Brevet FR2776264A1 — publié le 19990924

PALE A PAS VARIABLE EN MATERIAU COMPOSITE POUR ROTOR D'HELICOPTERE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UNE TELLE PALE La présente invention est relative à une pale en matériau composite. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux pales à pas variable destinées à équiper des rotors arrière d'hélicoptère. On connaît, notamment d'après le document FR-A-95 12 775, une pale en matériau composite comprenant une partie formant pied de pale pour le raccordement à des moyens d'entraînement et une partie courante aérodynamiquement profilée, ladite partie courante comportant au moins un revêtement d'enveloppe et deux longerons s'étendant selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un contre le côté d'intrados et l'autre contre le côté d'extrados de la pale, les longerons se prolongeant dans la partie formant pied de pale, la partie formant pied de pale comprenant des renforts d'accrochage situés de part et d'autre de chaque longeron. La pale du type précitée est obtenue par le procédé de moulage couramment appelé moulage par transfert de résine ou RTM (Resin Transfer Moulding). Même si cette technique de moulage permet de réaliser, à coût modéré, une pale ayant un excellent état de surface dès la sortie du moule, de sorte que très peu de retouches sont nécessaires avant de peindre cette pale, il est nécessaire d'améliorer encore sa tenue mécanique, notamment dans le longeron, et de réduire le nombre de découpes dans le revêtement et dans la zone d'attache de la pale. A cet effet, selon l'invention, une pale en matériau composite du type précité, est essentiellement caractérisée en ce que le revêtement d'enveloppe, les longerons et les renforts d'accrochage sont respectivement constitués d'au moins une découpe de tissu qui comprend au moins deux plis de tissu de fibres de carbone croisées, les plis étant superposés les uns sur les autres en formant entre eux un angle prédéterminé. L'invention permet ainsi, en gérant les plis par paquets, de réduire le nombre de références de tissus de carbone entrant dans la fabrication de la pale et de réduire le coût de fabrication de la pale. La pale suivant l'invention peut éventuellement comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le revêtement d'enveloppe, les longerons et les renforts d'accrochage sont chacun constitués d'un empilement de découpes d'un premier et/ou d'un deuxième type; - le premier type de découpe comprend deux plis formant entre eux un angle égal soit à 0 , soit à 90 ; - le deuxième type de découpe comprend quatre plis formant entre eux des angles successifs égaux, en valeur absolue, à 45 , 0 et 45 ; - les plis sont des plis de tissus équilibrés; - les longerons sont constitués d'un empilement de deux découpes du premier type, chaque découpe formant un angle égal à 0 avec l'axe d'envergure de la pale; les longerons s'étendent sensiblement jusqu'au bord d'attaque de la pale; - la section transversale des longerons varie suivant l'envergure de la pale; - le revêtement d'enveloppe comprend une découpe du premier type orientée à 45 par rapport à l'axe d'envergure de la pale; - les renforts d'accrochage comportent un empilement de quatre découpes du deuxième type formant entre elles des angles de 45 ; - les quatre découpes sont de longueur différente et sont décalées les unes par rapport aux autres de sorte que l'épaisseur de l'empilement, aux extrémités des découpes, est sensiblement continûment variable; - la partie courante de la préforme comporte un corps de remplissage central en matériau léger; - la pale comprend, dans la partie formant pied de pale, au moins une portion cylindrique de guidage en incidence qui comporte un corps de remplissage en matériau léger sur lequel sont drapés des empilements transversaux de découpes, qui comprennent, du côté de l'extrémité de pale, deux découpes du premier type orientées à O0 et une découpe du premier type orientée à 45 , et sur l'extrémité de la portion cylindrique ainsi que du côté du pied de pale, une découpe du deuxième type orientée à 45 , une découpe de liaison du premier type étant empilée sur la précédente découpe, en s'étendant en direction du pied de pale; - le taux de résine est différent d'une section transversale à une autre section transversale de la pale; et - la portion de guidage en incidence comporte des moyens de réglage du moment statique de la pale qui comprennent deux écrous sertis sur au moins une face de ladite portion qui est tournée vers le pied de pale, des plaques d'équilibrage étant solidarisées, par des vis, sur les écrous. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation de la pale telle que définie ci- dessus et comprenant les étapes consistant à: - réaliser une préforme de la pale comprenant une partie formant pied de pale pour le raccordement à des moyens d'entraînement et une partie courante aérodynamiquement profilée, ladite partie courante comportant au moins un revêtement d'enveloppe et deux longerons s'étendant selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un contre le côté d'intrados et l'autre contre le côté d'extrados de la pale, les longerons se prolongeant dans la partie formant pied de pale, la partie formant pied de pale comprenant des renforts d'accrochage situés de part et d'autre de chaque longeron; - disposer la préforme dans un moule; - injecter une résine liquide dans le moule; et - chauffer le moule pour faire prendre la résine; caractérisé en ce que la réalisation de la préforme comprend les étapes consistant à réaliser une demi-coquille d'extrados et une demi-coquille d'intrados comprenant chacune un longeron, un revêtement d'enveloppe et des renforts d'accrochage qui subissent une étape de compactage à chaud afin de tendre vers une épaisseur sensiblement continûment variable des renforts d'accrochage. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la pale réalisée selon le procédé de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale de la partie courante de la pale suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la partie formant pied de pale de la pale de la figure 1 montrant en détail l'agencement des découpes de tissu de la pale; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques des deux types de découpes de plis utilisés pour fabriquer la pale selon l'invention; les figures 6 et 7 sont des vues éclatées de la partie formant pied de pale en cours de fabrication; - la figure 8 est une vue en coupe transversale de la partie formant pied de pale avant injection de la résine thermodurcissable; et - les figures 9 et 10 sont des vues des côtés d'une portion de la partie formant pied de pale portant des moyens d'équilibrage de la pale. La pale 1 pour rotor arrière d'hélicoptère réalisée conformément à la présente invention et représentée aux figures 1 à 3 se compose d'une partie courante 2 et d'une partie formant pied de pale 3. La partie courante 2 est aérodynamiquement profilée et possède un côté d'extrados 4 et un côté d'intrados 5 qui se raccordent l'un à l'autre le long d'un bord d'attaque 6 et d'un bord de fuite 7. Ce profil est généralement vrillé (non représenté aux figures) autour d'un axe d'envergure A-A de la pale. La partie formant pied de pale 3 possède une forme générale de manchon ouvert à son extrémité opposée à la partie courante 2 pour recevoir une barre de raccordement à un moyeu du rotor d'hélicoptère (non représenté). Ce manchon présente une cavité interne 8 qui s'étend suivant l'axe d'envergure A-A de la pale. Le manchon est en outre traversé par une ouverture cylindrique 9 transversale à l'axe d'envergure A-A et situé au fond de ladite cavité 8. Deux douilles métalliques 10 et 11 sont placées à l'intérieur de l'ouverture cylindrique 9. La partie formant pied de pale 2 présente en outre deux portions cylindriques 12 et 13 qui sont centrées sur l'axe d'envergure A-A et qui sont garnies chacune d'une bague métallique périphérique 14 et 15 pour être installées dans des paliers correspondants solidaires du moyeu. La forme du pied de pale 2 est ainsi prévue du fait que, dans cet exemple, la pale est une pale à pas variable qui possède par ailleurs un levier de commande de pas. Comme cela est représenté à la figure 2, la partie courante 2 de la pale 1 comprend un revêtement d'enveloppe , un corps de remplissage central 21, un longeron d'extrados 22 et un longeron d'intrados 23. Le longeron d'extrados 22 est situé entre le revêtement d'enveloppe 20 et le corps de remplissage 21, sur le côté d'extrados 4 de la pale tandis que le longeron d'intrados 23 est situé entre le revêtement d'enveloppe 20 et le corps de remplissage 21, sur le côté d'intrados 5 de la pale. Les deux longerons d'extrados 22 et d'intrados 23 se prolongent jusqu'au voisinage du bord d'attaque 6 et s'étendent sensiblement sur toute la longueur de la partie courante 2. La largeur de ces longerons diminue depuis le pied de pale 3 jusqu'à l'extrémité libre de la pale o la largeur est sensiblement égale à la moitié de celle de cette pale. Un cavalier 29 contribue à la solidarisation des deux longerons 22 et 23 en s'étendant en arrière du