Brevet FR2983261A1 — publié le 20130531

La présente invention se rapporte de façon générale au domaine des turbomachines à double flux pour aéronef et plus particulièrement aux aubes de redressement de flux secondaire, et à une structure de redressement de flux associée. Comme cela est connu en soi, et représenté à la figure 1 ci-jointe, un ensemble propulsif d'un turboréacteur à double flux comprend classiquement une structure externe 1 comportant une partie amont 3 formant entrée d'air, une partie intermédiaire 5 dont la peau interne 6 forme carter pour la soufflante 7 du moteur, et une partie aval 9 pouvant incorporer des moyens d'inversion de poussée. Cette nacelle comporte par ailleurs une structure interne 11 comportant un carénage 13 du moteur 15. Le volume délimité notamment par la peau interne 6 de la structure externe 1 et par le carénage 13 de la structure interne 11, définit une veine 15 d'air annulaire 17, souvent désignée par « veine d'air froid », par opposition à l'air chaud engendré par le moteur 15. La soufflante 7 consiste essentiellement en une hélice munie de pales 19, montée rotative sur un arbre tournant relié et centré sur un palier 21, Le palier 21 est relié au carter de soufflante 6 par un ensemble de structure 20 transversale repérée 25 sur la figure 1, s'étendant radialement dans la veine d'air froid 17, tels que des bras structuraux pouvant être répartis à 90 ou 120 degrés par exemple. Dans cette même veine d'air froid 17 se trouve une structure de redressement de flux comprenant des aubes de redressement de flux 23, 25 appelées aussi OGV (« Outlet Guide Vanes »), permettant de redresser vers l'arrière le flux d'air froid engendré par la soufflante 7. On connaît également des concepts dans lesquels la roue d'aubes OGV se substitue aux bras structuraux, assurant ainsi les deux fonctions de redressement de flux et de liaison du palier 21 avec le carter de soufflante 6. 30 On connaît ainsi des roues OGV dites structurales dans lesquelles les OGV sont métalliques. On connaît également des roues OGV composites non structurales, associées à des bras structuraux métalliques. La conception d'OGV composites et structuraux, permettant ainsi 35 de s'affranchir totalement ou partiellement des bras structuraux, pose une difficulté importante pour concevoir et réaliser les attaches de ces aubes à leurs extrémités et la continuité de structure de ces attaches avec le corps des aubes. La présente invention vise à fournir des aubes en matériaux composites pour structure de redressement de flux structurante, qui présentent 5 un rapport résistance/poids accru. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, avec une aube de redressement de flux en matériaux composites, comprenant une âme tissée en trois dimensions, entourée d'une enveloppe en textile, cette âme et cette enveloppe étant 10 consolidées par une résine thermo-durcie. Grâce à ces caractéristiques, on obtient une aube de redressement de flux dans laquelle l'âme en fibres tissées en trois dimensions procure une grande résistance, et l'enveloppe en textile procure la forme souhaitée ainsi qu'une résistance aux éventuels impacts, le tout pour un poids très 15 avantageux. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de l'aube de redressement de flux selon l'invention : - ladite âme et ladite enveloppe sont formées de fibres sélectionnées dans le groupe comprenant les fibres de carbone, les fibres de 20 verre et les fibres d'aramide ; - ladite résine est une résine compatible d'un procédé d'injection sélectionnée dans le groupe des résines thermodurcissables telles que les résines époxydes et les résines polyimides ou dans le groupe des résines thermoplastiques telles que le PEEK, PPS ; 25 - ledit textile est choisi dans le groupe comprenant les textiles bidimensionnels tissés, cousus ou tressés, et les textiles tridimensionnels ; - l'âme et l'enveloppe sont reliées entre elles par des fibres transversales ou fils transversaux ; - ladite aube comporte des éléments de renforts choisis dans le 30 groupe comprenant des contre-plaques, des inserts, un élément rigide formant bord d'attaque et un revêtement anti-érosion ; - ladite aube comprend une ou plusieurs zones creuses ; - ladite aube comprend un ou plusieurs noyaux allégés ; - ladite âme comprend des terminaisons choisies dans le groupe 35 comprenant des terminaisons en chapes transversales ou axiales ou inclinées, ou