Brevet FR2986580A1 — publié le 20130809

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines aéronautiques, en particulier les turboréacteurs. Elle vise plus particulièrement une pièce de liaison à fonction de rétention radiale telle qu'une virole de soufflante assurant une liaison mécanique et aérodynamique entre un cône d'entrée de soufflante, des plateformes d'aubes de soufflante, constituant la veine intérieure entre les aubes de soufflante, et un disque de soufflante. Un turboréacteur comprend à son extrémité amont une entrée d'air alimentant une soufflante et un compresseur dont les aubes sont portées par des disques solidaires d'un arbre rotorique qui s'étend sur une majeure partie du turboréacteur et qui est entraîné en rotation par une turbine du turboréacteur. Un cône d'entrée est monté à l'extrémité amont de cette plateforme pour dévier une partie du flux d'air qui pénètre à l'intérieur du turboréacteur vers les aubes de la soufflante, ce flux étant ensuite séparé en un flux primaire qui alimente le générateur de gaz et en un flux secondaire qui fournit la majorité de la poussée du moteur. Dans la technique actuelle, le cône d'entrée est monté fixement en bout de la plateforme et sa forme et ses dimensions sont déterminées afin d'optimiser les incidences de l'air sur les pieds des aubes de soufflante pour une phase de vol donnée, le cône d'entrée devant également permettre la déviation des particules ou matières solides vers l'extérieur ou constituer une protection contre l'ingestion de glace. La liaison avec la plateforme de soufflante est soumise à la fois à des contraintes de tenue mécanique et de performance aérodynamique. Or, les technologies métalliques actuelles pénalisent le devis masse de la ligne rotor basse pression, 1"intégration d'une fonction de profilage (contouring) aérodynamique (veine 3D) pénalisant en outre le coût de fabrication. De même, les liaisons composites existantes n'intègrent pas la fonction de rétention radiale de pièces adjacentes. On notera que cette fonction de rétention radiale s'applique principalement dans des conditions de fonctionnement accidentel en cas d'ingestion de corps étranger ou de perte d'aube de soufflante (effet des réactions dynamiques de l'aube en liaison pendant le phénomène transitoire). Le choix d'une structure adaptée pour cette pièce de liaison résulte donc d'un compromis entre ces deux contraintes relativement contradictoires et les structures de l'art antérieur ne répondent pas de façon réellement satisfaisante à ces deux contraintes. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but de proposer une pièce de liaison dans une turbomachine satisfaisant des contraintes de tenue mécanique et de performance aérodynamique souhaitées. L'invention a aussi pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. Elle a donc pour objet une pièce de liaison d'une turbomachine, telle en particulier un turboréacteur, montée entre un cône de soufflante et un disque de soufflante supportant des aubes de soufflante, ladite pièce de liaison comportant une paroi annulaire percée de plusieurs orifices destinés à recevoir chacun un organe de fixation et terminée par un rebord sensiblement perpendiculaire dont une surface externe assure un prolongement aérodynamique de ladite soufflante entre une surface extérieure dudit cône de soufflante et une surface extérieure d'une plateforme d'aubes de soufflante, caractérisée en ce que ladite paroi annulaire est constituée en un premier matériau composite et pourvue sur une surface interne dudit rebord d'un anneau constitué en un second matériau différent du premier et apte à assurer une rétention radiale de ladite plateforme d'aubes de soufflante. Ainsi, il devient possible de garantir cette fonction de rétention radiale de la plateforme tout en assurant un gain maximal de poids du fait de l'emploi majoritaire d'un matériau composite. Avantageusement, ledit second matériau peut être soit un matériau métallique, par exemple du titane ou un alliage métallique à base de titane ou d'aluminium soit un matériau composite à fibres longues, par exemple du type enroulement de fil, de ruban ou de préforme tissée ou cousue de carbone, verre ou aramide. De préférence, lesdits orifices sont munis d'inserts métalliques, par exemple en titane ou en alliage métallique à base de titane et ladite surface externe assurant le prolongement aérodynamique de ladite soufflante peut être recouverte d'un tissu en matériau composite. L'invention propose également une soufflante de turbomachine, comportant une pièce de liaison du type décrit ci-dessus et une turbomachine, telle qu'un turboréacteur, intégrant une telle soufflante. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue externe schématique d'une turbomachine ; - la figure 2 est une coupe longitudinale dans son environnement d'une pièce de liaison selon l'invention ; et - les figures 3A et 3B sont respectivement une vue en perspective et une coupe radiale de la pièce de liaison de la figure 2. Description détaillée de l'invention Le turboréacteur représenté schématiquement à la figure 1 comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens d'écoulement du flux gazeux, une soufflante 10 disposée en entrée du turboréacteur, un compresseur 12, une chambre de combustion 14, une turbine haute pression 16 et une turbine basse pression 18. Les turbines haute (HP) et basse (BP) pression sont respectivement couplées au compresseur 12 et à la soufflante 10 par des arbres coaxiaux HP et BP (non représentés). Le turboréacteur est logé dans un carter comprenant plusieurs parties correspondant à chacun de ces différents composants et, notamment, la soufflante 10 est entourée par un carter de soufflante 20 sensiblement cylindrique qui permet de canaliser un flux d'air entrant dans le turboréacteur. L'arbre basse pression porte à son extrémité amont une pluralité d'aubes de soufflante dont les extrémités radialement internes sont fixées de façon classique sur un disque de soufflante (référencé 21 sur la figure 2), en contact avec des plateformes inter-aubes 22, et un cône d'entrée 24 est raccordé à ces plateformes portant les aubes de soufflante via une pièce de liaison 26, pour dévier vers ces aubes la