Brevet FR3013252A1 — publié le 20150522

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication d'aubes de redresseur hybride pour moteur aéronautique à turbine à gaz. Des exemples d'application de l'invention sont notamment les aubes directrices de sortie (appelées OGV pour « Outlet Guide Vane »), les aubes directrices d'entrée (appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »), et les aubes à calage variable (appelées VSV pour « Variable Stator Vane ») d'une turbomachine aéronautique. Typiquement, les aubes de redresseur d'un moteur aéronautique à turbine à gaz présentent chacune deux plateformes (intérieure et extérieure) qui sont rapportées sur l'aubage. Ces aubes de redresseur forment des rangées d'aubes fixes qui permettent de guider le 15 flux gazeux traversant le moteur selon une vitesse et un angle appropriés. Les aubes de redresseur sont généralement métalliques mais il est devenu courant de les réaliser en matériau composite notamment pour en diminuer la masse. Or, les procédés de fabrication des aubes de redresseur en matériau métallique ou en matériau composite présentent 20 certains inconvénients. En particulier, pour les aubes de redresseur métalliques, les outillages à utiliser pour leur fabrication sont coûteux et longs à réaliser. En effet, ces aubes de redresseur sont typiquement obtenues de fonderie, ce qui nécessite deux empreintes différentes, à savoir un noyau 25 permanent qui est coûteux et long à fabriquer et requiert un traitement contre l'usure, et un noyau sable avec agglomérant qui doit être refait très fréquemment. De plus, ce type d'aube de redresseur nécessite une phase de finition par usinage ou par traitement chimique pour finaliser la pièce. Quant aux aubes de redresseur en matériau composite, elles 30 sont le plus souvent réalisées par des procédés de fabrication différents, tels que par exemple le procédé manuel de stratifié/drapage, le procédé de moulage par injection d'une préforme fibreuse (RTM pour « Resin Transfer Moulding »), le procédé par infusion de résine liquide, le procédé de brodage, le procédé de thermo-compression, etc. 35 Les procédés par stratifié/drapage ne sont cependant pas adaptées à la fabrication des aubes de redresseur qui ont des petites tailles ou des facteurs de forme complexes. Les procédés par injection de résine entraînent des défauts de décadrage de la préforme fibreuse pendant sa mise en forme ou pendant sa consolidation et présentent des risques de délaminage inter laminaire. De plus, certains de ces procédés de fabrication nécessitent de rapporter les plateformes sur l'aubage, ce qui induit des coûts de fabrication supplémentaires. Objet et résumé de l'invention Il existe donc un besoin de pouvoir disposer d'un procédé de 10 fabrication d'une aube de redresseur qui ne présente pas les inconvénients précités. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé de fabrication hybride d'une aube de redresseur pour moteur aéronautique à turbine à gaz, l'aube de redresseur comprenant un aubage 15 en matériau composite, le procédé comprenant le placement dans un outillage d'injection d'une tresse en matériau thermoplastique reprenant le profil aérodynamique de l'aubage, la fermeture de l'outillage d'injection, l'injection sous pression dans l'outillage d'injection d'une résine thermoplastique de manière à remplir le volume intérieur de la tresse et à 20 mettre en forme la tresse, le compactage de l'ensemble, la solidification de la résine de manière à consolider la tresse, et le démoulage de l'aube de redresseur obtenue. Le procédé de fabrication selon l'invention est remarquable en ce qu'il consiste à réaliser une architecture hybride avec une tresse (en 25 matériau thermoplastique) pour la réalisation de la zone aérodynamique et une résine thermoplastique pour former l'âme de l'aube de redresseur et finaliser celle-ci. Par ailleurs, par le recours d'une résine thermoplastique, le procédé de fabrication selon l'invention permet de diminuer les temps de 30 cycle (aucune opération de cuisson/réticulation de la résine n'est nécessaire) et une très grande reproductibilité/stabilité. Le procédé peut comprendre en outre le placement d'au moins une plateforme dans l'outillage d'injection, l'injection de résine thermoplastique dans l'outillage d'injection permettant de surmouler ladite 35 plateforme. Ainsi, il est possible d'obtenir une aube de redresseur 3 0 132 52 3 monobloc (la plateforme est intégrée à l'aubage), ce qui évite d'avoir à réaliser une étanchéité entre la platefornne et l'aubage. Selon un mode de réalisation dit de « moulage par injection », le procédé comprend la fermeture