en T ou en L, ou toute combinaison de ces terminaisons ; - ladite âme présente une forme choisie dans le groupe comprenant les formes en barres parallèles, en H, en H à plusieurs barres, en O, en W, en M, en X à barres parallèles, en X, en K, en K inversé, en N, en N inversé. La présente invention se rapporte également à une structure de redressement de flux, comprenant une roue de plus faible diamètre, un palier de soufflante monté à l'intérieur de cette roue, une roue de plus grand diamètre, et une pluralité d'aubes conformes à ce qui précède, coopérant par leurs terminaisons avec ces deux roues. Suivant des caractéristiques optionnelles de cette structure de redressement de flux : - les enveloppes desdites aubes sont jointives ; - lesdites aubes s'intercalent entre les positions de bras structuraux de raccord entre ledit palier et ladite roue de plus grand diamètre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en demi-coupe longitudinale d'un ensemble de nacelle et de moteur de l'art antérieur, commenté en préambule de la présente description ; - les figures 2, 3, 4, 5 sont des vues respectivement en perspective, de côté, en coupe selon la ligne V-V et en coupe selon la ligne VI-VI d'un mode de réalisation d'une aube de redressement de flux selon l'invention ; - les figures 6a, 6b, 6c sont des vues partielles en perspective d'autres modes de réalisation d'une aube de redressement de flux selon l'invention ; - les figures 6d, 6e, 6f sont des vues en coupe analogues à la vue de la figure 5 de différentes structures possibles d'aubes de redressement de flux selon l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique de côté de l'aube des figures 2 à 5, montrant les directions privilégiées de reprise d'efforts, et - les figures 8 à 18 sont des vues analogues à celle de la figure 7 d'autres modes de réalisation d'une aube de redressement de flux selon l'invention. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. On notera par ailleurs que l'on a pris soin de représenter sur ces 5 figures un repère à trois axes X, Y, Z, ces trois axes étant représentatifs respectivement des directions longitudinale, transversale et verticale du moteur lorsqu'il est installé sur un aéronef. On se reporte à présent aux figures 2 à 5 et 7, sur lesquelles on a représenté une aube de redressement de flux conforme à un premier mode de 10 réalisation selon l'invention. Comme on peut le voir sur ces figures, cette aube 23 comporte une âme 36 formée de deux « barreaux textiles » 37a et 37b, eux-mêmes obtenus par des fibres de verre ou de carbone ou d'aramide tissés en trois dimensions. Selon une première variante, de tels « barreaux textiles » peuvent 15 être obtenus par tissage tridimensionnel. A titre d'exemple, de tels « barreaux textiles » peuvent être obtenus auprès de la société BITEAM (www.biteam.com), spécialiste dans ce genre de produits. Le tissage en trois dimensions peut être obtenu grâce à une chaîne 20 et une ou deux trames disposées respectivement selon deux ou trois directions sensiblement perpendiculaires de l'espace (soit le même fil de trame est conduit entre les chaînes pour couvrir les entrelacements dans toutes les directions du plan transverse aux chaînes, soit des fils de trames distincts réalisent les entrelacements, dans le plan transverse aux chaînes, selon deux 25 directions principales, sensiblement perpendiculaires l'une de l'autre). Selon une seconde variante, de tels « barreaux textiles » peuvent être obtenus à l'aide de machine à tresser matricielle. Les deux barreaux 37a et 37b sont entourés d'une enveloppe en textile 39, pouvant être constituée à partir d'au moins une couche de fibres de 30 textile bidimensionnel tissé ou tressé, cousu, ou bien de textile tridimensionnel. Les textiles bidimensionnels tissés sont obtenus par tissage de fibres de chaîne et de fibres de trame sensiblement perpendiculaires entre elles dans le plan moyen du pli. Ces textiles sont communément appelés tissus, toile, taffetas, sergé ou satin par l'homme du métier selon le motif de 35 tissage choisi. Les textiles bidimensionnels tressés sont obtenus par tressage de fibres, croisées selon deux directions par procédé dit de tressage et éventuellement de fibres selon une troisième direction longitudinale au sens de tressage, toutes les fibres étant sensiblement dans le plan moyen du pli. Les textiles bidimensionnels cousus sont obtenus par