Brevet FR3011875A1 — publié le 20150417

Aube de turbomachine à profil asymétrique ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine des aubes pour turbomachine. On connait de l'état de l'art des aubes comprenant un corps principal et un renfort métallique en leur bord d'attaque ou leur bord de fuite destiné à protéger le corps principal de lors de l'impact d'un corps étranger tel qu'un oiseau ingéré par la turbomachine. En référence à la figure 1A, il a déjà été proposé dans la demande de brevet FR 2 732 406 Al une aube A munie d'un renfort métallique R se présentant sous la forme d'un clinquant recouvrant le corps principal CP de l'aube au voisinage du bord d'attaque BA de l'aube A. Le clinquant R présente un profil (illustré sur les figures 1B et 1C) comportant une partie centrale au voisinage du bord d'attaque BA, et deux excroissances de matière opposées s'étendant depuis la partie centrale, de part et d'autre du corps principal CP. Toutefois un tel clinquant présente plusieurs inconvénients. Un renfort de type clinquant est peu rigide ; il est donc susceptible de subir un pincement ou un froissement lors de son assemblage avec le corps 20 principal CP de l'aube A. L'assemblage est également rendu complexe à cause de l'épaisseur fine des deux excroissances de matière précitées. En outre, le clinquant peut, en utilisation, être sujet à des déchirures au niveau du bord d'attaque. Le clinquant présente également une zone de fragilité F dont le profil présente un rayon qui dépend de 25 l'épaisseur de l'aube désirée. En conséquence, le clinquant R n'est pas indiqué pour être rapporté sur un corps principal d'aube d'épaisseur fine car sa zone de fragilité F présente un profil de rayon très faible ; une telle aube, après assemblage du renfort R, présente un risque élevé de brisure suite à l'impact d'un corps étranger sur le renfort. 30 Il a également été proposé dans la demande de brevet EP 1 908 919 Al un renfort structurel métallique rapporté sur un corps principal d'aube réalisé en un matériau composite, le profil du renfort présentant une partie centrale, et deux excroissances de matière opposées s'étendant depuis la partie centrale et définissant une cavité dans laquelle une extrémité du corps principal est logée. Entre la cavité et le bord d'attaque, est ménagé un évidement supplémentaire destiné à absorber une partie de l'énergie résultant de l'impact d'un corps étranger sur le bord l'attaque de l'aube. Toutefois, un tel renfort structurel ne donne pas entièrement satisfaction, car la cavité définie entre les excroissances de matière et l'évidement qui prolonge cette cavité confèrent nécessairement à ce renfort un profil de rayon très faible, si le corps principal d'aube auquel ce renfort et destiné à être rapporté présente une faible épaisseur. Pour obtenir un renfort présentant un profil de rayon plus grand, une solution pourrait être d'augmenter la longueur de la partie centrale du renfort entre le bord d'attaque et le corps principal. Cependant, plus de matière devra être utilisée ; or, le renfort étant métallique, la masse de l'aube sera plus élevée. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une aube protégée en utilisation contre l'impact de corps étrangers et dont l'assemblage est facilité. Un autre but de l'invention est de limiter la masse supplémentaire apportée dans une aube pour la protéger contre de tels impacts. Encore un autre but de l'invention est de définir un renfort adapté à une grande variété de profils d'aube, notamment des aubes ayant un profil d'épaisseur fine et/ou de cambrure non nulle. Il est donc proposé une aube de turbomachine comportant un corps principal réalisé en un matériau composite, un bord d'attaque, un bord de fuite, et au moins un renfort structurel métallique, le renfort structurel comprenant une portion de surface de jonction rapportée sur le corps principal, le renfort structurel s'étendant entre la portion de surface de jonction et l'un des bords d'attaque ou de fuite, l'aube étant caractérisée en ce que le profil de la portion de surface de jonction du renfort structurel présente une cambrure inférieure à 30%. Le renfort d'une telle aube présente un profil compact particulièrement résistant aux chocs lorsque l'aube est en fonctionnement. En particulier, un tel profil est exempt d'excroissances de matières susceptible d'être brisées suite à l'impact d'un corps étrangers sur ce renfort. Les risques de brisure du renfort en plusieurs morceaux suite à l'impact d'un corps étranger sont donc réduits. L'aube proposée comporte un renfort de géométrie simplifiée ; la suppression d'une des deux excroissances supprime l'inconvénient d'un faible rayon et cela sans augmenter la masse de l'aube. