Brevet FR2685732A1 — publié le 19930702

i Les aubes de turbomachines telles que celles de compresseurs ou de soufflantes conçues en matériaux composites sontgéométriquement simplifiées: absence de plates-formes et d'échasses Ceci a pour avantage d'entraîner une réduction sensible de la masse de l'ensemble du rotor aileté, ce qui est précieux dans la réalisation d'une turbomachine de grand diamètre. Cependant, une difficulté se présente dans la réalisation d'aubes de turbomachines en matériaux composites, car, malgré une grande résistance à la traction des filaments entrant dans le renforcement du matériau, ces filaments sont fragiles et faibles en compression et en cisaillement. Des problèmes se posent alors pour transférer les charges, de l'élément composite, l'aube, vers l'élément métallique, le disque, sans endommager les filaments. Les pieds de ce type d'aube se présentent le plus souvent sous la forme d'une queue d'aronde ou d'un bulbe Les fibres de la partie aérodynamique de l'aube se prolongentdans le pied en s'écartant dans celui-ci. Il est nécessaire, pour obtenir une bonne tenue à l'effort centrifuge, d'assurer dans cette région du pied, l'intégrité de l'aube en matériau composite. La présente invention est donc relative à une aube de turbomachine réalisée en un matériau composite armé de fibres et comprenant une partie aérodynamique et un pied de fixation de l'aube sur un disque rotatif que comporte la turbomachine, cependant que la partie aérodynamique se prolonge sans discontinuité en au moins deux bras distincts pour constituer le pied évasé de l'aube et qu'un noyau de séparation au moins est disposé entre les bras de chaque groupe de deux bras successifs, l'invention ayant pour but l'obtention d'une augmentation importante de la résistance mécanique du pied de fixation, notamment aux efforts centrifuges développés dans les aubages de grands diamètres. A cet effet, selon l'invention, chaque bras forme une boucle, qui entoure entièrement un noyau de séparation. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: l'aube comporte une coquille externe, qui entoure le pied de fixation, ne laissant émerger que la partie aérodynamique de l'aube; un espace est ménagé entre les faces externes des bras constitutifs du pied de l'aube et ladite coquille et est empli d'un matériau de remplissage, tel qu'un élastomère; les noyaux de séparation sont distincts de la coquille externe; le pied de l'aube comprend deux bras cintrés vers l'intérieur du pied de manière à constituer chacun une boucle contenant un premier noyau, les parties centrales desdites boucles étant en contact mutuel et définissant, avec des premières extrémités desdits bras qui s'étendent à partir de la partie aérodynamique de l'aube, une cavité contenant un troisième noyau; chaque bras comporte une deuxième extrémité qui s'étend le long de la première extrémité dudit bras; le troisième noyau est entouré entièrement par lesdites deuxièmes extrémités desdits bras; l'aube comporte une coquille externe, qui entoure le pied de fixation et est métallique. L'avantage principal des aubes de ce nouveau type réside dans l'obtention d'une parfaite tenue des pieds aux efforts centrifuges et dans la possibilité de réaliser des aubages de grands diamètres utiles dans la conception de certaines turbomachines. 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 sont des coupes transversales de deux variantes de réalisation d'aubes conformes à l'invention. L'aube de turbomachine représentée sur la figure 1 comprend une partie aérodynamique 1, dont les faces externes 2 constituent, l'une l'intrados, l'autre l'extrados de l'aube, et par un pied 3 de fixation de ladite aube à la périphérie d'un disque support, monté rotatif. La partie aérodynamique est réalisée en un matériau composite armé de fibres, tel qu'une résine contenant des fibres de verre, de carbone, ou analogue, par applications successives, les unes sur les autres de plusieurs nappes 4 dudit matériau Elle se raccorde au pied 3 dans une zone pouvant être désignée comme sa racine 5, à partir de laquelle elle se prolonge en au moins deux bras (effectivement deux bras dans l'exemple représenté) 6. Le pied 3 est constitué par les bras 6, qui sont distincts, séparés initialement depuis la racine 6, et s'écartent l'un du suivant Dans l'exemple représenté, chaque bras 6 s'enroule sur lui-même, vers l'intérieur du pied, de manière à constituer une boucle fermée 7 Ici, les deux boucles 7 sont en contact mutuel dans la zone centrale 8 du pied Chaque bras a une première extrémité 6 A, qui part de la racine 5, et une deuxième extrémité 6 B qui vient en contact de la face interne du bras, ce qui ferme la boucle 7 De plus, entre la zone 8 et la zone 9 à partir de laquelle les bras 6 se séparent, une cavité 10, analogue aux boucles 7 est constituée, délimitée par les faces internes des bras 6 et externes des extrémités 6 B desdits bras. A l'intérieur de chaque boucle 7, et à l'intérieur de la cavité 10, des noyaux 11, réalisés en résine, sont disposés et constituent des remplissages sensiblement complets desdites boucles