Brevet FR2988785A1 — publié le 20131004

Aube à bord(s) renforcé(s) pour une turbomachine L'invention concerne une aube de turbomachine dont la pale a au moins un bord renforcé, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle aube. Afin de réduire le poids et le coût de certaines aubes de turbomachine, et en particulier de celles d'un aubage redresseur de flux secondaire, on réalise en général ces aubes en matériau composite. Comme ces aubes doivent résister à l'usure et à des chocs importants, du fait de l'écoulement et du frottement de l'air et de molécules d'eau ainsi que des impacts de particules ou de corps étrangers susceptibles de pénétrer dans le moteur, on les protège, au niveau de leurs bords d'attaque, par des renforts métalliques fixés sur les pales des aubes. Un aubage redresseur du flux secondaire d'une turbomachine à double flux comporte deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent les aubes sensiblement radiales. Chacune de ces aubes a une cambrure qui n'est pas constante sur toute sa hauteur ou dimension radiale par rapport à l'axe longitudinal de l'aubage, si bien que le profil de son bord d'attaque peut varier le long de sa hauteur. Le bord d'attaque de chaque aube d'un aubage redresseur de certains moteurs peut par exemple présenter sept profils différents. Dans la technique actuelle, le bord d'attaque d'une aube de ce type peut être renforcé au moyen d'un renfort métallique qui est rapporté et collé sur la pale de l'aube. Cependant, cette technologie présente des inconvénients. En effet, l'étape de collage est relativement longue et s'ajoute aux différentes étapes de fabrication d'une aube. De plus, il est difficile de contrôler la qualité et la fiabilité du collage si bien que le risque de décollement d'un renfort existe, ce qui peut s'avérer dangereux en fonctionnement. L'invention a pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème de la technique antérieure. Elle propose à cet effet une aube de turbomachine, comprenant une pale et au moins un renfort d'un bord de la pale, en particulier de son bord d'attaque et/ou de son bord de fuite, le ou chaque renfort recouvrant ou formant le bord précité de la pale et s'étendant sensiblement sur toute la dimension longitudinale de ce bord, caractérisée en ce que le renfort comprend des moyens d'ancrage dans le matériau de la pale et/ou des moyens d'accrochage sur la pale. Le bord renforcé de la pale peut être son bord d'attaque, son bord de fuite, voire un autre bord de la pale tel qu'un bord en sommet de pale. L'accrochage du renfort sur la pale de l'aube et/ou son ancrage dans le matériau de cette pale évitent le détachement du renfort en fonctionnement ou au bout d'un certain temps de fonctionnement. L'étape de collage de la technique antérieure, dont la fiabilité est incertaine, peut donc être supprimée. Il est toutefois possible de coller le renfort sur la pale en plus de son accrochage ou ancrage. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le renfort est formé par un profil allongé en forme de rail comportant au moins une languette longitudinale d'accrochage destinée à être engagée dans une rainure longitudinale de forme complémentaire de la pale, le profil étant monté sur la pale par coulissement de la languette dans la rainure dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la pale. Ce profil peut avoir en section une forme sensiblement en U ou en C dont les bords longitudinaux libres sont repliés vers l'intérieur de façon à former des languettes d'accrochage. Ce profil est creux et définit entre ses parois latérales une cavité dans laquelle est destiné à être engagé le bord précité de la pale de l'aube. Le profil recouvre ainsi le bord précité de la pale de l'aube et comprend une paroi latérale s'étendant sur une partie de l'intrados de la pale et une paroi latérale opposée s'étendant sur une partie de l'extrados de la pale. Les bords repliés de ces parois latérales forment des rebords d'accrochage qui s'étendent l'un vers l'autre et qui sont destinés à être engagés dans les rainures de forme complémentaire de l'intrados et de l'extrados de la pale. En variante, le profil de renfort a en section une forme semi-ovoïde comprenant une surface incurvée convexe définissant le bord précité de la pale, le profil portant au moins une languette longitudinale d'accrochage s'étendant du côté opposé à cette surface incurvée convexe. Ce profil est plein et est rapporté sur la pale de l'aube pour définir le bord précité. Le profil peut comprendre, du côté opposé à la surface convexe précitée, une surface sensiblement plane destinée à prendre appui sur une surface complémentaire d'un bord longitudinal amont ou aval de la pale. La languette d'accrochage peut être reliée à cette surface plane du profil et a par exemple en section une forme sensiblement en L ou en T. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le renfort est formé par un insert de forme allongé comportant au moins une languette longitudinale d'ancrage destinée à être noyée dans le matériau de la pale lors de sa fabrication, par exemple par injection moulage. Cet insert peut être engagé dans la cavité d'un moule de fabrication de la pale et le matériau de la pale peut être introduit dans cette cavité de sorte que la ou les languettes d'ancrage du renfort soient noyées dans ce matériau. La présente invention concerne également un aubage redresseur de flux secondaire d'une turbomachine à double flux, comportant deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes telles que définies ci-dessus. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une aube 25 de turbomachine telle que décrite précédemment, comprenant une étape consistant à accrocher le renfort sur la pale ou à ancrer ce renfort dans le matériau de la pale. Comme indiqué dans ce qui précède en relation avec le premier mode de réalisation de l'invention, lorsque le renfort est un profil en forme 30 de rail, l'accrochage du profil peut être réalisé en engageant une extrémité de la ou de chaque languette longitudinale du profil dans une extrémité de la rainure correspondante de la pale et en faisant coulisser le profil sur la pale dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la pale. Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, l'accrochage du profil est réalisé sur une préforme de la pale, cette préforme étant faite par tissage de fibres. L'étape d'accrochage est alors suivie d'une étape d'injection d'une résine dans la préforme, par exemple selon un procédé appelé VARTM. Comme indiqué dans ce qui précède en relation avec une variante de réalisation de l'invention, lorsque le renfort est un insert, l'ancrage du renfort peut être réalisé en disposant l'insert dans la cavité d'un moule puis en injectant un matériau thermoplastique dans cette cavité. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un aubage redresseur de flux secondaire d'une turbomachine ; la figure 2 est une vue très schématique en perspective d'un profil de renfort d'un bord d'une aube d'un aubage redresseur du type de celui de la figure 1 ; la figure 3 est une vue très schématique en coupe transversale du bord d'attaque d'une aube sur lequel est monté et accroché le profil de renfort de la figure 2 ; la figure 4 est une vue très schématique en coupe transversale d'un autre profil de renfort d'un bord d'une aube d'un aubage redresseur du type de celui de la figure 1 ; la figure 5 est une vue très schématique en coupe transversale d'une aube sur le bord amont de laquelle est monté et accroché le profil de renfort de la figure 4 ; les figures 6 à 9 sont des vues très schématiques en coupe transversale du bord d'attaque d'une aube sur lequel est accroché et ancré le profil de renfort de la figure 2, ces figures illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'une aube qui est ici réalisé par injection d'une résine dans une préforme obtenue par tissage de fibres ; et les figures 10 à 13 sont des vues très schématiques en coupe transversale d'un moule et du bord d'attaque d'une aube réalisée par injection moulage, ces figures illustrant des étapes d'un procédé de fabrication de cette aube dans lequel un insert de renfort de bord d'attaque est ancré dans le matériau introduit dans le moule. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un aubage 10 redresseur du flux secondaire d'une turbomachine à double flux et en particulier d'un turboréacteur à double flux. Cet aubage redresseur 10 comprend deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne 12 et externe 14, s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des aubes 16 sensiblement radiales. Dans l'exemple représenté, chacune des aubes 16 est reliée à son extrémité radialement interne à une plate-forme interne 18 formant un secteur de la virole interne 12 et son extrémité radialement externe est libre et destinée à être montée entre deux plates-formes externes 20 adjacentes formant des secteurs de la virole externe 14. Chaque aube 16 comprend une pale comportant un bord amont 22 d'attaque et un bord aval 24 de fuite des gaz du flux secondaire. Chaque aube 16 a une forme incurvée et comprend un intrados 26 et un extrados 28. La cambrure des aubes 16 peut varier le long de leur hauteur ou dimension radiale (par rapport à l'axe longitudinal de l'aubage). Afin que les bords d'attaque 22 des aubes 16 résistent à l'usure et aux chocs, on les recouvre par des renforts métalliques rapportés et fixés par collage sur les pales des aubes, en particulier lorsque ces aubes sont réalisés en matériau composite. Cependant, la technologie de fixation de ces renforts sur les pales des aubes présente des inconvénients décrits plus haut. L'invention permet de remédier à ces problèmes grâce à la fixation par accrochage et/ou ancrage des renforts sur les pales des aubes, sur leurs bords d'attaque et/ou de fuite, voire sur un autre bord de la pale tel qu'un bord de la pale en sommet d'aube. Dans un premier mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 2 et 3, le renfort est formé par un profil 30 en forme de rail, destiné à être monté par coulissement sur le bord d'attaque 22 ou de fuite 24 d'une aube 16 telle que l'une de celles représentées en figure 1. Le profil 30 a une forme allongée et a en section une forme en U, en V ou en C dont les bords longitudinaux libres sont repliés vers l'intérieur pour former des rebords ou des languettes 32 d'accrochage sur la pale de l'aube 16. Ce profil est du type « creux ». Le profil 30 comporte deux parois latérales 34 destinées à recouvrir une partie de l'intrados 26 de la pale et une partie de l'extrados 28 de la pale, respectivement, ces parties latérales étant reliées l'une à l'autre par une partie médiane de forme incurvée qui recouvre le bord d'attaque de l'aube dans l'exemple représenté en figure 3. L'intrados 26 et l'extrados 28 de la pale de l'aube 16 comprennent chacun une rainure longitudinale 36 d'engagement et d'accrochage d'une languette 32 du profil 30. La pale comprend en outre sur son bord longitudinal amont, entre les rainures 36, un léger renfoncement 38 de logement du profil 30. L'épaisseur de ce renfoncement 38 (de l'ordre de 0,1mm par exemple) est sensiblement égale à l'épaisseur du profil 30 de façon à ce que la surface externe du profil soit alignée avec l'intrados 26 et l'extrados 28 de la pale, comme cela est représenté en figure 3. Le profil 30 peut être formé à partir d'une tôle, par exemple en acier inoxydable, qui peut être mise en forme par pliage à froid (par exemple à température ambiante). La tôle a par exemple une épaisseur de 0,1mm environ, cette épaisseur pouvant être variable. Bien que le profil 30 représenté en figure 2 ait une orientation générale rectiligne, il peut avoir une forme incurvée voire vrillée pour se conformer à la forme du bord d'attaque de la pale. Le profil 30 est monté sur le bord d'attaque 22 de la pale par coulissement dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'aube ou de la pale, qui est un axe sensiblement radial par rapport à l'axe longitudinal de l'aubage. Dans le cas représenté en figure 1, le profil 30 peut être monté sur le bord d'attaque d'une aube 16 avant que celle-ci ne soit fixée aux plates-formes externes 20 de la virole externe 14. Le profil 30 est présenté radialement à l'extérieur du bord d'attaque 22 de la pale et les extrémités radialement internes des languettes 32 sont engagées dans les extrémités radialement externes des rainures 36 de la pale, comme représenté en figure 3. Le profil 30 est ensuite déplacé par coulissement le long du bord d'attaque de la pale, de l'extérieur vers l'intérieur, jusqu'à ce qu'il recouvre ce bord d'attaque sur sensiblement toute sa longueur. L'extrémité radialement externe de l'aube 16 peut alors être fixée aux plates-formes externes 20 précitées. Dans un autre mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 4 et 5, le renfort est formé par un profil 40 destiné à être monté par coulissement sur le bord longitudinal amont ou aval de la pale d'une aube 16 telle que l'une de celles représentées en figure 1. Le profil 40 a une forme allongée et a en section une forme semi- ovoïde comportant une surface amont 42 incurvée convexe et destinée à définir le bord d'attaque 22 de l'aube représentée en figure 5, et une surface aval 44 plane qui est reliée à une languette longitudinale 46 d'accrochage sur la pale de l'aube. Ce profil est du type « plein ». Le profil 40 forme le bord d'attaque 22 de la pale de l'aube qui comporte sur son bord longitudinal amont une face 48 sensiblement plane d'appui de la surface aval 44 du profil. Une rainure 50 de forme complémentaire de la languette 46 est formée dans cette face et débouche vers l'amont, cette rainure s'étendant sensiblement sur toute la dimension longitudinale de la pale. La languette 46 et la rainure 50 ont ici en section une forme sensiblement en T. En position de montage, les parties d'extrémité latérales de la surface convexe 42 du profil sont alignées avec l'intrados 26 et l'extrados 28 de l'aube, respectivement (figure 5). Le profil 40 peut avoir une forme incurvée voire vrillée pour se conformer à la forme de la pale de l'aube 16. Ce profil peut être réalisé par usinage d'une pièce métallique. Le profil 40 peut être monté sur la pale par coulissement dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'aube ou de la pale, comme cela est expliqué dans ce qui précède en relation avec le mode de réalisation des figures 2 et 3. Les profils 30, 40 des figures 2 à 5 peuvent en outre être collés sur les pales. Il peut alors s'avérer nécessaire de préparer la surface de collage de la pale et à déposer un primaire sur cette surface. Dans la variante de réalisation de l'invention représentée aux figures 6 à 9, le profil de renfort 30 est similaire à celui décrit en référence aux figures 2 et 3 mais est accroché sur une préforme fibreuse 52 de la pale dans laquelle une résine est destinée à être injectée. La préforme 52 représentée en figure 6 est réalisée par tissage de fibres, de préférence à plat, telles que des fibres de carbone, de verre, de kevlar, céramiques, etc., et a une forme générale proche de celle de la pale décrite en référence à la figure 3. Le profil 30 est monté sur cette préforme 52 comme indiqué précédemment en référence au premier mode de réalisation, par coulissement des languettes d'accrochage 32 dans des rainures 36 de forme complémentaire de la préforme 52 de la pale (figure 7). L'ensemble est ensuite introduit dans la cavité définie par un moule 54 et un contre-moule (figure 8) et une résine est injectée dans cette cavité, cette résine étant destinée à combler les espaces entres les fibres et à lier ces fibres entre elles (figure 9). La résine est par exemple à base de résine thermodurcissable (par exemple époxy), ou thermoplastique. Ce procédé de fabrication (appelé couramment VARTM) est connu de l'homme du métier spécialisé dans la fabrication d'aubes en matériau composite pour une turbomachine. En plus de l'accrochage du profil 30 sur l'aube par l'intermédiaire des languettes 32 logées dans les rainures 36 de la préforme 52, ces languettes 32 sont également noyées dans la résine injectée. Ce mode de réalisation permet donc de combiner les fixations par accrochage et par ancrage du renfort sur l'aube. En variante, le profil de renfort accroché sur la préforme de la pale peut être du type de celui représenté aux figures 4 et 5. Dans une autre variante, le renfort ne comprend pas de languettes du type précité et est fixé sur la préforme par l'intermédiaire de boutons ou par couture, ce renfort étant par la suite ancré dans la résine injectée dans la préforme. Dans la variante de réalisation représentée aux figures 10 à 13, l'aube 16 est réalisée par injection moulage et le renfort est formé par un insert 60 qui est logé dans la cavité définie par un moule 54 et un contre-moule, avant l'injection d'un matériau thermoplastique dans cette cavité. Cet insert 60 est similaire au profil 30 décrit en référence aux figures 2 et 3. Il a une forme allongée et une section en forme de U ou de C dont les bords