Brevet FR2698126A1 — publié le 19940520

DESCRIPTION La présente invention concerne une aube creuse pour turbomachine, notamment une aube de soufflante à grande 5 corde. Les avantages découlant de l'utilisation d'aubes à grande corde pour les turbomachines sont apparus notamment dans le cas des aubes de rotor de soufflante des turboréacteurs à10 double flux Ces aubes doivent répondre à des conditions sévères d'utilisation et posséder notamment des caractéristiques mécaniques suffisantes associées à des propriétés antivibratoires et de résistance aux impacts de corps étrangers L'objectif de vitesses suffisantes en bout15 d'aube a en outre amené à rechercher une réduction des masses Ce but est notamment atteint par l'utilisation d'aubes creuses. FR-A-1 577 388 donne un exemple de réalisation d'une aube composée de deux éléments de paroi entre lesquels est disposée une structure en nids d'abeille, ces éléments de paroi étant constitués notamment en alliage de titane et étant formés au profil et à la forme désirés par pressage à chaud. US-A-3 628 226 décrit un procédé de fabrication d'aube creuse de compresseur comportant la mise en oeuvre d'une liaison métallurgique par soudage-diffusion entre deux éléments ou demi-aubes ayant une face d'assemblage plane et rainurée.30 D'autres techniques connues d'obtention d'aubes creuses, notamment pour soufflante de turboréacteur, associent des opérations de soudage par diffusion métallurgique sous pression et de formage superplastique sous pression de gaz. Un exemple en est illustré par US-A-4 882 823. Un des buts de l'invention est d'obtenir une amélioration du comportement mécanique de l'aube, notamment une meilleure tenue aux chocs en tenant compte des aspects dynamiques et notamment en assurant une rigidité améliorée du profil d'aube dans le sens transversal et une résistance satisfaisante aux5 sollicitations mécaniques en fonction des différents modes de torsion observés. Une aube creuse du type précité pour turbomachine répondant aux conditions précitées sans encourir les inconvénients des solutions connues antérieures est caractérisée en ce que elle est constituée de deux peaux extérieures liées par des renforts disposés suivant au moins deux directions différentes sécantes. De manière avantageuse, lesdits renforts peuvent être formés par des nervures ou des pontets Lesdites directions sont déterminées par optimisation en fonction des résultats d'essais de tenue de l'aube aux chocs et des aspects dynamiques des résultats d'essais de comportement mécanique de l'aube et elles peuvent notamment soit être une direction longitudinale et une direction transversale de l'aube, soit être deux directions diagonales sécantes par rapport aux directions longitudinale et transversale de l'aube. Avantageusement, lesdits renforts peuvent être constitués de deux parties liées entre elles, chaque partie étant solidaire d'une des deux peaux ou alternativement, lesdits renforts peuvent être solidaires d'une âme centrale qui comporte en outre le pied d'aube et sont dans ce cas liés30 métallurgiquement respectivement à l'une des peaux extérieures de l'aube D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre des modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels35 la figure 1 représente une vue schématique d'une aube creuse de turbomachine conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 représente une vue schématique d'une aube creuse de turbomachine analogue à celle de la figure 1 et conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 3 représente une vue partielle, en section par un plan orienté suivant la direction longitudinale de l'aube, d'une aube creuse de turbomachine conforme à un troisième10 mode de réalisation de l'invention, la figure 4 représente une vue partielle en section, analogue à celle de la figure 3, montrant une variante de réalisation de l'aube creuse de turbomachine selon15 l'invention, la figure 5 représente une vue partielle en section, analogue à celles des figures 3 et 4, montrant une variante de réalisation de l'aube creuse de turbomachine selon20 l'invention, la figure 6 représente une vue schématique, en coupe par un plan orienté suivant la direction transversale de l'aube et suivant la ligne VI VI des figures 1 à 5, d'aune aube creuse25 de turbomachine conforme à l'invention, la figure 7 représente une vue schématique en coupe, analogue à celle de la figure 6, d'une aube creuse de turbomachine conforme à un quatrième mode de réalisation de30 l'invention, la figure 8 représente une vue partielle schématique, en section dans le pied d'aube, de l'aube creuse représentée sur la figure 7,35 la figure 9 représente une vue partielle schématique, analogue à celle des figures 1 et 2, de l'aube creuse représentée sur les figures 7 et 8. la figure 10 représente selon une vue schématique partielle en coupe, analogue à celle de la figure 7, une variante de réalisation de l'aube creuse. 