complète de l'outillage d'injection 5 préalablement au démarrage de l'injection de la résine. Selon un autre mode de réalisation dit de « moulage par injection/compression », le procédé comprend la fermeture partielle de l'outillage d'injection préalablement, pendant ou après l'injection de la résine. Dans ce mode de réalisation, le procédé comprend de préférence la compression de l'outillage d'injection partiellement fermé pour obtenir sa fermeture complète au cours de l'étape d'injection de la résine. Ce mode de réalisation de moulage par injection/compression permet d'obtenir une pression homogène sur l'ensemble de l'empreinte pendant la compression, ce qui permet de réduire les contraintes résiduelles (et ainsi de générer une précontrainte dans la pièce), d'éviter les orientations moléculaires et de diminuer les pressions de mise en oeuvre. En outre, par ce type de moulage, il est possible de mouler des pièces à parois très fines sans contraintes internes et sans gauchissement post-injection. Le procédé peut comprendre une étape de pré-consolidation de la tresse préalablement à son placement dans l'outillage d'injection. En fonction de la topologie de l'aube de redresseur (rayon, dimension, facteur de forme, etc.), cette pré-consolidation de la tresse permet de faciliter sa mise en place et sa mise en forme dans l'outillage d'injection sous l'effet de la température et de la pression. L'invention a également pour objet l'application du procédé tel que défini précédemment à la fabrication d'une aube directrice de sortie, d'une aube directrice d'entrée, ou d'une aube à calage variable d'une turbomachine aéronautique. 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 des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en perspective d'une aube de redresseur obtenue par le procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'aube de redresseur de la figure 1; - la figure 3 est une vue synoptique du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est une vue synoptique du procédé de fabrication selon un autre mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention L'invention s'applique à la fabrication d'aubes de redresseur pour moteur aéronautique à turbine à gaz. Des exemples non limitatifs de telles aubes de redresseur sont notamment les aubes directrices de sortie (OGV), les aubes directrices d'entrée (IGV), et les aubes à calage variable (VSV), etc. Les figures 1 et 2 représentent de façon schématique un exemple d'une telle aube de redresseur 2. De façon connue en soi, l'aube de redresseur 2 comprend un aubage 4 ayant face intrados 4a et une face extrados 4b, une plateforme intérieure 6 assemblée sur une extrémité radiale intérieure de l'aubage, et une plateforme extérieure 8 assemblée sur l'extrémité radiale extérieure de l'aubage. Conformément à l'invention, comme représenté sur la figure 2, l'aube de redresseur 2 présente une architecture hybride avec une tresse 10 en matériau thermoplastique pour la réalisation de la zone aérodynamique et une résine thermoplastique 12 (avec ou sans charge) pour former l'âme de l'aube de redresseur et finaliser l'aube de redresseur. Une telle aube de redresseur 2 est obtenue au moyen d'un procédé de fabrication décrit ci-après en liaison avec les figures 3 et 4. Un tel procédé de fabrication requiert l'utilisation d'un outillage d'injection connu de l'homme du métier, cet outillage d'injection comprenant notamment une cavité pour recevoir (ou réaliser) les plateformes 6, 8 de l'aube de redresseur et la tresse 10 en matériau thermoplastique reprenant le profil aérodynamique de l'aubage de celle-ci. 3 0 1 3 2 5 2 5 La tresse 10 en matériau thermoplastique se présente sous la forme d'une chaussette réalisée par tissage dont le développé couvre l'ensemble de la surface aérodynamique de l'aubage de l'aube de redresseur. Les caractéristiques du tissage (nombre de couches et angle 5 des torons) dépendent des exigences mécaniques associées à l'aube de redresseur. Le matériau thermoplastique utilisé pour réaliser la tresse pourra être une résine obtenue à partir de polysulfure de phénylène (PPS) et/ou de polyétherimide (PET) et/ou de la famille des polyaryléthercétones (PAEK), et/ou polyamide (PA) et/ou polyamide-imide (PAD et/ou 10 polyéthersulfone (PES), etc. Les plateformes 6, 8 de l'aube de redresseur peuvent être réalisées en matériau métallique ou en matériau composite (ou en un mélange de ces deux matériaux) ou en résine thermoplastique. La première étape du procédé de fabrication selon l'invention 15 consiste à ouvrir cet outillage d'injection (étape E10 - figure 3). L'étape E20 suivante du procédé consiste à positionner dans l'outillage d'injection, et plus précisément dans la cavité de celui-ci la tresse 10 de l'aube de redresseur à fabriquer, ainsi que les plateformes 6, 8 en cas de surmoulage de celles-ci. Le cas échéant, les plateformes 20 seront réalisées pendant l'étape de surmoulage/injection de la tresse. L'outillage d'injection peut alors être complètement fermé (étape E30) et la résine est injectée sous pression dans celui-ci de manière à remplir le volume intérieur de la tresse, à mettre en forme la tresse et à surmouler (ou à surmouler le cas échéant) les plateformes. 