bord d'attaque 6. Ce cavalier renforce par ailleurs la résistance de la pale aux impacts se produisant au niveau du bord d'attaque. Le corps de remplissage 21 est par exemple réalisé en un matériau léger tandis que les deux longerons d'extrados 22 et d'intrados 23 ainsi que le revêtement d'enveloppe 20 sont constitués de découpes de tissus de fibres de carbone qui sont décrites ci-après. La figure 2 montre également que la partie courante 2 comporte un blindage 25 de protection du bord d'attaque 6 qui présente, par exemple, une largeur plus grande du côté intrados que du côté extrados. Ce blindage peut être réalisé en tôle de titane ou d'acier inoxydable, étiré par déformation plastique et mis en forme entre un poinçon et une matrice. Il peut avoir une épaisseur évolutive afin d'améliorer encore la résistance à l'impact. La figure 3 montre la structure du matériau composite dans la partie formant pied de pale 3. Les longerons d'extrados 22 et d'intrados 23 ainsi que le revêtement d'enveloppe 20 se prolongent jusqu'à l'extrémité libre de la partie formant pied de pale 3. Les longerons 22 et 23 sont ainsi traversés par l'ouverture 9 afin qu'ils reprennent les efforts centrifuges qui s'exercent dans la pale, pour les transmettre jusqu'à la barre de raccordement au moyeu. Des renforts d'accrochage 26 et 27 sont situés contre les longerons d'extrados 22 et d'intrados 23 dans la partie formant pied de pale 3. Certains de ces renforts 26 sont situés entre lesdits longerons et la cavité 8. D'autres renforts 27 sont prévus entre ledit longeron et le revêtement d'enveloppe 20. Ces renforts d'accrochage 26 et 27 sont également traversés par l'ouverture 9. Entre le fond de la cavité 8 et la partie courante 2 s'étendent des tissus de remplissage 28 et qui sont empilés entre les renforts d'accrochage 26. De préférence, les tissus de remplissage 28 forment un empilement d'épaisseur décroissante en direction de la partie courante 2. Les renforts d'accrochage 26 et 27 s'étendent jusque dans la partie courante 2, en présentant une épaisseur décroissante pour assurer une transmission homogène des efforts. La portion cylindrique 12 de plus grand diamètre est constituée par des empilements de tissus en fibres de carbone qui seront décrits ci-après et qui sont drapés autour de deux corps de remplissage 30 de forme générale hémicylindrique. Les corps de remplissage 30 sont réalisés en un matériau léger qui peut être identique à celui du corps de remplissage 21 de la partie courante 2. Pour réaliser la pale décrite ci-dessus, on utilise deux types de découpes de tissus. Comme cela est représenté plus particulièrement aux figures 4 et 5, un premier type de découpe, appelé ci-après type A, est constitué par l'assemblage de deux plis de tissu de fibres de carbone croisées 40 et 41, ces plis formant entre eux un angle égal à 0 ou à 90 . Un deuxième type de tissu, appelé ci-après type B, consiste en quatre plis 42 à formant successivement entre eux, des angles de plus ou moins 45 , 0 et plus ou moins 45 . De préférence, les plis utilisés 40 à 45 sont des plis de tissu équilibrés, c'est-à-dire qu'il y a autant de fibres de trames que de fibres de chaînes. De plus, le tissu utilisé est un tissu poudré, c'està-dire qu'il est constitué de fibres de carbone dans lequel une certaine quantité de résine est dispersée sous forme de poudre. Ainsi, dans le procédé de fabrication de la pale qui va être décrit ciaprès, on utilise une seule référence de tissu de carbone et des découpes de forme variable, ces découpes étant uniquement des deux types A et B pour pratiquement toutes les parties constitutives de la pale. Le procédé de fabrication décrit ci-après correspond sensiblement à celui qui est décrit dans la demande FR-A-95 12 775 incorporée à titre de référence et dans lequel on utilise les découpes des deux types précités. Une première étape consiste à réaliser une demi- coquille d'intrados et une demi-coquille d'extrados. Chacune de ces demicoquilles comprend, comme cela est représenté aux figures 6 et 7, le longeron 22, 23, les renforts d'accrochage 26, 27 situés contre ce longeron, et la portion correspondante du revêtement d'enveloppe 20. Les longerons 22 et 23 sont constitués d'un empilement de deux découpes 50,51 du type A qui forment chacune un angle égal à 0 avec l'axe d'envergure A-A de la pale 1. Le cavalier 29 comporte un empilement de découpes de type A orientées à 0 . Le revêtement d'enveloppe comprend une seule découpe 52 du type A orientée à 45 par rapport à l'axe A-A tandis que les renforts d'accrochage 27 comprennent