5 Une aube creuse de turbomachine telle qu'une aube 1 de soufflante à grande corde schématiquement représentée sur la figure 1 est remarquable, conformément à l'invention, par les moyens mis en oeuvre pour solidariser les peaux extérieures 210 de l'aube Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, les renforts de liaison entre les peaux 2 sont constitués de nervures entrecroisées, les unes 3 généralement orientées suivant la direction longitudinale de l'aube et les autres 4 généralement orientées suivant la direction15 transversale de l'aube. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, les nervures entrecroisées 5 et 6 sont disposées suivant deux directions diagonales sécantes20 par rapport aux directions longitudinale et transversale de l'aube 1. La réalisation de ces aubes creuses met en oeuvre des procédés de fabrication connus en soi Notamment lesdites25 nervures 3, 4, 5, et 6 peuvent être obtenues sur la face interne de chacune des peaux extérieures 2, par exemple, par usinage chimique, une partie de chaque nervure étant solidaire de chaque peau La liaison entre les deux éléments ainsi obtenus peut ensuite être réalisée par tout procédé30 d'assemblage conduisant à une liaison métallurgique de ces éléments, comme, par exemple, soudage, brasage, avec ou sans diffusion intermétallique associée. Comme représenté sur les figures 1 et 2, une zone de bords de l'aube 1 est conservée massive, notamment une zone de bord d'attaque 7 qui doit résister aux impacts de corps étrangers, notamment pour des application sur moteurs aéronautiques, et également dans la zone de bord de fuite 8 et dans la zone d'extrémité supérieure 9 et d'extrémité inférieure 10 de l'aube 1. Afin de répondre aux exigences de comportement mécanique de l'aube 1, notamment sous ses aspects dynamiques, les répartitions de masse pourront être modulées, notamment suivant la direction longitudinale de l'aube 1, comme il est déjà bien connu d'un homme du métier En outre et de manière10 remarquable, conforme à l'invention, la densité des liaisons entre les deux peaux extérieures 2 pourra varier suivant les zones d'aube Ainsi, on pourra obtenir cette variation, soit par variation de l'épaisseur des nervures 3, 4, 5 et 6, soit par variation des écarts entre nervures voisines.15 Au lieu de réaliser des nervures continues, comme prévu par les deux modes de réalisation qui viennent d'être décrits en référence aux figures 1 et 2 des dessins, les renforts de liaison entre les peaux extérieures 2 de l'aube 1 peuvent être interrompues et présenter une forme de pontets Les figures 3, 4 et 5 montrent trois variantes de réalisation de ces pontets 11, 12 et 13 dans ce troisième mode de réalisation de l'aube 1. Comme précédemment, les directions préférentielles peuvent être retenues soit dans la définition géométrique des pontets 12, comme dans la variante de la figure 4, soit dans l'alignement adopté dans la disposition des pontets Les directions préférentielles associées pouvant être les30 directions longitudinales et transversales de l'aube 1 ou deux directions diagonales entrecroisées, de manière analogue aux réalisations précédentes de l'invention représentées sur les figures 1 et 2. La fabrication de l'aube 1 fait appel aux mêmes procédés de fabrication que précédemment et la figure 6 donne une représentation schématique de l'assemblage obtenu dans tous les cas et des liaisons réalisées entre les peaux extérieures 2. On note que les directions préférentielles de disposition des renforts de liaison entre les peaux extérieures 2 de l'aube 1 peuvent être optimisées en fonction des résultats de calculs de résistance et des résultats d'essais de tenue de l'aube aux chocs et d'essais de comportement mécanique de l'aube sous ses aspects dynamiques.10 En outre, dans tous les cas o la réalisation des nervures telles que 3, 4, 5, 6 créent des cavités qui seraient fermées, des communications telles qu'indiquées en 3 a, 4 a, 5 a ou 6 a sur les figures 1 et 2 sont établies afin d'éviter une mise sous pression15 Un quatrième mode de réalisation de l'aube creuse conforme à l'invention est représenté sur les figures 7 à 9 La vue en coupe transversale en base de la pale d'aube de la figure 7 montre que l'aube 14 est constituée dans ce cas d'une âme centrale 15, enveloppée par des peaux extérieures 16 et 17.20 Comme représenté sur la figure 8, sur laquelle une demi-vue à gauche représente une partie de l'aube à l'état brut et une demi-vue à droite représente ladite partie d'aube après usinage, ladite âme centrale 15 intègre le pied d'aube 18. L'âme centrale 15 se compose de deux parties latérales25 massives 19 et 20 correspondant au bord d'attaque et au bord de fuite de la pale d'aube et reliées par un voile 21 qui porte sur chaque face des nervures 22 De manière remarquable, conforme à l'invention et analogue aux dispositions