 d'une aube de turbomachine, dont la partie supérieure 2 correspond à la partie aérodynamique de l'aube finie, et dont la partie inférieure 3 correspond au pied de fixation de l'aube à la périphérie d'un disque rotatif de la turbomachine. Un manchon 4, schématisé par un rectangle, réalisé en composite tissé (résine renforcée de fibres de carbone, de verre, ou d'une matière analogue), comporte une extrémité fermée 5 et une extrémité ouverte 6. Le noyau 1 est introduit dans le manchon 4, par l'extrémité ouverte, avec introduction d'abord de sa partie supérieure 2, ensuite de la partie inférieure 3. Selon une première variante de réalisation, le noyau 1, préformé, est réalisé en un matériau non renforcé de fibres, qui remplit la seule fonction de remplissage, de sorte que le manchon 4 en composite renforcé de fibres assurera seul la fonction de structure mécaniquement résistante, et doit de ce fait recouvrir la totalité du noyau central, partie supérieure 2 et partie inférieure 3. Selon une deuxième variante de réalisation, le noyau 1, préformé, est lui-même réalisé en un matériau composite armé de fibres, comme l'est déjà le manchon 4. Dans ce cas, après achèvement de l'aube, le noyau 1 (partie supérieure 2 et partie inférieure 3) participera à la résistance mécanique de l'aube, de sorte qu'éventuellement le manchon 4 pourrait dans ce cas ne recouvrir que la partie supérieure 2. Lorsqu'il recouvre également la partie inférieure 3, la résistance de celle-ci est évidemment renforcée. Selon une troisième variante de réalisation, représentée schématiquement par la figure 2, c'est d'abord la partie inférieure 3 du noyau central qui est introduite dans le manchon, qui reçoit ensuite la partie supérieure 2 de l'aube, recouvrant totalement le noyau central 1. Dans ce cas, aussi, ou bien le noyau central 1 est réalisé en un matériau non renforcé de fibres, tel qu'une résine non armée de fibres, et ne possède que la seule fonction de remplissage, le manchon assurant en totalité la fonction de structure mécaniquement résistante, ou bien le noyau central 1 est réalisé en un matériau composite armé de fibres, et la fonction de structure mécaniquement résistante est assurée à la fois par le noyau central 1 et par le manchon 4. Dans tous les cas qui viennent d'etre décrits, les dispositions suivantes sont préférentiellement adoptées - lorsque le noyau central est réalisé en composite armé de fibres, il est constitué soit par une structure sèche, soit par injection - le manchon 4 est préformé, pour, après recouvrement (total ou partiel) du noyau central 1, être intimement appliqué sur la face externe dudit noyau central - après recouvrement du noyau central par le manchon 4, l'ensemble est placé dans un moule pour recevoir les formes définitives de l'aube finie, puis polymérisé. Selon la réalisation de la figure 3, sur la surface 7 délimitant le noyau 1, des nappes 8 de matériau composite tissé (fibres tissées de carbone, de verre, ou d'un matériau analogue noyées dans une résine) sont appliquées en couches successives, l'ensemble dudit noyau 1 et des nappes 8 le recouvrant étant ensuite recouvert par un manchon 4, selon l'un des modes de réalisation déjà décrits en regard des figures 1 et 2. Le noyau 1 est réalisé en un matériau de préférence composite lui aussi. La figure 3 représente les diverses nappes 8 espacées l'une de la suivante, afin de distinguer les nappes les unes des autres. En réalité, chaque nappe 8 est appliquée, la première sur la surface 7 du noyau, les autres sur la nappe précédente, sans espace, de manière à suivre intimement la forme du support d'application. Finalement, après mise en place du manchon 4, mais avant la polymérisation de l'ensemble, celui-ci est placé dans un moule de conformation de l'aube à la forme externe finie désirée. La réalisation de la figure 4 utilise un moule 9, non plus de mise en forme finale de l'aube, mais un moule classique de coulée. Le manchon 4 est placé dans ce moule et en épouse la forme de la face interne de moulage 10. L'extrémité ouverte 6 du manchon coïncide avec l'ouverture 11 du moule 9. A l'intérieur du manchon 4, des nappes 12 de tissus en composite sont mises en place, espacées les unes des autres et du manchon 4, avec leurs directions de tissage (fils de chaîne et fils de