un empilement de quatre découpes 53 à 56 du type B qui forment successivement, avec l'axe A-A, des angles de 45 , 0 , 45 et 0 . Les quatre découpes 53 à 56 sont de longueur différente et sont décalées les unes par rapport aux autres de manière à constituer un empilement d'épaisseur variable. Les extrémités de ces découpes forment entre elles des décrochements 57. Les renforts d'accrochage 26 comprennent une découpe 58 du type A orientée à 0 et une découpe 59 du type B orientée à 45 . Par ailleurs, la portion cylindrique de guidage en incidence 12 comprend, du côté de la partie courante 2 de la pale, deux découpes 60,61 de type A orientées à 0 qui sont recouvertes par une troisième découpe de type A orientée à tandis que la portée 35 de cette partie cylindrique ainsi que le côté 36 de cette portion cylindrique située en regard du pied de pale 2 sont recouverts par une découpe 62,63 du type B orientée à 45 . Une découpe de liaison 64 du type A est superposée à la précédente découpe 63, en étant orientée à 0 et en s'étendant en direction du pied de pale 3. Les découpes de tissus 50 à 56 et 58 à 64 sont drapées dans deux moitiés d'un moule de mise en forme pour intégrer les formes de la pale. Les moitiés de moule sont ensuite placées autour d'un mandrin pour exercer une pression, simultanément à une montée en température, sur les découpes. La pression permet de minimiser la dimension de décrochements 57 pour obtenir une variation sensiblement continue de l'épaisseur des renforts d'accrochage 27. On obtient ainsi deux demi-coquilles 70 et 71 telles que représentées à la figure 8. Les deux demi-coquilles d'intrados et d'extrados ainsi obtenues subissent ensuite, comme décrit dans le document FR 95 12 775, le perçage de l'ouverture 9, puis sont transportées vers un moule de conformage final qui peut être le même que le moule de mise en forme. On procède alors à la mise en place des mêmes éléments que dans le document précité. On dispose en outre à l'intérieur de la cavité interne 8 et le long du plan de joint séparant les deux demi-coquilles, un empilement 65 de découpes du type A orientées à 0 (figure 1) et qui sont en forme de U dont la base est étroite par rapport aux branches. De plus, on dispose des tissus de fibres de verre en regard des bagues métalliques afin d'assurer l'isolation électrique de la pale. Le procédé consiste ensuite à injecter de la résine thermodurcissable dans la préforme ainsi réalisée. En variante, on peut utiliser un autre type de résine, par exemple une résine thermoplastique. On obtient ainsi un taux de résine variable d'un point à un autre de la pale puisque les décrochements 57 sont plus ou moins compactés pour obtenir la forme finale de la pale, ce qui correspond à une densité de fibres de carbone variable. La pale 1 fabriquée est une pale quasiment terminée. Seules quelques opérations sont encore nécessaires telles que par exemple le réglage du moment statique de la pale. Ainsi, la portion de guidage en incidence 12 possède, du côté situé en regard de l'extrémité du pied de pale 3, deux écrous sertis 80 sur lesquels sont destinées à être immobilisées des plaques d'équilibrage 82 (figures 9 et 10) en utilisant deux vis 83 et 84 à tête hexagonale. Ces vis sont freinées comme l'exigent les normes de sécurité aéronautiques, par exemple au moyen d'une plaquette frein 85. REVENDICATIONS 1. Pale en matériau composite comprenant une partie formant pied de pale (3) pour le raccordement à des moyens d'entraînement et une partie courante (2) aérodynamiquement profilée, ladite partie courante (2) comportant au moins un revêtement d'enveloppe (20) et deux longerons (22,23) s'étendant selon l'envergure (A-A) de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe (20), l'un contre le côté d'intrados (5) et l'autre contre le côté d'extrados (4) de la pale (1), les longerons (22,23) se prolongeant dans la partie formant pied de pale (3), la partie formant pied de pale (3) comprenant des renforts d'accrochage (26,27) situés de part et d'autre de chaque longeron (22,23), caractérisée en ce que le revêtement d'enveloppe (20), les longerons (22,23) et les renforts d'accrochage (26,27) sont respectivement constitués d'au moins une découpe (50 à 56, 58 à 64) de tissus qui comprend au moins deux plis de tissus de fibres de carbone croisées, les plis étant superposés les uns sur les autres en formant entre eux un angle prédétermine. 