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles. Le corps principal peut comporter une portion de surface de jonction qui est complémentaire de la portion de surface de jonction du renfort structurel, de façon à augmenter la surface de collage entre le renfort et le corps principal. Le corps principal peut comporter un intrados et un extrados, et le renfort structurel comporter un intrados poursuivant continûment l'intrados du corps principal et un extrados poursuivant continûment l'extrados du corps principal, de façon à obtenir une aube renforcée et présentant un profil aérodynamique. En outre le profil de la portion de jonction du renfort structurel peut comporter au moins une discontinuité ou non, comporter au plus un point d'inflexion ou non, être un arc, une courbe ou une ligne brisée. L'invention concerne également une turbomachine comprenant au moins une aube conforme à la description qui précède. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1A représente une aube connue de l'art antérieur selon une vue de dessus. La figure 1B est une vue en coupe transversale de l'aube de la figure 1A selon la ligne 0-0 représentée sur la figure 1. La figure 1C est une vue partielle de l'aube illustré en figure 1B au voisinage de son bord d'attaque. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une aube selon un mode de réalisation. La figure 3 est une vue partielle de l'aube illustré en figure 2 au voisinage de son bord d'attaque. Les figures 4A à 4D sont des vues partielles d'aubes selon quatre autres modes de réalisation. La figure 4E est une vue en coupe transversale d'une aube selon encore un autre mode de réalisation. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références 20 identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 2, une aube 1 s'étend selon une direction longitudinale X entre un bord d'attaque BA et un bord de fuite BF. La 25 surface extérieure de l'aube comporte un intrados 11 et un extrados 12, l'intrados 11 et l'extrados 12 formant deux côtés opposés de l'aube 1 reliant chacun le bord d'attaque BA au bord de fuite BF. Un profil de l'aube 1 est une section de cette aube 1 dans un plan de coupe qui traverse l'intrados et l'extrados de l'aube 1, le plan de 30 coupe étant parallèle à la direction longitudinale X. Dans ce qui suit, le « profil » d'un élément quelconque de l'aube 1 désignera implicitement l'intersection de cet élément avec un plan de coupe transversal de l'aube 1 prédéfini. Toutefois, ce qui suit pourra être généralisé à n'importe quel plan de coupe transversal de l'aube parallèle à ce plan prédéfini. Par convention, le terme « ligne » utilisé seul désignera dans ce document une succession de points de trajectoire libre. Le profil de l'aube 1 est classiquement défini par une corde C et une ligne de cambrure L. La corde C est une ligne droite reliant le bord d'attaque BA et le bord de fuite BF. La ligne de cambrure L est par ailleurs la ligne formée par l'ensemble des points équidistants de l'intrados et de l'extrados selon une direction perpendiculaire Y à la corde C. La cambrure de l'aube est égale au rapport D/C, où D est la distance maximale suivant un direction orthogonale à la corde C entre un point de la ligne de cambrure L et la corde C. Lorsque la cambrure de l'aube est nulle, la ligne de cambrure et la corde sont donc confondues. En référence à la figure 3, l'aube 1 comporte un corps principal 2 et un renfort structurel 3 prolongeant le corps principal 2 jusqu'au bord d'attaque BA. Le corps principal 2 comporte une portion de surface de jonction 24, un intrados 21 et un extrados 22. Similairement, le renfort 3 comporte une portion de surface 34, un intrados 31 et un extrados 32. La portion de surface 34 est destinée à être rapportée sur la portion de surface 24 lors de l'assemblage de l'aube 1. L'intrados 31 et l'extrados 32 prolongent chacun la portion de surface de jonction 34 jusqu'au bord d'attaque BA. Plus précisément, l'intrados 31 poursuit continûment l'intrados 21 jusqu'au bord d'attaque BA de façon à définir l'intrados 11 de l'aube, et l'extrados 32 poursuit continûment l'extrados 22 jusqu'au bord d'attaque BA de façon à définir l'extrados 12 de l'aube. Ces deux prolongements continus permettent à l'aube 1 ainsi renforcée en son bord d'attaque d'avoir un profil aérodynamique. La surface de jonction du renfort 34 est connectée à l'intrados 31 par une ligne 314, et connectée à l'extrados 32 par une ligne 324. Le profil de chacune de ces lignes 314 et 324 est un point visible sur la figure 3. Le profil de la surface de jonction 34 du renfort 3 est désigné par la suite par le terme « ligne de jonction » du renfort 3. De façon non conventionnelle, on