superposition de deux ou plusieurs couches de fibres selon différentes directions, les couches étant liées par des points de coutures plus ou moins espacés. Les textiles tridimensionnels sont formés d'une superposition de couches de fibres liées entre elles par des fibres transversales entrelaçant de certaines des fibres entre les couches. Ces textiles sont communément appelés tissus 3D ou tissus interlock 3D, ou tissus interlocks couches à couches par l'homme du métier. Les fibres formant le textile susmentionné peuvent être des fibres de carbone, de verre, ou d'aramide, par exemple. L'enveloppe 39 est constituée par un empilement d'au moins un des textiles sus-mentionnés. Lorsque plusieurs couches sont empilées, l'orientation de chacune d'elles peut être choisie différente des autres. Les empilements de plis constituant l'enveloppe peuvent également être liés entre eux par des fils additionnels transversaux à l'épaisseur tel que par un procédé dit de couture (ou stitching figurant notamment la famille des points de coutures de types chaînette) ou touffetage (ou tufting) ou aiguilletage (ou needling) connu par ailleurs. On peut également intégrer au moulage ou rapporter ultérieurement à l'aube de redressement de flux des éléments additionnels, tels que des inserts, des plaques, des contreplaques, des éléments formant bord d'attaque, tous ces éléments pouvant être par exemple en alliage métallique ou en céramique. On peut, de plus, envisager de placer sur le bord d'attaque de l'aube de redressement de flux 23, un revêtement anti-érosion. Comme on peut le voir sur les différents croquis le recours au principe de tissage ou tressage tridimensionnel d'âme permet de modifier les géométries des terminaisons d'âme, pour obtenir différentes formes d'extrémités facilitant l'assemblage. Dans une première configuration présentée sur les figures 2, 3 et 4, 35 on peut conformer les barreaux 37a et 37b de l'âme 36, de manière qu'ils présentent à leurs extrémités respectives, des formes en T 41a, 41b, ou des formes en chape 43a, 43b, orientées respectivement de manière tangentielle et radiale par rapport à l'axe A du turboréacteur, et munies d'orifices permettant la liaison de ces terminaisons respectivement aux grande et petite roues 29, 27 de l'ensemble de redressement de flux. On peut voir également sur les figures 2 et 4 que l'enveloppe 39 peut comporter des parties retroussées tangentielles 45a, 45b et 47a, 47b, pouvant s'étendre sur une longueur circonférentielle suffisamment importante pour être jointive d'une aube à l'autre. Ces enveloppes peuvent ainsi participer à la consolidation des 10 grande 29 et petite 27 roues et/ou à la constitution de la forme aérodynamique de la virole interne et/ou externe. On notera également sur la figure 5 que l'aube de redressement de flux peut comporter, entre les barreaux 37a et 37b, une zone 49 qui peut être soit creuse, soit remplie d'un matériau allégé tel que de la mousse rigide à 15 cellules fermées, telles que des mousses de basse densité et de matériau compatible de la résine de consolidation et des températures de mise en oeuvre. Par exemple, on peut utiliser des mousses de densités comprises entre 40 kg/m3 et préférentiellement inférieure à 250 kg/m3 de polyuréthanes , 20 de polychlorure de vinyle ou de d'imide polyméthacrylique, etc. La présence d'une telle mousse allégée permet d'éviter le remplissage de la cavité 49 par de la résine lors de la fabrication de l'aube de redressement de flux, conduisant ainsi à une forte économie de poids : une telle mousse est en effet de 4 à 20 fois plus légère que la résine. 25 L'aube 23, constituée de l'ensemble de l'âme 36, de l'enveloppe 39, des éventuels noyaux allégés, est consolidée par imprégnation de résine et son durcissement, conférant à l'aube toute sa rigidité, résistance et forme. Les différents éléments préparés sont placés à l'intérieur d'un moule dans lequel est injecté de la résine. On pourra utiliser un procédé 30 d'injection RTM dans un moule fermé rigide afin d'obtenir la totalité des surface avec des dimensions précises. On pourra également utiliser un procédé de type infusion sous vide, avec une partie d'outillage souple, ou encore toute alternative d'environnement de moulage par infusion. Dans un mode de réalisation, on peut réaliser une zone creuse 35 dans l'aube, soit par introduction d'un élément d'outillage par une extrémité, et extraction lors