Brevet FR2966508A1 — publié le 20120427

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un carter de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz et plus précisément un carter de soufflante en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. Dans un moteur aéronautique à turbine à gaz, le carter de soufflante remplit plusieurs fonctions. Il assure la continuité aérodynamique du flux secondaire dans le moteur, supporte un matériau abradable au regard des sommets d'aubes de soufflante, supporte une structure généralement sous forme de panneaux acoustiques pour l'atténuation des ondes sonores en entrée du moteur et incorpore ou supporte un bouclier de rétention de débris projetés sur la face interne du carter tels que des objets ingérés ou des débris d'aubes endommagées. La réalisation d'un carter de soufflante en matériau composite a déjà été proposée. Le document EP 1 961 923 décrit un processus comprenant la réalisation d'une préforme fibreuse du carter par enroulement en couches superposées sur une forme d'une texture fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel et ayant une épaisseur évolutive, puis la densification de la préforme par une matrice, typiquement une matrice polymère. L'utilisation d'une texture tissée à épaisseur évolutive permet d'intégrer le bouclier de rétention simplement par augmentation localisée d'épaisseur. Un tel carter de soufflante en matériau composite peut assurer les fonctions de support d'abradable et de support de panneaux acoustiques. Toutefois, le montage d'équipements sur le carter peut poser problème, surtout lorsqu'il s'agit d'équipements lourds et/ou soumis à des efforts particuliers. Un exemple typique d'un tel équipement est la boîte de transmission ou boîte de relais d'accessoires AGB ("Accessory Gear Box") qui renferme un train d'engrenages couplé mécaniquement à un arbre de la turbine et sur laquelle différents organes rotatifs sont montés (tels que démarreurs-générateurs, pompes, alternateurs, ...). En particulier pour des raisons d'encombrement, il peut s'avérer nécessaire ou souhaitable de monter l'AGB sur le carter de soufflante. Dans le cas d'un carter métallique, cela est typiquement réalisé par fixation sur des nervures, positionnées sur la face externe du carter, de ferrures métalliques sur lesquelles le boîtier de l'AGB est monté. Cette solution est difficile voire impossible à transposer à un carter de soufflante en matériau composite en raison du risque important de détériorations graves du matériau composite sous l'effet du poids de l'AGB et des organes qu'elle porte et sous l'effet des efforts auxquelles l'AGB peut être soumise lors de cas de charges exceptionnelles dans les structures du moteur, notamment en cas de rupture d'une aube de soufflante. Une solution pourrait consister à réduire la dimension axiale, ou longueur, du carter en matériau composite et d'augmenter en conséquence la longueur de la virole extérieure d'un carter intermédiaire métallique prolongeant le carter de soufflante à son extrémité aval, de manière à pouvoir fixer des ferrures de montage de l'AGB sur le carter intermédiaire. Toutefois, l'avantage en termes de gain de masse d'un carter de soufflante en matériau composite par rapport à un carter de soufflante métallique s'en trouverait amoindri de façon significative. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de permettre la fixation d'équipements, en particulier d'équipements relativement lourds, sur un carter de turbine de moteur aéronautique dans le cas où le carter est en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, sans s'exposer aux inconvénients précités. Ce but est atteint du fait que le carter est solidaire d'au moins une virole ou un secteur de virole relié mécaniquement à une pièce de fixation d'équipement située sur la face externe du carter. La virole ou le secteur de virole est avantageusement situé sur la face interne du carter, et peut être en métal ou en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. L'invention a aussi pour but de fournir un procédé de fabrication d'un tel carter, le procédé comprenant la réalisation d'une préforme fibreuse du carter et la densification de la préforme fibreuse mise en forme au moyen d'un moule, la densification comportant l'imprégnation de la préforme par une composition liquide précurseur de la matrice du matériau composite et l'obtention de la matrice par transformation du précurseur, procédé dans lequel la virole ou le secteur de virole est intégré au carter lors des opérations de mise en forme et densification. Selon un mode de réalisation du procédé, la virole ou le secteur de virole est préfabriqué et est mis en place dans le moule en étant adjacent à la préforme du carter, avant imprégnation. Selon un autre mode de réalisation du procédé, une structure fibreuse formant le renfort fibreux d'une virole ou d'un secteur de virole en matériau composite est mise en place dans le moule en étant adjacente à la préforme du carter et ladite structure fibreuse et la préforme du carter sont co-densifiées. L'invention vise encore un moteur aéronautique à turbine à gaz comprenant un carter de soufflante en matériau composite tel que défini plus haut et au moins un équipement monté sur le carter de soufflante, l'équipement étant notamment au moins l'un parmi une boîte de relais d'accessoires, un boîtier d'unité de régulation électronique du moteur et un réservoir. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description, faite ci-après à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique d'un moteur aéronautique à turbine à gaz ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un ensemble formé par un carter de soufflante conforme à l'invention et un carter intermédiaire prolongeant le carter de soufflante vers l'aval ; - la figure 3 est une demi-vue schématique en coupe axiale à échelle agrandie de l'ensemble illustré par la figure 2 ; - la figure 4 est une demi-vue schématique en coupe axiale montrant une préforme de carter de soufflante mise en forme sur un outillage pour réaliser un carter de soufflante selon un mode de mise en oeuvre de l'invention ; et - la figure 5 est une demi-vue schématique en coupe axiale montrant une préforme de carter de soufflante mise en forme sur un outillage pour réaliser un carter de soufflante selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à un carter de soufflante de turbomachine de moteur d'avion. Comme montré schématiquement par la figure 1, une telle turbomachine comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens d'écoulement du flux gazeux, une soufflante 1 disposée en entrée de la turbomachine, un compresseur 2, une chambre de combustion 3, une turbine haute pression (HP) 4 et une turbine basse pression (BP) 5. Les turbines 4 et 5 sont couplées respectivement au compresseur 2 et à la soufflante 1 par des arbres coaxiaux HP et BP (non représentés). La turbomachine est logée dans un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents de ses éléments. Ainsi, la soufflante 1 est entourée par un carter de soufflante 10 qui porte divers équipements sur sa face externe, notamment une boîte de relais d'accessoires ou AGB 8 reliée mécaniquement à un arbre de turbine. Les figures 2 et 3 montrent un carter de soufflante 10 conforme à l'invention. Le carter 10 est prolongé, vers l'aval, par un carter intermédiaire 30 (montré uniquement sur la figure 3) auquel sont reliés des bras 32 de support du corps haute pression de la turbomachine. Le carter de soufflante 10 est en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. Le renfort est en fibres par exemple en carbone, verre, aramide ou céramique. La matrice est typiquement une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide. Avantageusement, le carter 10 est réalisé en une seule pièce avec des brides 12, 14 à ses extrémités axiales. La bride amont 12 permet la fixation d'une manche d'entrée d'air (non représentée). La bride aval 14 permet le raccordement avec le carter intermédiaire 30 au moyen d'organes de liaison par exemple du type vis-écrous, avec interposition d'une contre-plaque annulaire 14a appliquée sur la face amont de la bride 14. Le carter intermédiaire 30 est en métal, par exemple en titane ou alliage métallique à base de titane ou encore en aluminium, de même que la contre-plaque 14a. Dans sa partie située en regard des sommets des aubes 11 de la soufflante, le carter 10 présente une sur-épaisseur formant un bouclier de rétention 16 pour les débris provenant d'objets ingérés ou de fragments d'aubes endommagées. Egalement dans sa partie située en regard des sommets d'aubes 11, le carter 10 est muni sur sa face interne d'un revêtement abradable 18 qui peut être formé de panneaux juxtaposés fixés au carter 10 et garnis de matériau abradable comme décrit par exemple dans le document EP 2 088 290. Sur sa face interne, le carter 10 est également muni d'un revêtement d'insonorisation, en amont et/ou en aval du revêtement abradable 18. Dans l'exemple illustré, le revêtement d'insonorisation est formé par un premier ensemble de panneaux acoustiques 20 disposés entre l'extrémité amont du carter 10 et le revêtement abradable 18 et par un deuxième ensemble de panneaux acoustiques 22 disposés entre le revêtement abradable 18 et l'extrémité aval du carter 10, les surfaces internes des panneaux acoustiques et du revêtement abradable définissant la veine de circulation d'air dans le carter de soufflante. Chaque ensemble de panneaux acoustiques comprend plusieurs panneaux juxtaposés s'étendant chacun sur un secteur de la surface interne du carter 10. Comme bien connu, les panneaux 20, 22 peuvent être formés par une structure alvéolaire disposée entre une