définit dans le présent document la « cambrure » du profil de la surface de jonction 34 du renfort structurel 3 comme un rapport H/J, où: H est la distance maximale entre un point de la ligne de jonction 34 du renfort 3 et la droite définie par les points 314 et 324, la distance H étant orthogonale à la ligne reliant les points 314 et 324, et J est la distance entre les points 314 et 324. La surface de jonction 34 a un profil dont la cambrure est inférieure à 30%. Les inventeurs ont découvert que ce type de profil permet d'augmenter la résistance du renfort 3 aux chocs lors de l'impact d'un corps étranger sur ce renfort 3, et notamment d'éviter une cassure du renfort 3 en plusieurs parties. Par ailleurs, la portion de surface de jonction 34 du renfort 3 peut être complémentaire de la portion de surface 24 du corps principal de façon à offrir une grande surface de fixation ou d'interpénétration entre le renfort 3 et le corps principal 2, plus grande, et donc plus solide. Dans ce cas, la portion de surface 34 et la portion de surface 24 présentent des profils identiques et complémentaires entre eux. De multiples modes de réalisation de profil pour la surface de jonction 34 peuvent être envisagés. Dans un mode de réalisation d'aube 1A représentée en figure 4A, le profil de la surface de jonction 34E est rectiligne. Dans ce mode de réalisation, la fabrication du renfort et du corps principal est fortement simplifiée. Dans un autre mode de réalisation d'aube 1B représentée en figure 4B, le profil de la surface de jonction 34B présente au moins une brisure, de façon à limiter tout jeu du renfort 3 dans l'axe défini par les points 314 et 324, et donc améliorer la stabilité du renfort rapporté sur le corps principal. Une telle brisure peut par exemple être un sommet introduisant un changement de trajectoire d'angle compris entre 45° et 90°. Dans une variante particulière, le profil de la surface de jonction 34 du renfort 3 est une ligne brisée constituée d'une succession de segments de droite offrant un bon compris entre simplicité de réalisation et stabilité. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le profil de la surface de jonction présente quatre points d'inflexion (c'est-à-dire que la ligne de jonction comporte quatre points de tangente traversant ladite ligne de jonction). Dans d'autres modes de réalisation, le profil de la surface de jonction est une courbe présentant moins de deux points d'inflexion permettant ainsi de simplifier la fabrication du renfort et du corps principal. Par exemple, le profil de la surface de jonction 34C de l'aube 1C représentée sur la figure 4C est une courbe présentant un point d'inflexion ; le profil de la surface de jonction 34D de l'aube 1D représentée sur la figure 4D est un arc de convexité tournée vers le renfort structurel 3. Par ailleurs, le renfort 3 peut présenter un profil coupé par la ligne de cambrure de l'aube (représentée sur la figure 3 en pointillés long et courts alternés) en deux régions 310, 320 d'aires respectives différentes. En outre, le profil de l'intrados 31 et le profil de l'extrados 32 du renfort structurel 3 peut comporter de longueurs respectives différentes. Cette asymétrie de longueur permet d'optimiser au mieux la longueur de la surface de jonction 324 entre le renfort 3 et le corps principal 2. Elle permet également de diminuer la quantité de matière et donc la masse du renfort 3. Par ailleurs, le côté le plus court du renfort 3 (intrados ou extrados) peut éventuellement servir de témoin d'usure à l'érosion afin de savoir quand celui-ci est en fin de vie et qu'il faut procéder à son remplacement. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 3 et 4B le profil de l'intrados 31 a une longueur inférieure à la longueur du profil de l'extrados 32. Par ailleurs, dans les modes de réalisation d'aube illustrés sur les figures 4A, 4C, 4D et 4E, le profil de l'intrados 31 a une longueur supérieure à la longueur du profil de l'extrados 32. L'aube n'est pas limitée à un seul renfort structurel localisé au niveau de son bord d'attaque. L'aube peut en effet comporter un renfort structurel localisé au niveau de son bord de fuite (et présentant des caractéristiques structurelles conforme à la description qui précède, en remplaçant le bord d'attaque par le bord de fuite). En référence à la figure 4E, une aube 1E selon un autre mode de réalisation comporte un corps principal 2E et un renfort 3E au niveau de son bord d'attaque et un autre renfort autre au niveau de son bord de fuite 3E'. les deux renforts ont chacun un extrados 32 de longueur inférieure à la longueur de son intrados 31. Dans une variante d'aube à deux renforts non illustrée, les deux renforts ont chacun un