trame) angulairement décalées les unes par rapport aux autres, et par rapport aux directions correspondantes du manchon 4 : ainsi, si la direction de chaîne du tissage du manchon 4 est verticale et correspond à l'axe longitudinal de l'aube, la direction de chaîne o du tissage de l'une des nappes 12 sera inclinée à 45 dans un sens par rapport à celle du manchon, la direction de chaîne du tissage o d'une autre nappe 12 étant inclinée à 45 dans l'autre sens par rapport à celle du manchon. Bien entendu, il peut y avoir plus de deux nappes 12, certaines pouvant avoir des tissages dont les directions de chaîne sont parallèles. Puis, les nappes 12 étant mises en place à l'intérieur du manchon 4, et celui-ci étant mis en place dans le moule 9, un matériau composite de remplissage 13 est versé à travers l'extrémité ouverte 6 du manchon 4, depuis un récipient 14, jusqu'à emplir complètement l'intérieur du manchon, y noyant les nappes 12. L'ensemble est ensuite polymérisé pour l'obtention de l'aube finie. Les aubes obtenues selon les divers procédés de réalisation décrits ont toutes une structure très résistante leur permettant notamment d'être soumises sans dommage aux contraintes dues aux efforts centrifuges d'aubages de grands diamètres, ainsi qu'à d'éventuels chocs. L'invention permet d'obtenir les gains suivants - gain sur les coûts de fabrication - gain sur les réparations éventuelles; - gain de masse de l'aube obtenue par rapport à une solution métallique. Il convient en outre de constater la simplicité de mise en oeuvre, notamment dans les cas où le noyau est réalisé par injection, celle-ci étant plus facile à réaliser en matériau composite, ou en résine, qu'en alliage métallique, et plus simple que l'obtention de noyaux métalliques forgés. L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. Il doit en particulier être noté que si l'origine de l'invention est la recherche concernant la réalisation d'aubages de grands diamètres, le procédé conforme à l'invention convient également à la réalisation de tous les aubages, y compris des aubages de petits diamètres de compresseurs, et de ceux de turbines à gaz comprenant des aubes réalisées en matériau composite, destinées à être exposées à des températures très élevées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine réalisée en matériaux composites et comprenant un noyau central (1) et une couche périphérique (4) en matériau composite tissé, caractérisé en ce qu'on réalise ladite couche périphérique en un manchon (4) présentant une première extrémité (5) fermée et une deuxième extrémité (6) ouverte, on introduit ledit noyau (1) à l'intérieur du manchon (4) par ladite deuxième extrémité ouverte (6), et on réalise la polymérisation de l'ensemble. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant l'introduction du noyau à l'intérieur du manchon, on réalise un préformage dudit manchon. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on réalise le noyau central (1) et le manchon (4) de manière indépendante l'un de l'autre, et on enfile ultérieurement le noyau à l'intérieur du manchon. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'avant d'enfiler le noyau (1) à l'intérieur du manchon (4), on recouvre ledit noyau d'une pluralité de nappes (8) de matériau composite, superposées les unes sur les autres. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on réalise la polymérisation du matériau du manchon contenant le noyau en plaçant l'ensemble dans un moule de mise en forme de la face externe finie de l'aube. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, après avoir réalisé le manchon (4), on le place dans un moule (9) reproduisant la forme extérieure finie de l'aube, l'orifice (11) d'introduction du matériau de coulée dans le moule coincidant avec la deuxième extrémité ouverte (6) du manchon (4), et, pour constituer le noyau, on réalise la coulée (13) du matériau le constituant à l'intérieur du moule (9) et du manchon (4). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'avant la coulée du matériau constituant le noyau, on met en place à l'intérieur du manchon (4) une structure tissée (12). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on oriente les fils de tissage de la structure (12) en réalisant un décalage angulaire par rapport à ceux du manchon (4).