peau externe appliquée contre la face interne du carter et une peau externe multiperforée, les alvéoles étant formées par des cellules dont les parois s'étendent sensiblement radialement entre les peaux. On pourra par exemple se référer au document FR 2 613 773. Les panneaux des revêtements abradables et acoustiques peuvent être fixés au carter 10 de façon connue au moyen d'inserts intégrés aux panneaux et de vis. Au moins une virole annulaire 24 est fixée sur la face interne du carter 10. Dans l'exemple illustré, la virole 24 s'étend sur toute la périphérie de la face interne du carter 10 à l'arrière de l'ensemble de panneaux acoustiques 22. La virole 24 est reliée à des pièces 26 de fixation d'équipement à la face externe du carter. Les pièces 26 constituent par exemple des ferrures pour le montage d'une boîte de relais d'accessoires (non montrée sur la figure 2). Les pièces 26 comprennent chacune une semelle 26a d'où font saillie des nervures 26b, 26c sur lesquelles l'AGB 8 est fixée. Chaque pièce 26 est reliée mécaniquement à la virole 24 au moyen d'organes de liaison tels que des systèmes vis-écrous 28 qui traversent le carter et s'appuient, d'une part sur la face interne de la virole 24 et, d'autre part, sur la semelle 26a, à l'extérieur des nervures 2613, 26c. La virole 24 peut être utilisée pour maintenir sur la face externe du carter 10 une ou plusieurs pièces de fixation d'un équipement autre que l'AGB 8, notamment un équipement relativement lourd tel qu'un réservoir ou un boîtier d'unité de régulation électronique du moteur, ou ECU ("Engine Control Unit"). Le matériau composite du carter 10 étant enserré entre la virole 24 et la ou chaque pièce de fixation 26, un endommagement du matériau composite est évité en dépit du poids de l'équipement supporté ou des efforts auxquels cet équipement est soumis. On pourra bien entendu maintenir au moyen de la virole 24 des pièces de fixation de plusieurs équipements différents. De préférence, la virole 24 est située au niveau d'un ensemble de panneaux acoustiques plutôt qu'au niveau du revêtement abradable. La géométrie des panneaux acoustiques est adaptée à cet effet du côté de leurs peaux externes. La présence des organes de liaison 28 n'affecte pas sensiblement la performance des panneaux acoustiques. La virole 24 peut être en matériau métallique, par exemple en titane, en alliage à base de titane ou encore en aluminium . Dans ce dernier cas, une couche d'isolation galvanique par exemple en fibres de verre est de préférence interposée entre la virole 24 et le matériau composite du carter 10. La virole 24 en matériau métallique est de préférence alors ajourée comme montré sur la figure 2, pour réduire sa masse. En variante, la virole 24 peut être en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, par exemple un renfort en fibres de carbone ou de céramique densifié par une matrice polymère ou une matrice carbone. La virole 24 peut être en une seule pièce ou en plusieurs secteurs jointifs ou quasiment jointifs et s'étendre sur 306°, c'est-à-dire sur toute la périphérie de la face interne du carter 10. L'utilisation d'un secteur de virole s'étendant seulement sur une fraction de cette périphérie peut aussi être envisagée. De préférence, la virole 24 est intégrée au carter 10 au stade de la fabrication de celui-ci. La fabrication du carter 10 en matériau composite comprend la réalisation d'une préforme fibreuse du carter et la densification de celle-ci par la matrice du matériau composite. Pour la réalisation de la préforme fibreuse du carter 10, on peut procéder comme décrit dans le document EP 1 961 923 . Une texture fibreuse tissée est obtenue par tissage multicouches, ou tridimensionnel, et est enroulée en spires superposées sur un moule 50 formant mandrin d'enroulement (figure 4). Le moule 50 présente une surface extérieure 51 dont le profil correspond à celui de la face interne du carter à réaliser et deux flasques latéraux 52, 54. Un logement annulaire 56 est ménagé dans la surface extérieure 51 du moule pour loger la virole 24 préfabriquée en métal ou matériau composite. Après mise en place de la virole 24 sur le moule 50, la texture fibreuse est enroulée en spires superposées pour obtenir la préforme fibreuse 40 du carter. La texture fibreuse épouse le profil du moule 50 et ses bords se relèvent pour former des parties de préforme 42, 44 correspondant aux brides 12, 14. Comme indiqué plus haut, une couche d'isolation galvanique, par exemple en fibres de verre, peut être mise en place sur la virole 24 avant enroulement de la texture fibreuse formant la préforme fibreuse du carter. La texture fibreuse peut être tissée avec une armure de type interlock et avec une épaisseur évolutive pour former une partie de préforme 46 plus épaisse au niveau de l'emplacement du bouclier de rétention. Une épaisseur plus importante peut être