extrados 32 de longueur supérieure à la longueur de son intrados 31. Dans une autre variante non illustrée, l'un des deux renforts a un intrados 31 de longueur supérieure à la longueur de son extrados 32, et l'autre des deux renforts a un a un intrados 31 de longueur inférieure à la longueur de son extrados 32. De multiples équipements peuvent comprendre une ou plusieurs aube(s) conforme(s) à la description qui précède, par exemple une turbomachine.30 Matériaux et assemblage de l'aube Le corps principal 2 est constitué d'un matériau composite, et le renfort 3 est constitué d'un matériau métallique. Le renfort 3 est de préférence constitué d'un métal choisi dans le 5 groupe constitué du titane, de l'acier (inoxydable ou non), de l'aluminium, de l'inconel et des verres métalliques. L'aube 1 peut être fabriquée selon un procédé comprenant les étapes suivantes. Dans une première étape, le corps principal 2 composite est réalisé 10 par drapage de préimprégnés, thermo-compression, injection, compression, infusion de résine(s) liquide (en anglais, « Liquid Resin Infusion, abrégé en LRI), ou infusion de résine(s) en film (en anglais « Resin Film Infusion, abrégé en RFI). Les résines peuvent être thermopastiques (TP), thermodurcissables (TD), chargées ou non. Les 15 charges ou renforts peuvent par ailleurs être minérales, de carbone, verre, basalte, lin, chanvre, etc. Dans une deuxième étape, le renfort 3 métallique est obtenu par forge, estampage, usinage mécanique, usinage chimique, fonderie, fusion laser, frittage, moulage par injection de métal (MIM), moulage sous 20 pression et/ou thixomoulage. Les première et deuxième étapes peuvent être réalisées successivement ou simultanément. Dans une quatrième étape d'assemblage, la surface de jonction 34 du renfort 3 métallique est rapportée sur la surface de jonction 24 25 composite du corps principal 2. Cette étape d'assemblage peut comprendre une fixation mutuelle des surfaces de jonction 24, 34 par collage, cocuisson, ou surmoulage. Par exemple, un primaire d'adhésion peut être appliqué sur l'une et/ou l'autre des surfaces de jonction 24, 34 avant mettre en oeuvre l'assemblage du renfort 3 avec le corps principal REVENDICATIONS1. Aube (1) de turbomachine comportant un corps principal (2) réalisé en un matériau composite, un bord d'attaque (BA), un bord de fuite (BF), et au moins un renfort structurel métallique (3), le renfort structurel (3) comprenant une portion de surface de jonction (34) rapportée sur le corps principal (2), le renfort structurel (3) s'étendant entre la portion de surface de jonction (34) et l'un des bords d'attaque (BA) ou de fuite (BF), l'aube (1) étant caractérisée en ce que le profil de la portion de surface de jonction (34) du renfort structurel (3) présente une cambrure (H/J) inférieure à 30%. 2. Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle la portion de surface de jonction (24) du corps principal (2) sur laquelle la portion de surface de jonction (34) du renfort structurel (3) est rapportée, est complémentaire de la portion de surface de jonction (34) du renfort structurel (3) et présente un profil identique au profil de celle-ci. 3. Aube (1) selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle le corps principal (2) comporte un intrados (21) et un extrados (22), et dans laquelle le renfort structurel (3) comporte un intrados (31) poursuivant continûment l'intrados (32) du corps principal (2) et un extrados poursuivant continûment l'extrados (22) du corps principal (2), l'intrados (31) et l'extrados (32) du renfort structurel (3) ayant des profils respectifs de longueurs différentes. 4. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 3, comportant une ligne de cambrure coupant le profil du renfort structurel (3) en deux régions d'aires différentes. 301 1 8 75 11 5. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque profil de la portion de jonction (34) du renfort structurel (3) comporte moins de deux points d'inflexion. 5 6. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque profil de la portion de jonction (34) du renfort structurel (3) est un arc de convexité tournée vers le renfort structurel (3). 7. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque 10 profil de la surface de jonction (34) du renfort structurel (3) est rectiligne. 8. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque profil de la portion de jonction (34) du renfort structurel (3) comporte au moins une brisure. 15 9. Aube (1) selon la revendication 7, dans laquelle la brisure est un sommet introduisant un changement de direction d'angle compris entre 45° et 90°. 20 10. Turbomachine comprenant au moins une aube (1) selon l'une des revendications précédentes.