25 La résine utilisée est une résine thermoplastique, par exemple obtenue à partir de polysulfure de phénylène (PPS) et/ou de polyétherimide (PET) et/ou de la famille des polyaryléthercétones (PAEK), et/ou polyamide (PA) et/ou polyamide-imide (PAT) et/ou polyéthersulfone (PES), etc. Cette résine utilisée pour éventuellement être chargée, par 30 exemple par des fibres courtes ou longues, des flocons (« flakes »), billes, etc. de tous matériaux possibles (tels que verre, carbone, végétale, métallique, etc.). Plus précisément, de façon connue en soi, l'étape d'injection E40 se décompose en plusieurs phases successives, à savoir une phase 35 dynamique de remplissage de la cavité de l'outillage d'injection par la résine (étape E40-1), une phase de commutation au cours de laquelle la cavité est remplie (arrêt de la phase dynamique et passage à la phase statique - étape E40-2), une phase statique de maintien et de compactage au cours de laquelle la résine qui est compressible vient finir de « gaver » la cavité sous pression de compactage qui est appliquée pendant une durée déterminée (étape E40-3), puis une phase de solidification de la résine (étape E40-4). L'étape E40-4 de solidification de la résine est obtenue par « refroidissement », c'est-à-dire par la température de régulation de l'outillage d'injection pour atteindre la température d'éjection de la résine ou par l'intermédiaire d'un cycle thermique de régulation de l'outillage d'injection. Après solidification de la résine, l'outillage d'injection est ouvert (étape E50) et l'aube de redresseur obtenue peut être éjectée (étape E60). L'étape d'injection ainsi décrite permet d'assurer une mise en forme de la tresse sur la cavité de l'outillage d'injection (surfaces aérodynamiques) grâce au front matière et à la pression d'injection de la résine, de remplir l'âme de l'aubage (c'est-à-dire l'intérieur de la tresse) avec de la résine, et de surmouler (ou d'injecter le cas échéant) les plateformes. Cette étape d'injection permet ainsi de réaliser une aube de redresseur monobloc avec les plateformes intégrées. On notera que si la topologie finale de l'aube de redresseur pose un problème au niveau de la cinématique de l'outillage d'injection (incluant l'ouverture, l'éjection, la contre dépouille au niveau de la pièce, etc.) et ne permet pas l'injection de l'aube de redresseur en une seule opération, il est possible de réaliser un surmoulage d'une plateforme avec un assemblage préalablement injecté comprenant l'aubage et l'autre plateforme. Selon une alternative, cette opération pourra être réalisée à l'aide d'un moule de bi ou tri-injection dans lequel un ensemble de noyaux mobiles réalisent les différentes formes de l'aube (aubage et plateformes). La figure 4 représente une variante de réalisation du procédé selon l'invention (procédé dit « d'injection/compression »). Les premières étapes E10, E20 d'ouverture de l'outillage d'injection et de mise en place dans celui-ci de la tresse et des plateformes sont identiques à celles du procédé précédemment décrit. L'étape E30' suivante consiste à fermer partiellement l'outillage d'injection. En pratique, cela est obtenu en laissant entrouvert le plan de joint de l'outillage d'injection. La résine est alors injectée sous pression dans l'outillage 5 d'injection (étape E40'). Plus précisément, la cavité de l'outillage d'injection est quasiment voire complètement remplie par la résine (étape E40'-1) et une compression est appliquée sur l'outillage pour obtenir sa fermeture complète (étape E40'-2). On notera que la compression peut être obtenue par un ensemble de noyaux mobiles à l'intérieur de l'outillage 10 d'injection. On notera également que la compression peut être appliquée après ou pendant le remplissage de la cavité, voire pendant la phase de commutation décrite ci-dessous. La phase de commutation (étape E40'-3) et la phase statique de maintien et de compactage (étape E40'-4) interviennent par la suite, avant 15 la phase de solidification de la résine (étape E40'-5) comme décrit en liaison avec le procédé