2. Pale selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement d'enveloppe (20), les longerons (22,23) et les renforts d'accrochage (26,27) sont chacun constitués d'un empilement de découpes d'un premier (A) et/ou d'un deuxième (B) type. 3. Pale selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier type (A) de découpe comprend deux plis (40,41) formant entre eux un angle égal soit à 0 , soit à No 4. Pale selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le deuxième type (B) de découpe comprend quatre plis (42 à 45) formant entre eux des angles successifs égaux, en valeur absolue, à 45 , 0 et 45 . 5. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les plis (40 à 45) sont des plis de tissus équilibrés. 6. Pale selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les longerons (22,23) sont constitués d'un empilement de deux découpes (50,51) du premier type (A), chaque découpe formant un angle égal à 0 avec l'axe d'envergure (A-A) de la pale. 7. Pale selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que les longerons (22,23) s'étendent sensiblement jusqu'au bord d'attaque (6) de la pale. 8. Pale selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que la section transversale des longerons (22,23) varie suivant l'envergure de la pale. 9. Pale selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que le revêtement d'enveloppe (20) comprend une découpe (52) du premier type (A) orientée à 45 par rapport à l'axe d'envergure de la pale. 10. Pale selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que les renforts d'accrochage (27) comportent un empilement de quatre découpes (53 à 56) du deuxième type (B) formant entre elles des angles de 45 . 11. Pale selon la revendication 10, caractérisée en ce que les quatre découpes (53 à 56) sont de longueur différente et sont décalées les unes par rapport aux autres de sorte que, au voisinage des extrémités des découpes, l'épaisseur de l'empilement est sensiblement continûment variable. 12. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la partie courante (2) de la préforme comporte un corps de remplissage central (21) en matériau léger. 13. Pale selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que la pale comprend, dans la partie formant pied de pale (3), au moins une portion cylindrique de guidage en incidence (12) qui comporte un corps de remplissage (30) en matériau léger sur lequel sont drapés des empilements transversaux de découpes, qui comprennent, du côté de l'extrémité de pale, deux découpes (60,61) du premier type (A) orientées à 0 et une découpe du premier type (A) orientée à 45 , et sur l'extrémité (35) de la portion cylindrique (12) ainsi que du côté du pied de pale (3), une découpe (62,63) du deuxième type (B) orientée à , une découpe de liaison (64) du premier type (A) étant empilée sur la précédente découpe, en s'étendant en direction du pied de pale (3). 14. Pale selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le taux de résine est différent d'une section transversale à une autre section transversale de la pale. 15. Pale selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que la portion de guidage en incidence (12) comporte des moyens de réglage du moment statique de la pale (1) qui comprennent deux écrous (80) sertis sur au moins une face de ladite portion qui est tournée vers le pied de pale (3), des plaques d'équilibrage (82) étant solidarisées, par des vis (83,84), sur les écrous (80). 16. Procédé de fabrication d'une pale selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, comprenant les étapes consistant à: - réaliser une préforme de la pale comprenant une partie formant pied de pale pour le raccordement à des moyens d'entraînement et une partie courante aérodynamique- ment profilée, ladite partie courante comportant au moins un revêtement d'enveloppe et deux longerons s'étendant selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un contre le côté d'intrados et l'autre contre le côté d'extrados de la pale, les longerons se prolongeant dans la partie formant pied de pale, la partie formant pied de pale comprenant des renforts d'accrochage situés de part et d'autre de chaque longeron; - disposer la préforme dans un moule; - injecter une résine liquide dans le moule; - et chauffer le moule pour faire prendre la résine; caractérisé en ce que la réalisation de la préforme comprend les étapes consistant à réaliser une demi-coquille d'extrados (70)' et une demi- coquille d'intrados (71) comprenant chacune un longeron (22, 23), un revêtement d'enveloppe (20) et des renforts d'accrochage (26,27) qui subissent une étape de compactage à chaud afin de tendre vers une épaisseur sensiblement continûment variable des renforts d'accrochage (27)