du démoulage, soit par un noyau inséré entre les deux faces de l'enveloppe, et élimination du noyau après démoulage par fusion ou dissolution de celui-ci. On choisira la résine en fonction de la température d'utilisation de l'aube, dans les familles des résines thermodurcissables époxydes, polyimides, 5 polyester, vinylester, cyanate ester ou dérivées de ces familles, ou encore dans les familles de résines thermoplastiques telles PPS PEEK PEKK, PEI. Enfin, pour permettre la liaison des aubes avec les roues interne 27 et externe 29, avec des tolérances géométriques serrées, on pourra procéder à l'usinage de tout ou partie des zones d'extrémités afin par exemple de détourer 10 le contour des chapes, de surfacer les flancs de chapes, et de percer les passages de fixations. Comme on peut le comprendre à la lumière de ce qui précède, l'aube de redressement de flux selon l'invention comporte une partie structurelle à proprement parler formée par l'âme 36, laquelle est extrêmement 15 résistante de par ses caractéristiques de tissage en 3D avec des fibres de carbone, de verre ou d'aramide, et très légère. L'aube de redressement de flux selon l'invention comporte par ailleurs une partie définissant son profil aérodynamique, obtenue par une enveloppe en textile bidimensionnel ou tridimensionnel. 20 La coopération de cette âme 36 et de cette enveloppe 39, solidarisées entre elles par la résine, procure une aube de redressement de flux tout à la fois légère et très résistante, ce qui convient parfaitement pour une utilisation dans la veine de flux d'air froid 17, afin de relier le moteur au mât de suspension de la nacelle. 25 Les figures 6a, 6b, 6c montrent des variantes possibles pour les terminaisons des aubes de redressement. Sur la figure 6a, on peut voir des chapes sensiblement radiales 43a, 43b, présentant une inclinaison de plusieurs degrés par rapport à un plan passant par l'axe A de la nacelle. 30 Sur la figure 6b, on peut voir des terminaisons 41a, 41b en L, l'étendant toutes deux du même côté par rapport à l'aube, selon une direction sensiblement tangentielle. Sur la figure 6c, on peut voir des terminaisons élargies 41a, 41b, présentant sensiblement une forme en queue d'aronde. 35 Ces variantes ne sont bien entendu pas limitatives, et peuvent être combinées entre elles. Les figures 6d, 6e, 6f montrent des variantes de structures pour les aubes de redressement. Sur la figure 6d l'enveloppe 39 est constituée de tresses tubulaires qui encapsulent les barreaux textiles 37a, 37b et un noyau en mousse 51. Sur la figure 6e, l'enveloppe 39 est réalisée à partir d'un textile ouvert, replié autour de l'aube, par exemple au bord d'attaque 53. Sur la figure 6f, l'enveloppe 39 est constituée de deux sous-ensembles 39a, 39b constituant chacun une des deux faces de l'aube. Selon une variante de l'association des barreaux 36 et de 10 l'enveloppe 39, l'enveloppe peut être reliée à l'un au moins des barreaux, par des liaisons additionnelles, à travers l'épaisseur. Ainsi, selon une première variante, des fibres de carbone ou d'aramide ou de verre, sont insérées transversalement à travers l'enveloppe 39 et pénètrent dans au moins une partie des barreaux 36 par exemple avec un 15 procédé de touffetage (ou tufting), ou d'aiguilletage (ou needling), ou en traversant totalement les barreaux avec le même procédé ou un procédé de couture (ou stitching). Selon une seconde variante, des éléments rigides fins sont insérés transversalement au plan de l'enveloppe 39, ces éléments rigides fins pouvant 20 être des aiguilles en composites pultrudés de fibres de verre, d'aramide ou de carbone, ces éléments rigides peuvent encore être des fils métalliques sous forme de clous fins ou d'agrafes. Ces éléments rigides peuvent être insérés selon un procédé de cloutage ou de Z-pinning ou équivalent. Sur l'ensemble des figures 8 à 18, on a représenté différentes 25 variantes possibles de l'âme 36, les flèches sur ces figures indiquant les directions préférentielles des efforts repris par les barreaux formant l'âme. Plus précisément, les flèches droites indiquent des transmissions de forces, et les flèches courbées indiquent des transmissions de moments. On peut ainsi voir : 30 - sur la figure 8 : une structure d'âme en H, permettant de résister aux forces axiales (direction X) et radiales (Z), conférant à l'aube une résistance particulière aux chocs d'objets susceptibles de circuler dans