partie centrale du flux gazeux entrant. La figure 2 montre plus précisément cette pièce de liaison, ou virole 26, montée entre le cône d'entrée 24 et le disque de soufflante 21, les plateformes inter-aubes de soufflante 22 assurant la continuité aérodynamique avec le cône d'entrée, et dont des vues de détail sont illustrées aux figures 3A et 3B. Selon l'invention, la pièce de liaison est formée par une paroi annulaire 28 percée de plusieurs orifices 28A destinés à recevoir chacun un organe de fixation 30 (par exemple du type vis-écrou) reliant le cône d'entrée ou une pièce intermédiaire 31 qui lui est solidaire au disque de soufflante 21, et terminée par un rebord 32 sensiblement perpendiculaire dont une surface externe 32A assure un prolongement aérodynamique de la soufflante entre une surface extérieure 24A du cône de soufflante et une surface extérieure 22A de ladite plateforme d'aubes de soufflante, la paroi annulaire étant constituée en un premier matériau composite et pourvue sur une surface interne 32B du rebord d'un anneau 34 constitué en un second matériau différent du premier et apte à assurer une rétention radiale de la plateforme d'aubes de soufflante 22. Cette pièce de liaison est ainsi une pièce de révolution hybride constituée d'un corps 28, 32 en un premier matériau renforcé d'un anneau 34 en un second matériau, le tout permettant de satisfaire l'ensemble des fonctions tout en présentant une masse optimisée par rapport à l'état de l'art. Le premier matériau est avantageusement un composite thermodurcissable, par exemple un « HexMCC) » tel que le propose la société américaine Hexcel, ou un composite thermoplastique tel un « Xycomp® » proposé par la société américaine Greene Tweed. Ces deux composites permettent en effet l'obtention de géométries complexes satisfaisant les exigences de performance aérodynamique (profilage de veine 3D). Mais, des composites SMC/BMC à fibres courtes « sheet moulding coupound » et « Bulk Moulding Compound » peuvent aussi convenir. Le second matériau peut être un métal, par exemple du titane ou un alliage métallique à base de titane (ou d'aluminium) ou encore un composite à fibres longues (>10 mm), par exemple du type enroulement 2 9865 80 5 de fil, de ruban ou de préforme tissée ou cousue de carbone, verre, kevlar® ou aramide. Ce second matériau permet d'assurer la tenue radiale de la plateforme tout en répartissant de façon tangentielle les charges locales associées. 5 Des inserts 36 métalliques ou composites à fibres longues peuvent être ajoutés pour assurer la tenue des fixations mécaniques 30 avec le cône avant 24. Un tissu, ou une matière composite, sec ou pré-imprégné 38 formé d'une matrice en résine époxy ou thermoplastique et d'un renfort 10 (carbone, verre, kevlar® ou aramide) de fibres (unidirectionnelles ou (en nappe) ou bidirectionnelles) peut en outre être utilisé sur la surface externe 32A de la pièce de liaison pour des fonctions de tenue à la foudre ou à l'érosion. Classiquement, ce tissu en composite est introduit dans le moule de la pièce de liaison avant une étape de consolidation (par 15 exemple de polymérisation). Cette pièce de liaison est obtenue par un procédé de transformation par moulage selon les étapes suivantes : Le moule étant avantageusement préalablement réalisé en plusieurs parties mobiles, il est tout d'abord procédé à la mise en place de l'anneau de rétention constitué du second matériau au positionnement 20 d'éventuels inserts dans les parties appropriées du moule. Le premier matériau composite (qui se présente le plus souvent sous la forme d'un rouleau de matière brute pouvant être plié ou coupé ou sous forme de « hachis » de fibres) peut alors être introduit dans le moule ainsi constitué. Le moule est ensuite fermé et sa mise en température et en 25 compression peut être engagée pour permettre la consolidation de la matrice du premier matériau. Une fois celle-ci achevée, le moule peut être ouvert et mis à l'ambiante afin de permettre enfin le démoulage de la pièce de liaison. On notera que la nature différente du second matériau, métal ou composite, permet à celui-ci ne pas être affecté par l'étape de 30 consolidation du premier matériau. REVENDICATIONS1. Pièce de liaison (26) d'une turbomachine, telle en particulier un turboréacteur, montée entre un cône de soufflante (24) et un disque de soufflante (21) supportant des aubes de soufflante, ladite pièce de liaison comportant une paroi annulaire (28) percée de plusieurs orifices (28A) destinés à recevoir chacun un organe de fixation (30) et terminée par un rebord (32) sensiblement perpendiculaire dont une surface externe (32A) assure un prolongement aérodynamique de ladite soufflante entre une surface extérieure (24A) dudit cône de soufflante et une surface extérieure (22A) d'une plateforme d'aubes de soufflante (22), caractérisée en ce que ladite paroi annulaire est constituée en un premier matériau composite et pourvue sur une surface interne (32B) dudit rebord d'un anneau (34) constitué en un second matériau différent du premier et apte à assurer une rétention radiale de ladite plateforme d'aubes de soufflante. 2. Pièce de liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit second matériau est un matériau composite à fibres longues, par exemple du type enroulement de fil, de ruban ou de préforme tissée ou cousue de 20 carbone, verre ou aramide. 3. Pièce de liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit second matériau est un matériau métallique, par exemple du titane ou un alliage métallique à base de titane ou d'aluminium. 25 4. Pièce de liaison selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits orifices sont munis d'inserts métalliques (36), par exemple en titane ou en alliage métallique à base de titane. 30 5. Pièce de liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite surface externe assurant le prolongement aérodynamique de ladite soufflante est recouverte d'un tissu en matériau composite (38). 6. Soufflante de turbomachine, comportant au moins une pièce de liaison 35 (28, 32) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Turbomachine comportant une soufflante ayant au moins une pièce de liaison (28, 32) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.