appliquées dans les trois autres modes de30 réalisation qui ont été décrits ci-dessus en référence aux figures 1 à 6, lesdites nervures 22 sont orientées suivant au moins deux directions différentes sécantes Dans l'exemple représenté sur les figures et comme cela apparaît notamment sur la figure 9, les nervures 22 sont disposées, les unes 22 a35 suivant une direction longitudinale de l'aube 14 et les autres 22 b suivant une direction transversale de l'aube 14. Dans l'exemple représenté sur les figures 7 à 9, lesdites nervures 22 sont orientées perpendiculairement à l'âme 7 2698126 centrale 15 et aux peaux extérieures 16 et 17 de l'aube 14. Selon la variante de réalisation représentée sur la figure 10, les nervures 22 sont inclinées par rapport à l'âme centrale 15 et aux peaux extérieures 16 et 17 de l'aube 14. Comme dans les autres modes de réalisation précédemment décrits, l'aube creuse 14 est réalisée en mettant en oeuvre des procédés de fabrication connus en soi Ainsi, l'âme centrale 15 portant les nervures 22 peut être obtenue par10 usinage, notamment par usinage chimique, à partir d'un élément de base obtenu en fonderie Les peaux extérieures 16 et 17 sont préparées à partir de tôles et l'ensemble de l'aube 14 est alors assemblé par création de liaisons métallurgiques entre les peaux 16 et 17 et entre les peaux et15 les nervures 22 de l'âme centrale 15, notamment par soudure à diffusion intermétallique et un conformage final peut être obtenu par formage superplastique en appliquant des techniques connues en soi. Comme précédemment, une optimisation du dimensionnement et notamment de la direction des nervures 22 peut être déterminée et appliquée suivant des critères analogues à ceux qui ont été décrits ci-dessus. REVENDICATIONS 1 Aube creuse pour turbomachine caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux peaux extérieures ( 2; 16,17) liées par des renforts ( 3,4; 5,6; 11,12,13; 22) disposés suivant au moins deux directions différentes sécantes. 2 Aube creuse pour turbomachine selon la revendication 1 dans laquelle lesdites directions de disposition des renforts sont déterminées par optimisation en fonction des résultats d'essais de tenue de l'aube aux chocs et des aspects dynamiques des résultats d'essais de comportement mécanique de l'aube.15 3 Aube creuse selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle, lesdits renforts sont constitués de deux parties liées entre elles, chaque partie étant solidaire d'une des deux peaux. 20 4 Aube creuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle lesdits renforts sont des nervures ( 3,4) entrecroisées, disposées les unes ( 3) suivant la direction longitudinale de l'aube et les autres ( 4) suivant la25 direction transversale de l'aube. Aube creuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle lesdits renforts sont des nervures ( 5,6) entrecroisées, disposées suivant deux directions diagonales sécantes par rapport aux directions longitudinale et transversale de l'aube. 6 Aube creuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle lesdits renforts sont des pontets ( 11,12,13) alignés les uns suivant la direction longitudinale de l'aube et les autres suivant la direction transversale de l'aube. 9 2698126 7 Aube creuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle lesdits renforts sont des pontets ( 11,12,13) alignés suivant deux directions diagonales sécantes par rapport aux directions longitudinale et transversale de 5 l'aube. 8 Aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle sur la surface d'aube, le rapport de surface de peau liée par renfort à l'unité de10 surface est variable suivant les différentes zones de la pale d'aube et l'aube présente des zones pleines comprenant les zones de bords d'aube ( 7,8,9, 10) la zone pleine de bord d'attaque ( 7) de l'aube étant de largeur suffisante pour assurer une bonne résistance aux chocs.15 9 Aube creuse selon la revendication 8 dans laquelle ladite variation de surface liée est obtenue par variation de l'épaisseur des renforts 10 Aube creuse selon l'une des revendications 8 ou 9 dans laquelle ladite variation de surface liée est obtenue par variation de l'écart entre deux renforts voisins de même direction. 11 Aube creuse selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle, lesdits renforts ( 22) sont solidaires d'une âme centrale ( 15) qui comporte en outre le pied ( 18) d'aube et sont liés métallurgiquement respectivement à l'une des peaux extérieures ( 16, 17) de l'aube.30 12 Aube creuse selon la revendication 11 dans laquelle lesdits renforts sont constitués de nervures ( 22) disposées selon une orientation perpendiculaire aux peaux extérieures ( 16,17) de l'aube. 13 Aube creuse selon la revendication il dans laquelle lesdits renforts sont constitués de nervures ( 22) disposées 2698126 selon une orientation inclinée par rapport aux peaux extérieures ( 16,17) de l'aube.