Brevet FR3037854A1 — publié le 20161230

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des carters de soufflante en matériau composite pour moteur à turbine gaz. Dans un moteur aéronautique à turbine à gaz, le carter de soufflante remplit plusieurs fonctions. Il définit la veine d'entrée d'air dans le moteur, supporte un panneau support d'un matériau abradable disposé de façon annulaire en regard du sommet des aubes de soufflante, supporte une structure éventuelle d'absorption d'ondes sonores pour le traitement acoustique en entrée du moteur et incorpore ou supporte un bouclier de rétention constituant un piège à débris retenant les débris, tels que des objets ingérés ou des fragments d'aube endommagées, projetées par la centrifugation, afin d'éviter qu'ils traversent le carter et atteignent d'autres partie de l'aéronef. Il est connu de réaliser un tel carter de soufflante en matériau composite avec un renfort fibreux densifié par une matrice et obtenu par exemple à partir d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel de fibres de carbone. On pourra se référer notamment au document EP 1,961,923 dans lequel la texture fibreuse d'un tel carter est obtenue par enroulement d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel d'épaisseur évolutive sur un mandrin de profil correspondant au profil du carter à fabriquer de sorte à obtenir directement une préforme tubulaire ayant le profil désiré. Le panneau support de matériau abradable destiné à être disposé en regard du sommet des aubes de soufflante est alors typiquement formé par une pluralité de cartouches en fibres de carbone recouvrant une structure alvéolaire de type nid d'abeille, ces cartouches étant simplement collées sur la surface interne du carter au moyen d'une colle qui polymérise à une température proche de la température limite admissible par le carter. Un tel procédé de fabrication présente un certain nombre d'inconvénients. Notamment, il a été constaté que le collage des cartouches formant le panneau support de matériau abradable entraîne des déformations du carter, ce qui dégrade les performances aérodynamiques du moteur. De plus, le collage de ces cartouches est difficile à maîtriser, long et nécessite des moyens de mise en oeuvre (tels 3037854 2 que des autoclaves) qui sont coûteux. La qualité du collage est aussi très difficile à contrôler puisque les moyens de détection de décohésion ne permettent pas d'identifier formellement les défauts. 5 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de proposer un procédé de fabrication d'un carter de soufflante en matériau composite pour moteur à turbine à gaz qui ne présente pas de tels inconvénients. Ce but est atteint grâce à un procédé comprenant 10 successivement une étape d'enroulement d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel en plusieurs couches superposées sur un mandrin de profil extérieur correspondant au profil du carter à fabriquer afin d'obtenir une préforme fibreuse de carter, et une étape de densification de la préforme fibreuse par une matrice, procédé 15 comprenant, conformément à l'invention et préalablement à l'étape d'enroulement de la texture fibreuse, une étape de remplissage d'une rainure annulaire débouchant à la surface extérieure du mandrin par une structure alvéolaire destinée à former, après les étapes d'imprégnation et de polymérisation, un panneau annulaire de support de matériau 20 abradable intégré au carter et destiné à supporter un matériau abradable positionné en regard du sommet des aubes de soufflante. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il prévoit d'imprégner et de polymériser la structure alvéolaire destiné à former le panneau de support de matériau abradable en même temps que le carter 25 proprement dit, de sorte à obtenir un panneau de support de matériau abradable directement intégré au carter et ne formant qu'une seule et même pièce avec celui-ci. Le procédé selon l'invention ne nécessite donc pas de recourir à une étape ultérieure de collage du panneau de support de matériau abradable sur le carter, ce qui supprime tous les 30 inconvénients liés à une telle étape. Notamment, tout risque de déformer le carter par collage de ce panneau est écarté. En outre, ce procédé permet de gagner du temps en fin de gamme puisqu'aucune étape de collage n'est nécessaire. Par ailleurs, l'ajout de la structure alvéolaire au cours du 35 processus de fabrication du carter permet de donner de l'inertie à cette pièce de fine épaisseur et limite ainsi les risques de déformation du carter 3037854 3 à la sortie du moule de fabrication. Enfin, en utilisant une co-injection par une résine de la partie tubulaire et de la structure alvéolaire du carter, tout l'espace disponible est rempli par la résine et la probabilité d'obtenir des porosités préjudiciables au bon fonctionnement du panneau de 5 support de matériau abradable est faible. L'étape de remplissage de la rainure du mandrin par la structure alvéolaire peut comprendre, successivement, le drapage de plis de carbone à l'intérieur de la rainure du mandrin, et le remplissage du volume restant de la rainure par une âme alvéolaire. 