la veine d'air froid, - sur la figure 9 : une structure en H à plusieurs barres, permettant 35 en outre de résister à des moments tangentiels (moments autour de l'axe Y), - sur la figure 10 : une structure en O, permettant de résister à des forces radiales (Z) et axiales (X), ainsi qu'à un moment tangentiel (autour de l'axe Y), - sur la figure 11 : une structure en W, permettant de résister aux forces radiales et axiales, ainsi qu'à un moment tangentiel côté petite roue 27, - sur la figure 12 : une structure en M, permettant de résister aux forces radiales et axiales, ainsi qu'un moment tangentiel côté grande roue 29, - sur la figure 13 : une structure en X à barres parallèles, permettant de résister aux forces radiales et axiales, ainsi qu'à un moment tangentiel côté petite 27 et grande 29 roue, - sur la figure 14 : une structure en X, permettant de résister aux forces radiales et à un moment tangentiel côté petite 27 et grande 29 roue, - sur les figures 15 et 16 : une structure respectivement en K et en K inversé, permettant de résister aux forces radiales et axiales, ainsi qu'à un moment tangentiel, - sur la figure 17 : une structure en M, permettant de résister aux forces radiales et à un moment tangentiel côté aval de la petite roue 27 et côté amont de la grande roue 29, et - sur la figure 18 : une structure en N inversé, permettant de résister aux forces radiales et à un moment tangentiel côté amont de la petite roue 27 et côté aval de la grande roue 29. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simples exemples. REVENDICATIONS1. Aube de redressement de flux (23) en matériaux composites, 5 comprenant une âme tissée en trois dimensions (36), entourée d'une enveloppe en textile (39), cette âme et cette enveloppe étant consolidées par une résine durcie. 2. Aube (23) selon la revendication 1, dans laquelle ladite âme (36) et ladite enveloppe (39) sont formées de fibres sélectionnées dans le groupe 10 comprenant les fibres de carbone, les fibres de verre et les fibres d'aramide. 3. Aube (23) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle ladite résine est une résine compatible d'un procédé d'injection sélectionnée dans le groupe des résines thermodurcissables telles que les résines époxydes et les résines polyimides ou dans le groupe des résines thermoplastiques telles 15 que le PEEK, PPS. 4. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit textile est choisi dans le groupe comprenant les textiles bidimensionnels tissés, cousus ou tressés, et les textiles tridimensionnels. 20 5. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'âme (36) et l'enveloppe (39) sont reliées entre elles par des fibres transversales ou fils transversaux. 6. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des éléments de renfort choisis dans le groupe 25 comprenant des contre-plaques, des inserts, un élément rigide formant bord d'attaque et un revêtement anti-érosion. 7. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une ou plusieurs zones creuses. 8. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, comprenant un ou plusieurs noyaux allégés (49). 9. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite âme (36) comprend des terminaisons choisies dans le groupe comprenant des terminaisons en chapes (43a, 43b) transversales ou axiales ou inclinées, ou en T ou en L (41a, 41b), et toute 35 combinaison de ces terminaisons. 10. Aube (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite âme (36) présente une forme choisie dans le groupe comprenant les formes en barres parallèles, en H, en H à plusieurs barres, en O, en W, en M, en X à barres parallèles, en X, en K, en K inversé, en N, en N inversé. 11. Structure de redressement de flux, comprenant une roue de plus faible diamètre (27), un palier de soufflante (21) monté à l'intérieur de cette roue (27), une roue de plus grand diamètre (29), et une pluralité d'aubes (23) conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, coopérant par leurs terminaisons (41a, 41b, 43a, 43b) avec ces deux roues (27, 29). 12. Structure de redressement de flux selon la revendication 11, dans laquelle les enveloppes (39) desdites aubes (23) sont jointives. 13. Structure de redressement de flux selon l'une des revendications 11 ou 12, dans laquelle lesdites aubes s'intercalent entre les 15 positions de bras structuraux de raccord entre ledit palier et ladite roue de plus grand diamètre (29).