Brevet FR3038342A1 — publié le 20170106

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un élément profilé de turbomachine, comprenant un système d'antigivrage et/ou de dégivrage. L'invention concerne également des procédés de fabrication de cet élément profilé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans une turbomachine, certains éléments profilés, comme les aubes, peuvent être soumis à la formation de givre. Ceci dépend notamment de l'altitude de l'aéronef et des conditions atmosphériques. Or, la présence de givre dégrade les performances de la turbomachine. Par conséquent, il est nécessaire de prévoir un système permettant d'empêcher la formation de givre sur les éléments profilés de la turbomachine (antigivrage) et/ou de supprimer le givre déjà formé 15 (dégivrage). La Figure 1 est une représentation d'un système d'antigivrage de l'art antérieur. Sur cette Figure, de l'air chaud 100 est prélevé en aval d'un compresseur de la turbomachine, et est dirigé vers des aubes 101 d'un redresseur d'entrée de la turbomachine. La circulation de l'air chaud permet 20 d'éviter la formation de givre sur ces aubes. Cette solution présente l'inconvénient de n'empêcher la formation du givre que lorsque la turbomachine est en fonctionnement. Toutefois, lorsque la turbomachine est à l'arrêt, comme par exemple lorsque l'aéronef est au sol, les aubes sont à nouveau susceptibles d'être soumises à la 25 formation de givre. En outre, l'insertion d'un flux d'air chaud dans la veine principale de la turbomachine perturbe l'écoulement, et par conséquent les performances aérodynamiques de la turbomachine. 30 RESUME DE L'INVENTION L'invention propose un élément profilé de turbomachine, présentant un corps comprenant au moins un matériau composite, ledit élément étant 3038342 2 caractérisé en ce qu'il comprend au moins une résistance chauffante disposée dans l'épaisseur du corps, au moins un connecteur électrique configuré pour transmettre un courant électrique à la résistance chauffante depuis au moins une source électrique, l'élévation en température induite 5 par le passage dudit courant électrique permettant un antigivrage et/ou un dégivrage de l'élément profilé. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : 10 la résistance chauffante comprend au moins une mèche conductrice d'électricité, notamment en matériau carbone ou en matériau métallique ; la résistance chauffante est entourée d'un isolant électrique ; le corps comprend une pluralité de plis comprenant au moins un matériau composite, et la résistance chauffante est disposée entre des plis ; le corps est une pièce tissée comportant une pluralité de fils de tissage dont au moins un fil de tissage comprend la résistance chauffante ; la résistance chauffante est entourée d'une résine, et le matériau composite du corps comprend : o une résine thermodurcissable, la résine entourant la résistance chauffante présentant une température de transition vitreuse supérieure à celle de la résine du matériau composite du corps, ou o une résine thermoplastique, la résine entourant la résistance chauffante présentant une température de de fusion supérieure à celle de la résine du matériau composite du corps. l'élément profilé est une aube d'une turbomachine. L'invention concerne également une préforme destinée à la fabrication d'un élément profilé de turbomachine, comprenant un tissage 3038342 3 d'une pluralité de fils de tissage, caractérisée en ce qu'au moins un des fils de tissage comprend la résistance chauffante, est disposé dans l'épaisseur de la préforme, et présente à au moins une de ses extrémités au moins un connecteur électrique pour la connexion électrique à une source électrique. 5 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un élément profilé de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à empiler des plis comprenant au moins un matériau composite de sorte à fabriquer un corps dudit élément, et intercaler, entre au moins certains plis présents dans l'épaisseur du corps, au moins une 10 résistance chauffante dont une extrémité présente au moins un connecteur électrique configuré pour transmettre un courant électrique à la résistance chauffante depuis au moins une source électrique. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un élément profilé de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les 15 étapes consistant à: tisser une préforme dudit élément profilé à partir d'une pluralité de fils de tissage, au moins un fil de tissage comprenant une résistance chauffante, et présentant, à au moins une de ses extrémités, au moins un connecteur électrique pour la 20 connexion électrique à une source électrique, ledit tissage étant réalisé de sorte à disposer le fil de tissage comprenant la résistance chauffante dans l'épaisseur de la préforme, et fabriquer l'élément profilé à partir de ladite préforme. L'invention présente de nombreux avantages. 