et cavités. L'ensemble de la partie de pied ainsi formée par les bras 6 et les noyaux Il a une section tranversale rappelant celle d'une queue d'aronde, et est introduit, par coulissement axial, dans une coquille métallique 12, avec un espace ménagé entre les bras 6 et ladite coquille Celle-ci entoure donc la partie de pied de l'aube comprenant les bras 6, jusqu'à la racine 5, à partir de laquelle la partie aérodynamique 1 de l'aube émerge de la coquille 12 Un matériau de remplissage 13 comble l'espace compris entre la face interne de la coquille et les faces externes des bras 6 Ce matériau 13 est choisi, par exemple, parmi les élastomères, et est introduit dans ledit espace par injection. La disposition de la figure 2 est semblable à celle de la figure 1, dont elle se distingue uniquement par le fait que les deuxièmes extrémités 6 B des bras 6 se rejoignent dans la zone 9 de séparation desdits bras et s'étendent le long des premières extrémités 6 A de ces bras 6 Ainsi, une cavité 14 est délimitée, au lieu de la cavité 10, définie uniquement par les extrémités 6 B des bras 6 et par les parties des bras définissant les boucles 7, qui s'étendent entre la zone 8 et les extrémités 6 B Un noyau 11 emplit la cavité 14. La liaison des divers éléments des pieds des aubes représentées peut être réalisée selon plusieurs manières différentes, parmi lesquelles: pose d'un film de colle entre bras 6 et noyaux 11, d'une colle compatible avec le cycle de polymérisation de la résine; mise en forme des nappes de matériau composite, stratifié, mise en place de noyaux prépolymérisés, et cuisson de l'ensemble; mise en forme des nappes de matériau composite, stratifié, mise en place des noyaux, et cuisson de l'ensemble; mise en forme et polymérisation des nappes de matériau composite, stratifié, après mise en place des noyaux déjà cuits. La formation des boucles 7 et la mise en place des noyaux 11 aboutissent à la formation de coins (de calage), dont l'effet est l'obtention d'une résistance exceptionnelle aux efforts centrifuges. Les noyaux 11 peuvent être réalisés en matériau composite comprenant des fibres noyées dans une matrice en résine, mais aussi,en variante, être métalliques. La couche 13 d'élastomère injecté entre la coquille 12 et les bras 6 a pour but et pour effet la filtration des vibrations et l'atténuation ou la suppression du matage, qui risquerait d'endommager le matériau composite des bras 6 Cette couche peut en outre éliminer les phénomènes galvaniques dus à l'utilisation, parfois, de matériaux sensibles, tels que les fibres de carbone, et l'aluminium des noyaux (dans certaines réalisations). La légèreté des aubes réalisées conformément à l'invention contribue à limiter la valeur des efforts centrifuges auxquels elles sont soumises Leur excellente résistance à ces efforts centrifuges rend alors possible leur utilisation dans des disques d'aubages rotatifs de turbomachine de grand diamètre. 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. REVENDICATIONS 1 Aube de turbomachine réalisée en un matériau composite armé de fibres ( 4) et comprenant une partie aérodynamique ( 1) et un pied ( 3) de fixation de l'aube sur un disque rotatif que comporte la turbomachine, cependant que la partie aérodynamique ( 1) se prolonge sans discontinuité en au moins deux bras distincts ( 6) pour constituer le pied évasé de l'aube et qu'un noyau de séparation ( 11) au moins est disposé entre les bras ( 6) de chaque groupe de deux bras successifs, caractérisée en ce que chaque bras forme une boucle ( 7), qui entoure entièrement un noyau de séparation ( 11). 2 Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une coquille externe ( 12), qui entoure le pied de fixation, ne laissant émerger que la partie aérodynamique ( 1) de l'aube. 3 Aube selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un espace est ménagé entre les faces externes des bras ( 6) constitutifs du pied ( 3) de l'aube et ladite coquille ( 12) et est empli d'un matériau de remplissage ( 13), tel qu'un élastomère. 4 Aube selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les noyaux de séparation ( 11) sont distincts de la coquille externe ( 12). Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le pied de l'aube comprend deux bras cintrés vers l'intérieur du pied de manière à constituer chacun une boucle ( 7) contenant un premier noyau ( 11), les parties centrales desdites boucles étant en contact mutuel ( 8) et définissant, avec des premières extrémités ( 6 A) desdits bras qui s'étendent à partir de la partie aérodynamique ( 1) de l'aube, une cavité ( 10; 14) contenant un troisième noyau ( 11). 6 Aube selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque bras comporte une deuxième extrémité ( 6 B) qui s'étend le long de la première extrémité ( 6 A) dudit bras. 7 Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que le troisième noyau ( 11) est entouré entièrement par lesdites deuxièmes extrémités ( 6 B) desdits bras. 8 Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une coquille externe ( 12), qui entoure le pied de fixation et est métallique.