longitudinaux libres sont repliés pour former des rebords ou des languettes 62 d'ancrage dans le matériau de l'aube 16. L'insert 60 est introduit dans la cavité définie par le moule 54 et le contre-moule (figure 11) et un matériau thermoplastique (tel qu'une résine) est injecté dans cette cavité (figure 12). Lors de ce procédé, les languettes 62 de l'insert 60 sont noyées dans le matériau de l'aube de façon à assurer l'ancrage de cet insert. En variante, l'insert pourrait être similaire au renfort représenté aux figures 4 et 5. Dans une autre variante, l'insert peut comprendre des picots ou analogues à la place des languettes d'ancrage. Les renforts selon l'invention peuvent être réalisés en métal et/ou comprendre des fibres céramiques (telles que des fibres de carbure de silicium revêtues d'un alliage à base de titane, d'aluminium, etc). La demande antérieure FR 11/54676 de la Déposante décrit des renforts de ce type. L'invention peut être appliquée à des aubes autres que celles d'un aubage redresseur de flux secondaire, et par exemple à des aubes d'une soufflante de turbomachine. REVENDICATIONS1. Aube (16) de turbomachine, comprenant une pale et au moins un renfort (30, 40, 50) d'un bord de la pale, en particulier de son bord d'attaque (26) et/ou de son bord de fuite, le ou chaque renfort recouvrant ou formant le bord précité de la pale et s'étendant sensiblement sur toute la dimension longitudinale de ce bord, caractérisée en ce que le renfort comprend des moyens (32, 62) d'ancrage dans le matériau de la pale et/ou des moyens (32, 46) d'accrochage sur la pale. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que le renfort est formé par un profil allongé (30) en forme de rail comportant au moins une languette (32) longitudinale d'accrochage destinée à être engagée dans une rainure (36) longitudinale de forme complémentaire de la pale, le profil étant monté sur la pale par coulissement de la languette dans la rainure dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la pale. 3. Aube selon la revendication 2, caractérisée en ce que le profil (30) a en section une forme sensiblement en U, en V ou en C dont les bords longitudinaux libres sont repliés vers l'intérieur de façon à former des languettes d'accrochage (32). 4. Aube selon la revendication 2, caractérisée en ce que le profil (40) a en section une forme semi-ovoïde comprenant une surface incurvée convexe (42) définissant le bord précité de la pale, le profil comportant au moins une languette longitudinale d'accrochage (46) s'étendant du côté opposé à cette surface incurvée convexe. 5. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que le renfort est formé par un insert (60) de forme allongé comportant au moins une languette longitudinale (62) d'ancrage destinée à être noyée dans le matériau de la pale lors de sa fabrication, par exemple par injection moulage. 6. Aubage (10) redresseur de flux secondaire d'une turbomachine à double flux, comportant deux viroles annulaires (12, 14) coaxiales,respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes (16) sensiblement radiales, caractérisé en ce que les aubes sont telles que définies par l'une des revendications 1 à 5. 7. Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une étape consistant à accrocher le renfort (30, 40) sur la pale ou à ancrer ce renfort (30, 60) dans le matériau de la pale. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le renfort est un profil allongé en forme de rail (30, 40) et en ce que l'accrochage du profil est réalisé en engageant une extrémité de la ou de chaque languette longitudinale (32, 46) du profil dans une extrémité de la rainure (36) correspondante de la pale et en faisant coulisser le profil sur la pale dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la pale. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'accrochage du profil (30) est réalisé sur une préforme (52) de la pale faite par tissage de fibres, et en ce que l'étape d'accrochage est suivie d'une étape d'injection d'une résine dans la préforme. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le renfort est un insert (60) et en ce que l'ancrage du renfort est réalisé en disposant 20 l'insert dans une cavité d'un moule puis en injectant un matériau thermoplastique dans cette cavité.