25 L'invention propose une solution permettant de lutter contre la formation de givre sur un élément profilé de turbomachine aussi bien au sol qu'en vol, ou de dégivrer ledit élément. En particulier, la solution est opérationnelle même lorsque la turbomachine est à l'arrêt. En outre, la solution permet de conserver de bonnes performances 30 aérodynamiques, ainsi qu'une masse et une forme des éléments profilés satisfaisantes. 3038342 4 Enfin, la solution s'intègre de manière efficace dans le processus de fabrication des éléments profilés. DESCRIPTION DES DESSINS 5 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la Figure 1, déjà commentée, est une représentation schématique 10 d'une turbomachine selon l'art antérieur, qui présente un système d'antigivrage ; la Figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un élément profilé de turbomachine selon l'invention ; la Figure 3 est une représentation schématique d'un autre mode de 15 réalisation d'un élément profilé de turbomachine selon l'invention ; la Figure 4 est une représentation d'une résistance chauffante disposée sur un pli comprenant un renfort, permettant d'assurer une isolation électrique ; la Figure 5 est un agrandissement d'une partie de la Figure 4; 20 la Figure 6 est une représentation d'une préforme d'un élément profilé ; la Figure 7 est une représentation d'une résistance chauffante entourée d'une gaine permettant d'assurer une isolation électrique ; la Figure 8 est une représentation d'une résistance chauffante 25 entourée d'une gaine sous forme de rubans, permettant d'assurer une isolation électrique ; la Figure 9 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un élément profilé de turbomachine selon l'invention ; 3038342 5 la Figure 10 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un élément profilé de turbomachine selon l'invention ; la Figure 11 est une représentation schématique d'un métier à tisser 5 pour la fabrication d'une préforme d'un élément profilé de turbomachine selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Elements profilés On a représenté schématiquement en Figure 2 un mode de réalisation d'un élément 1 profilé de turbomachine selon l'invention. L'élément 1 profilé est par exemple, mais non limitativement une aube, un élément profilé de carter, une virole, un panneau, des bras 15 radiaux, un cône, un bec de séparation de flux primaire et secondaire. A titre d'exemple non limitatif, il peut notamment s'agir de l'aube d'un redresseur d'entrée (comme dans un turbopropulseur), ou de l'aube d'un redresseur dans le compresseur d'un turboréacteur. L'élément 1 profilé comprend un corps 2. Le corps 2 est réalisé en 20 un ou plusieurs matériaux comprenant au moins un matériau composite. Sur l'exemple de la Figure 2, le corps 2 comprend un bord 13 d'attaque et un bord 14 de fuite. Comme représenté sur la Figure 2, l'élément 1 profilé comprend au moins une résistance 4 chauffante. La résistance 4 chauffante est disposée 25 dans l'épaisseur du corps 2. La résistance 4 est une résistance ou un conducteur électrique, pour laquelle le passage d'un courant électrique induit une élévation en température, notamment par effet Joule. L'élément 1 profilé comprend en outre au moins un connecteur 5 électrique configuré pour transmettre un courant électrique à la résistance 4 30 chauffante depuis au moins une source 7 électrique. A cet effet, les extrémités de la résistance 4 chauffante sont reliées au connecteur 5 électrique. La Figure 2 prend pour exemple d'élément 1 profilé une aube à 3038342 6 calage variable d'un redresseur d'une turbomachine. Dans ce cas, le connecteur 5 peut notamment être disposé dans un pivot 23 de l'aube. Le connecteur 5 électrique comprend typiquement une borne positive et une borne négative pour la connexion à la source 7 électrique. La source 5 7 électrique est par exemple une source préexistante de la turbomachine ou de l'aéronef, comme l'unité auxiliaire de puissance, ou une nouvelle source électrique spécifiquement installée pour les besoins de l'antigivrage et/ou du dégivrage de l'élément 1 profilé. Comme on le comprend, le passage du courant électrique dans la 10 résistance 4 induit une élévation en température de ladite résistance, et par conséquent des surfaces externes de l'élément 1 profilé, ce qui permet un antigivrage et/ou un dégivrage de l'élément 1 profilé. On entend par antigivrage l'action consistant à empêcher la formation de givre, et par dégivrage l'action de supprimer le givre existant. 