d'injection de la figure 3. Après solidification de la résine, l'outillage d'injection est ouvert (étape E50) et l'aube de redresseur obtenue peut être éjectée (étape E60). On notera que les étapes de compression (E40'-2) et de 20 commutation (E40'-3) peuvent être inversées ou réalisées quasi-simultanément en fonction de la topologie de la pièce à fabriquer, de la résine utilisée et du système d'alimentation utilisé. On notera également que pendant la phase d'injection E40', sous l'effet du front matière et de la pression d'injection de la résine, la 25 tresse adopte la forme de la cavité de l'outillage d'injection définissant la topologie finale de l'aubage (surfaces intrados et extrados). La phase de compression (E40'-2) finale alors la mise en forme de la tresse et sa consolidation dans la cavité de l'outillage. Ce procédé d'injection/compression permet d'obtenir une 30 pression homogène sur l'ensemble de l'empreinte de l'outillage d'injection pendant la phase de compression. Il est ainsi possible de mouler des pièces à parois très fines sans gauchissement ni contraintes internes. Selon une caractéristique commune aux deux modes de réalisation décrits en liaison avec les figures 3 et 4, il peut être prévu de 35 pré-consolider la tresse préalablement à son placement dans l'outillage d'injection. La pré-consolidation de la tresse peut être rendue nécessaire en fonction de la topologie de l'aube de redresseur (rayon, dimension, facteur de forme, etc.), notamment en cas d'aubage de forte épaisseur, afin de faciliter sa mise en place et sa mise en forme dans l'outillage d'injection et d'éviter les phénomènes de décadrage entre torons (déformation du motif de la tresse) pendant la phase d'injection, sous l'effet de la pression. Cette étape de pré-consolidation s'effectue sous température et pression (ou compression) dans un outillage adéquat composé d'une empreinte et/ou d'un mandrin sur lequel est emmanchée la tresse, ce mandrin pouvant être de type rigide, souple type vessie, un « ballon », un noyau fusible, etc. Selon encore une autre caractéristique commune aux deux modes de réalisation, il est possible de prolonger la tresse sur au moins l'une des deux plateformes. Un tel prolongement permet d'ajouter de la raideur dans la zone de raccordement entre la plateforme en question et l'aubage, et de diminuer les contraintes locales liées aux sollicitations mécaniques et aérodynamiques. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication hybride d'une aube de redresseur (2) pour moteur aéronautique à turbine à gaz, l'aube de redresseur 5 comprenant un aubage (4) en matériau composite, le procédé comprenant : le placement (E20) dans un outillage d'injection d'une tresse (10) en matériau thermoplastique reprenant le profil aérodynamique de l'aubage ; 10 la fermeture (E30) de l'outillage d'injection ; l'injection sous pression (E40) dans l'outillage d'injection d'une résine thermoplastique de manière à remplir le volume intérieur de la tresse et à mettre en forme la tresse ; le compactage (E40-3) de l'ensemble ; 15 la solidification (E40-4) de la résine de manière à consolider la tresse ; et le démoulage (E60) de l'aube de redresseur obtenue. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le 20 placement d'au moins une plateforme (6, 8) dans l'outillage d'injection, l'injection de résine thermoplastique dans l'outillage d'injection permettant de surmouler ladite plateforme. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant la 25 fermeture complète (E30) de l'outillage d'injection préalablement au démarrage de l'injection (E40) de la résine. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant la fermeture partielle (E30') de l'outillage d'injection préalablement, pendant 30 ou après l'injection (E40') de la résine. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre la compression (E40'-2) de l'outillage d'injection partiellement fermé pour obtenir sa fermeture complète au cours de l'étape d'injection de la résine. 35 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une étape de pré-consolidation de la tresse préalablement à son placement dans l'outillage d'injection. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de solidification de la résine thermoplastique est obtenue par une température de régulation du moule d'injection. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 10 dans lequel la tresse (10) présente une forme de chaussette. 9. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 à la fabrication d'une aube directrice de sortie, d'une aube directrice d'entrée, ou d'une aube à calage variable d'une 15 turbomachine aéronautique.