10 Dans ce cas, l'âme alvéolaire est de préférence une mousse. En effet, le recours à une âme alvéolaire en nid d'abeille risquerait d'alourdir considérablement le carter par remplissage des alvéoles par la résine d'imprégnation. De plus, l'âme alvéolaire en mousse peut comprendre au moins un secteur angulaire de panneau de mousse, et en particulier une 15 pluralité de secteurs angulaires de sorte à faciliter leur mise en place dans la rainure du mandrin. L'invention a également pour objet un carter de soufflante en matériau composite pour moteur à turbine à gaz, le carter comprenant un renfort fibreux formé à partir d'un enroulement en plusieurs couches 20 superposées d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel et densifié par une matrice, et un panneau annulaire de support de matériau abradable destiné à support un matériau abradable positionné en regard du sommet des aubes de soufflante, et dans lequel, conformément à l'invention, le panneau de support de matériau abradable comprend une 25 structure alvéolaire intégrée au carter préalablement à la densification du renfort fibreux. L'invention a encore pour objet un moteur aéronautique à turbine à gaz comprenant un tel carter de soufflante. 30 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 : 35 - la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale montrant un profil de carter de soufflante pour moteur à turbine à gaz ; et 3037854 4 - les figures 2 à 6 illustrent différentes étapes du procédé selon l'invention destiné à la fabrication d'un carter tel que celui de la figure 1. Description détaillée de l'invention 5 L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à la fabrication d'un carter de soufflante pour moteur aéronautique à turbine à gaz. De façon connue, un tel moteur est logé à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents éléments du 10 moteur. Ainsi, la soufflante du moteur est typiquement entourée par un carter de soufflante. La figure 1 montre un profil de carter de soufflante 10 en matériau composite tel qu'il peut être obtenu par un procédé selon l'invention. La surface interne 11 du carter définit la veine d'entrée d'air 15 dans le moteur. Elle est ici munie d'un panneau de support de matériau abradable 12 destiné à recevoir sur sa surface interne un matériau abradable (non représenté) positionné au droit de la trajectoire des sommets d'aubes de la soufflante, une aube 13 étant partiellement montrée de façon très schématique. Le panneau de support de matériau 20 abradable 12 est donc disposé sur une partie seulement de la longueur (en direction axiale) du carter. Un revêtement de traitement acoustique (non représenté) peut en outre être disposé sur la surface interne 11 notamment en amont du panneau de support de matériau abradable 12. Le carter 10 peut être muni de brides externes 14, 15 à ses 25 extrémités amont et aval afin de permettre son montage et sa liaison avec d'autres éléments. Entre ses extrémités amont et aval, la partie principale 16 du carter 10 (c'est-à-dire la partie tubulaire de celui-ci) peut présenter une épaisseur variable, une partie sensiblement centrale du carter pouvant notamment avoir une plus forte épaisseur que les parties 30 d'extrémité en se raccordant progressivement à celle-ci. La partie principale du carter 10 est réalisée en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. Le renfort est en fibres par exemple de carbone, verre, aramide ou céramique et la matrice est en polymère, par exemple époxide, bismaléimide ou polyimide. 35 Comme décrit dans la demande de brevet EP 1,961,923, le renfort fibreux destiné à former la partie principale du carter est ici formé 3037854 5 par enroulement sur un mandrin d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel, pouvant être avec épaisseur évolutive, le mandrin ayant un profil correspondant à celui du carter à réaliser. De plus, selon une particularité de l'invention, le carter 10 5 comprend un panneau de support de matériau abradable 12 formé à partir d'une structure alvéolaire qui est intégrée au carter préalablement à la densification du renfort fibreux destiné à réaliser la partie principale du carter. En liaison avec les figures 2 à 6, on décrira maintenant les 10 différentes étapes du procédé de fabrication du carter selon l'invention à panneau de support de matériau abradable intégré. La figure 2 représente de façon schématique un mandrin 20 pouvant être utilisé pour réaliser un tel carter. Ce mandrin 20 présente une surface extérieure 21 dont le profil 15 correspond à celui de la surface interne du carter à réaliser, et deux flasques latéraux 22, 23 destinés à former, lors de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin, des parties de préformes correspondant aux brides 14, 15 du carter. Le mandrin 20 comprend également une rainure (ou cavité) 20 annulaire 24 positionnée entre les deux flasques 22, 23, cette rainure étant centrée sur l'axe longitudinal X-X du mandrin et étant débouchant au niveau de la surface extérieure 21 du mandrin. Les dimensions de cette rainure 24 correspondent sensiblement à celles du panneau de support de matériau abradable 12 du carter. 