15 La résistance 4 chauffante est déployée à l'intérieur du corps 2 de l'élément 1 profilé afin de couvrir les surfaces de l'élément 1 profilé qui sont susceptibles d'être soumises à la présence de givre, à l'intrados et/ou à l'extrados de l'élément 1. En effet, les surfaces situées sur la partie externe de l'élément 1 profilé et disposées au droit de la résistance 4 chauffante 20 subissent une élévation en température permettant l'antigivrage et/ou le dégivrage. Les surfaces concernées sont typiquement, mais non limitativement, le bord d'attaque, le bord de fuite, le centre de l'aube, et les plateformes. Alternativement, la résistance 4 chauffante peut être déployée de 25 sorte à pouvoir réchauffer toute la surface externe du corps 2. Dans un exemple de réalisation, la source 7 électrique est une source de courant continu. La puissance délivrée est typiquement d'une dizaine à plusieurs centaines de Watts selon les dimensions de l'élément 1 profilé et les conditions atmosphériques. En général, la puissance est 30 calibrée pour permettre d'atteindre une température de surface de l'élément 1 profilé supérieure à 10°C. Ces valeurs ne sont toutefois pas limitatives. 3038342 7 On note que la source 7 électrique peut elle-même être commandée par une unité de traitement comprenant une mémoire et un processeur, l'unité de traitement contrôlant la source 7 électrique selon un programme prédéfini enregistré dans la mémoire, et/ou suite à des commandes d'un 5 opérateur (pilote, ou opérateur de maintenance, ou autre). Dans le cas d'un programme enregistré dans la mémoire de l'unité de traitement, il est avantageux que celui-ci reçoive notamment en entrée des paramètres du vol enregistrés par des capteurs de l'aéronef (température, pression, altitude, etc.), et calcule en conséquence la 10 puissance électrique requise pour la source 7 électrique. Comme on le comprend, l'élément 1 profilé est protégé contre la formation de givre même si la turbomachine est à l'arrêt, étant donné que la disponibilité de la source 7 électrique ne dépend pas nécessairement du fonctionnement de la turbomachine. 15 En Figure 3, on a représenté un autre exemple d'élément 1 profilé de turbomachine, en l'occurrence une aube fixe d'un redresseur. Dans cet exemple, le connecteur 5 électrique est logé dans une plateforme 25 de l'aube. La résistance 4 chauffante est disposée préférentiellement du côté du bord 13 d'attaque. 20 La résistance 4 chauffante peut notamment comprendre une mèche conductrice d'électricité, comme une mèche en carbone unidirectionnelle, ou une mèche en acier ou en cuivre. D'autres matériaux, dont la résistivité électrique est compatible avec l'application visée et l'installation dans des matériaux composites, peuvent être utilisés. 25 Selon le procédé de fabrication de l'élément 1 profilé, et comme explicité par la suite, la résistance 4 chauffante peut présenter un positionnement dans le corps 2 qui diffère. Dans un mode de réalisation, le corps 2 comprend une pluralité de plis 10 comprenant au moins un matériau composite. Ce mode de 30 réalisation est illustré en Figures 4 et 5. Un pli composite comprend en général une résine et un renfort fibreux (comme du verre ou du kevlar). Sur 3038342 8 les Figures 4 et 5, le renfort fibreux est en verre, ce qui permet également d'assurer une isolation électrique de la résistance 4 chauffante. Dans ce cas, la résistance 4 chauffante est disposée entre des plis 10. 5 Dans un autre mode de réalisation, le corps 2 est une pièce tissée comportant une pluralité de fils 12 de tissage (cf. Figure 6, qui illustre la préforme 16 permettant d'obtenir le corps 2). Les fils 12 de tissage comprennent des fils de tissage constituant le renfort d'un matériau composite. 10 Dans ce cas, au moins un fil de tissage comprend la résistance 4 chauffante. Comme illustré en Figure 6 de manière schématique, la préforme 16 comprend un tissage d'une pluralité de fils 12 de tissage (par exemple en carbone, ou en céramique). Ces fils de tissage sont le renfort d'un matériau 15 composite. Au moins un des fils 12 de tissage comprend la résistance 4 chauffante, et est disposé dans l'épaisseur de la préforme 16. Le fil 12 de tissage comprenant la résistance 4 présente à au moins une de ses extrémités 20 au moins un connecteur 5 électrique pour la connexion 20 électrique à la source 7 électrique. La fabrication de l'élément 1 profilé à partir de cette préforme 16 sera explicitée par la suite. Afin d'isoler électriquement la résistance 4 chauffante du reste de l'élément, celle-ci peut notamment être entourée d'un isolant 9 électrique. 