obtenue par ajout localisé de couches de fils de chaîne et/ou de fils de trame. En outre, lors du tissage, l'appel des fils de chaîne est réalisé sur un tambour dont le diamètre croît progressivement dans ses parties d'extrémité axiale pour permettre la conformation ultérieure des parties de préforme de bride 42, 44. En variante, on pourra obtenir la préforme fibreuse du carter par enroulement en spires superposées d'une texture fibreuse tissée. d'épaisseur constante, une partie de préforme de plus grande épaisseur étant obtenue par un surbobinage localisé. Toujours en variante, les parties de préforme des brides du carter pourront être réalisées séparément et assemblées au reste de la 5 préforme par exemple par couture. Après réalisation de la préforme fibreuse du carter, celle-ci est maintenue en forme au moyen d'un contre-moule ou d'une enveloppe souple (non représentée) appliquée contre sa surface externe. Une imprégnation par une résine précurseur de la matrice du matériau 10 composite est réalisée, puis la résine est polymérisée. Après démoulage, le carter peut être usiné à ses dimensions définitives. Dans le cas d'une virole 24 ajourée comme montré sur la figure 2, le logement annulaire 56 du moule 50 peut présenter des reliefs 56a (voir le détail de la figure 4) qui pénètrent dans les perforations de la 15 virole 24 pour éviter le comblement de celles-ci par la résine d'imprégnation. Le moule 40 est en plusieurs parties pour permettre la mise en place de la virole 24, qui peut être sectorisée, et pour permettre le démoulage ultérieur. La polymérisation de la résine assure un collage suffisant pour 20 le maintien en position de la virole 24. La figure 5 illustre une variante de réalisation selon laquelle un renfort fibreux 48, par exemple sous forme d'une bande tissée enroulée en une ou plusieurs couches, est mis en place dans le logement 56 du moule 50, le logement 56 étant dépourvu de reliefs. 25 La préforme 40 et le renfort fibreux 48 sont imprégnés par la même résine et ainsi co-densifiés pour obtenir une virole en matériau composite en une seule pièce avec le carter. Dans ce qui précède, on a décrit l'utilisation d'une seule virole pour le maintien de pièce(s) de fixation d'équipement. 30 On pourra en variante prévoir plusieurs viroles pour maintenir des pièces de fixation de différents équipements à des niveaux différents du carter en direction axiale. Bien entendu, des pièces de fixation pour des équipements autres que ceux précités pourront ainsi être montées sur le carter 10, par 35 exemple des pièces de fixation pour des harnais ou des canalisations. REVENDICATIONS1. Carter de turbine de moteur aéronautique, le carter étant en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, caractérisé en ce que le carter (10) est solidaire d'au moins une virole (24) ou un secteur de virole relié mécaniquement à une pièce (26) de fixation d'équipement située sur la face externe du carter. 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que la virole (24) ou le secteur de virole est situé sur la face interne du carter (10). 3. Carter selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la virole (24) ou le secteur de virole est en métal. 4. Carter selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la virole (24) ou le secteur de virole est en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. 5. Procédé de fabrication d'un carter de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant la réalisation d'une préforme fibreuse du carter et la densification de la préforme fibreuse mise en forme au moyen d'un moule, la densification comportant l'imprégnation de la préforme par une composition liquide précurseur de la matrice du matériau composite et l'obtention de la matrice par transformation du précurseur, caractérisé en ce que la virole ou le secteur de virole est intégré 25 au carter lors des opérations de mise en forme et densification de la préforme du carter. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la virole ou le secteur de virole est préfabriqué et est mis en place dans le moule en étant adjacent à la préforme du carter, avant imprégnation. 30 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une structure fibreuse formant le renfort fibreux d'une virole ou d'un secteur de virole en matériau composite est mise en place dans le moule en étant adjacente à la préforme du carter et ladite structure fibreuse et la préforme du carter sont co-densifiées. 35 8. Moteur aéronautique à turbine à gaz comprenant un carter de turbine en matériau composite selon l'une quelconque desrevendications 1 à 4 et au moins un équipement monté sur la pièce de fixation. 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'équipement est au moins l'un parmi une boîte de relais d'accessoires, un 5 réservoir et un boîtier d'unité de régulation électronique du moteur.