25 Au cours d'une première étape illustrée par la figure 3, le procédé selon l'invention prévoit de draper de plis de carbone 30 l'intérieur de la rainure 24 du mandrin 20. Typiquement, on pourra disposer 18 plis de carbone à l'intérieur de la rainure en les faisant recouvrir le fond et les bords latéraux de celle-ci. 30 Comme représenté sur la figure 4, l'étape suivante consiste à remplir le volume restant de la rainure 24 du mandrin par une âme alvéolaire, notamment par une mousse 31. De préférence, on utilisera une mousse dite « à hautes performances », par exemple une mousse commercialisée sous la dénomination Rohacell® Hero. 35 3037854 6 Pour faciliter son positionnement au sein de la rainure du mandrin, cette mousse se présente avantageusement sous la forme d'au moins un section angulaire de panneau de mousse disposé sur 360°, en particulier de plusieurs secteurs angulaires de panneau de mousse. 5 Les plis de carbone 30 et la mousse 31 forment ainsi une préforme de panneau de support de matériau abradable. Une fois les secteurs angulaires de panneau de mousse positionnés au sein de la rainure du mandrin, on procède à l'enroulement de la texture fibreuse 32 destinée à réaliser la partie principale 16 du 10 carter en plusieurs couches superposées sur le mandrin (figure 5). Par son enroulement sur le mandrin 20, la texture fibreuse 32 épouse le profil de celui-ci et les parties d'extrémité 33, 34 se relèvent, en appui sur les flasques 22, 23, pour former des parties de préformes correspondant aux brides externes 14, 15 du carter (figure 1). On obtient 15 ainsi une préforme de partie principale de carter. Les préformes de partie principale de carter et de panneau de support de matériau abradable étant maintenues sur le mandrin 20, une imprégnation est réalisée par une résine. A cet effet, un contre-moule peut être appliqué sur la préforme et la résine injectée à l'intérieur du 20 moule ainsi fermé, par exemple au moyen d'un procédé d'injection de type RTM (pour « Resin Transfert Molding »). On réalise ainsi une co-injection de résine pour la préforme de partie principale de carter et la préforme de support de panneau en matériau abradable du carter. Après imprégnation par la résine, une étape 25 de polymérisation de la résine est réalisée. On obtient alors directement une ébauche de carter permettant d'obtenir le carter 10 désiré après usinage de finition (figure 6). En particulier, ce carter comprend une partie principale tubulaire un panneau en matériau abradable 12 directement intégré à la partie tubulaire 30a du 30 carter, c'est-à-dire que le panneau de support de matériau abradable forme une seule et même pièce avec la partie principale du carter. Dans l'invention décrite, l'effet recherché est de co-injecter au moins le panneau de support de matériau abradable avec le carter, étant entendu qu'il est possible de co-injecter le carter, la cartouche et le 35 l'abradable. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un carter (10) de soufflante en matériau composite pour moteur à turbine à gaz, comprenant 5 successivement : une étape d'enroulement d'une texture fibreuse (32) réalisée par tissage tridimensionnel en plusieurs couches superposées sur un mandrin (20) de profil extérieur correspondant au profil du carter à fabriquer afin d'obtenir une préforme fibreuse de carter ; et 10 une étape de densification de la préforme fibreuse par une matrice ; caractérisé en ce que, préalablement à l'étape d'enroulement de la texture fibreuse, le procédé comprend une étape de remplissage d'une rainure annulaire (24) débouchant à la surface extérieure (21) du mandrin 15 (20) par une structure alvéolaire (30, 31) destinée à former, après les étapes d'imprégnation et de polymérisation, un panneau annulaire de support de matériau abradable (12) intégré au carter et destiné à supporter un matériau abradable positionné en regard du sommet des aubes (13) de soufflante. 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de remplissage de la rainure du mandrin par la structure alvéolaire comprend successivement : le drapage de plis de carbone (30) à l'intérieur de la rainure du 25 mandrin ; et le remplissage du volume restant de la rainure par une âme alvéolaire (31). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'âme alvéolaire 30 est une mousse. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'âme alvéolaire en mousse comprend au moins un secteur angulaire de panneau de mousse. 35 3037854 8 5. Carter de soufflante en matériau composite pour moteur à turbine à gaz, le carter comprenant : un renfort fibreux formé à partir d'un enroulement en plusieurs couches superposées d'une texture fibreuse (32) réalisée par tissage 5 tridimensionnel et densifié par une matrice ; et un panneau annulaire de support de matériau abradable (12) destiné à être positionné en regard du sommet des aubes de soufflante, caractérisé en ce que le panneau en matériau abradable comprend une structure alvéolaire (30, 31) intégrée au carter 10 préalablement à la densification du renfort fibreux. 6. Carter selon la revendication 5, dans lequel le panneau de support de matériau abradable forme une seule et même pièce avec le renfort fibreux. 15 7. Carter selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel la structure alvéolaire comprend une âme alvéolaire (31) recouverte par des plis de carbone (30). 20 8. Carter selon la revendication 7, dans lequel l'âme alvéolaire est une mousse. 9. Carter selon la revendication 8, dans lequel l'âme alvéolaire en mousse comprend au moins un secteur angulaire de panneau de 25 mousse. 10. Moteur aéronautique à turbine à gaz comprenant un carter de soufflante (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9.