25 Divers isolants électriques peuvent être utilisés. Dans le cas d'une résistance 4 métallique, les résines suivantes peuvent par exemple être utilisées : époxydes, cyanates-ester (CE), polyimides, benzoaxines (BOX), bismaléimides (BMI). On a représenté en Figure 7 une résistance 4 chauffante entourée 30 d'une gaine 9. Il s'agit par exemple d'une gaine comprenant une fibre de verre continue. 3038342 9 En Figure 8, on a représenté une résistance 4 chauffante entourée d'une gaine 9 sous forme de portions. Il s'agit par exemple de portions (rubans) de fibres de verre. La fibre de verre peut notamment être utilisée en complément d'une 5 résine entourant la résistance 4 chauffante, afin d'améliorer l'isolation électrique. Dans un mode de réalisation, la résistance 4 chauffante est entourée d'une résine isolante, et le matériau composite du corps 2 comprend une résine thermodurcissable ou thermoplastique. 10 Afin d'optimiser les coûts et les performances, dans le cas d'une résine thermodurcissable, il est avantageux que la résine entourant la résistance 4 chauffante présente une température de transition vitreuse supérieure à celle de la résine du matériau composite du corps 2. De même dans le cas d'une résine thermoplastique, il est avantageux que la résine 15 entourant la résistance 4 chauffante présente une température de fusion supérieure à celle de la résine du matériau composite du corps 2. En effet, afin d'obtenir une température donnée à la surface de l'élément 1 profilé, il est nécessaire de chauffer la résistance 4 à une température supérieure, en raison des déperditions de chaleur. Par 20 conséquent, la résistance 4 doit pouvoir résister à des températures supérieures. Comme on le comprend, le coût de la résine croît avec sa température de transition vitreuse(ou le cas échéant, température de fusion). Le choix de résines différentes et adaptées aux besoins en température permet donc d'optimiser les performances tout en réduisant les 25 Coûts. Dans un exemple non limitatif, l'isolant de la résistance 4 chauffante comprend du cyanate ester (dont la température de transition vitreuse est de l'ordre de 300°C), tandis que le matériau composite du corps 2 est imprégné d'une résine époxyde (dont la température de transition vitreuse 30 est de l'ordre de 180°C). Procédés de fabrication 3038342 10 Dans un mode de réalisation, le procédé de fabrication de l'élément 1 profilé de turbomachine comprend les étapes suivantes. Dans une étape El, des plis 10 comprenant au moins un matériau composite sont empilés de sorte à fabriquer un corps 2 dudit élément 1. Les 5 plis 10 sont assemblés par collage. Le collage est en général réalisé en chauffant la résine imprégnant les renforts fibreux des plis 10. Le procédé comprend une étape E2 consistant à intercaler, entre au moins certains plis 10 présents dans l'épaisseur du corps 2, au moins une résistance 4 chauffante telle que décrite précédemment, et dont une 10 extrémité présente au moins un connecteur 5 électrique. Comme indiqué préalablement, le connecteur 5 électrique est destiné à transmettre un courant électrique à la résistance 4 chauffante depuis au moins une source 7 électrique. A l'issue du procédé, le corps 2 comprend la résistance 4 chauffante 15 dans son épaisseur. Le connecteur 5 se trouve quant à lui dans un logement adapté du corps 2 (comme un pied ou une plateforme). Dans un autre mode de réalisation, schématisé en Figure 10, l'élément 1 profilé de turbomachine est fabriqué par un procédé de tissage. Le procédé comprend une étape Si consistant à tisser une préforme 20 16 dudit élément 1 profilé. Le tissage de la préforme est réalisée en utilisant des fils 12 de tissage répartis en fils de chaîne et en fils de trame. En particulier, un métier à tisser de type Jacquard peut être utilisé pour tisser la préforme en trois dimensions. 25 En Figure 11, on a représenté schématiquement un métier 27 à tisser de type Jacquard sur lequel sont montés des fils de chaîne, qui sont orientés selon la direction longitudinale (flèche x), et qui s'étendent sur plusieurs couches superposées selon la direction verticale (flèche z), et des fils de trame orientés selon la direction transversale (flèche y). 30 Le tissage de la préforme est ici réalisé avec une pluralité de fils 12 de tissage. Ces fils 12 de tissage comprennent des fils de tissage constituant le renfort d'un matériau composite. 3038342 11 Au moins un fil de tissage comprend une résistance 4 chauffante, ou est constitué de cette résistance 4 chauffante. En d'autres termes, la résistance 4 chauffante fait partie, dès la conception de la préforme 16, du tissage de la préforme, ce qui est très avantageux. Ce fil de tissage, qui 5 porte la résistance 4 chauffante, présente, à au moins une de ses extrémités 20, au moins un connecteur 5 électrique pour la connexion électrique à une source 7 électrique. Le tissage est réalisé de sorte à disposer le fil de tissage comprenant la résistance 4 chauffante dans l'épaisseur de la préforme 16, qui constituera l'épaisseur du corps 2 de l'élément 1 profilé. Le procédé comprend ensuite l'étape S2 consistant à fabriquer l'élément 1 profilé à partir de ladite préforme 16. La fabrication comprend une étape de découpe, dans laquelle la préforme 16 est découpée selon la forme et les dimensions des parties 15 constitutives de l'élément 1 profilé. La préforme 16 est alors placée dans un moule. Un liant comprenant une résine thermodurcissable est ensuite injecté dans le moule, afin d'imprégner toute la préforme. Après chauffage du moule, la pièce moulée est sortie du moule, et permet d'obtenir l'élément 1 profilé attendu. 20 REVENDICATIONS1. Elément (1) profilé de turbomachine, présentant un corps (2) comprenant au moins un matériau composite, ledit élément (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend : au moins une résistance (4) chauffante disposée dans l'épaisseur du corps (2), au moins un connecteur (5) électrique configuré pour transmettre un courant électrique à la résistance (4) chauffante depuis au moins une source (7) électrique, l'élévation en température induite par le passage dudit courant électrique permettant un antigivrage et/ou un dégivrage de l'élément (1) profilé. 2. Elément (1) profilé selon la revendication 1, dans lequel la résistance (4) 15 chauffante comprend au moins une mèche conductrice d'électricité, en matériau carbone ou en matériau métallique. 3. Elément (1) profilé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la résistance (4) chauffante est entourée d'un isolant (9) électrique. 20 4. Elément (1) profilé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel : le corps (2) comprend une pluralité de plis (10) comprenant au moins un matériau composite, et la résistance (4) chauffante est disposée entre des plis (10). 25 5. Elément (1) profilé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel : - le corps (2) est une pièce tissée comportant une pluralité de fils (12) de tissage dont au moins un fil de tissage comprend la résistance (4) chauffante. 30 6. Elément (1) profilé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel : - la résistance (4) chauffante est entourée d'une résine, et 3038342 13 le matériau composite du corps (2) comprend o une résine thermodurcissable, la résine entourant la résistance (4) chauffante présentant une température de transition vitreuse supérieure à celle de la résine du matériau 5 composite du corps (2), ou o une résine thermoplastique, la résine entourant la résistance (4) chauffante présentant une température de de fusion supérieure à celle de la résine du matériau composite du corps (2). 10 7. Elément (1) profilé selon l'une des revendications 1 à6, ledit élément (1) étant une aube d'une turbomachine. 8. Préforme (16) destinée à la fabrication d'un élément (1) profilé de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 3 ou 5, ou selon l'une des revendications 6 ou 7, lorsqu'elles dépendent des revendications 1 à 3 ou 5, comprenant un tissage d'une pluralité de fils (12) de tissage, caractérisée en ce qu'au moins un des fils (12) de tissage : - comprend la résistance (4) chauffante, est disposé dans l'épaisseur de la préforme (16), et présente à au moins une de ses extrémités (20) au moins un connecteur (5) électrique pour la connexion électrique à une source (7) électrique. 9. Procédé de fabrication d'un élément (1) profilé de turbomachine, caractérisé en ce qu'il- comprend les étapes consistant à : empiler (El) des plis (10) comprenant au moins un matériau composite de sorte à fabriquer un corps (2) dudit élément (1), et intercaler (E2), entre au moins certains plis (10) présents dans l'épaisseur du corps (2), au moins une résistance (4) chauffante dont une extrémité présente au moins un connecteur (5) électrique 3038342 14 configuré pour transmettre un courant électrique à la résistance (4) chauffante depuis au moins une source (7) électrique. 10. Procédé de fabrication d'un élément (1) profilé de turbomachine, 5 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - tisser (S1) une préforme (16) dudit élément (1) profilé à partir : o d'une pluralité de fils (12) de tissage, au moins un fil de tissage - comprenant une résistance (4) chauffante, et 10 - présentant, à au moins une de ses extrémités (20), au moins un connecteur (5) électrique pour la connexion électrique à une source (7) électrique, ledit tissage étant réalisé de sorte à disposer le fil de tissage comprenant la résistance (4) chauffante dans l'épaisseur de la préforme (16), et 15 - fabriquer (S2) l'élément (1) profilé à partir de ladite préforme (16).