Brevet FR3045713A1 — publié le 20170623

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un bouclier de bord d'attaque pour aube de turbomachine. On entend par « turbomachine », dans ce 5 contexte, toute machine dans laquelle peut s'opérer un transfert d'énergie entre un écoulement de fluide et au moins un aubage, comme, par exemple, un compresseur, une pompe, une turbine, une hélice, ou bien une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. 10 De tels boucliers de bord d'attaque sont typiquement destinés à protéger les bords d'attaque d'aubes tournantes ou d'aubes directrices contre les impacts. On entend par « aubes », dans ce contexte, tant les aubes de soufflante que les pales d'hélice aérienne. Afin de limiter leur poids, ces aubes sont typiquement principalement formées d'un corps 15 d'aube en composite à matrice organique, par exemple en polymère, renforcée par des fibres. Bien que ces matériaux présentent des qualités mécaniques généralement très favorables, en particulier par rapport à leur masse, ils présentent une certaine sensibilité aux impacts ponctuels. Des boucliers, typiquement en matériau métallique hautement résistant, 20 comme les alliages de titane, sont donc normalement installés sur les bords d'attaque de telles aubes, afin de les protéger contre ces impacts. Ces boucliers prennent normalement la forme d'une fine ailette intrados et une fine ailette extrados jointes par une section plus épaisse chevauchant le bord d'attaque, l'ensemble épousant la forme de l'aube sur le bord 25 d'attaque et des sections adjacentes de l'intrados et de l'extrados. Les ailettes intrados et extrados s'étendent en hauteur et en longueur sur ces sections de, respectivement, l'intrados et l'extrados de l'aube, et servent principalement à assurer le positionnement et la fixation du bouclier sur le bord d'attaque, mais aussi à distribuer la force d'un impact et dissiper son 30 énergie sur une plus grande surface du corps d'aube. Ainsi, en cas d'impact sur le bouclier de bord d'attaque, des ondes de déformation vont se propager à travers ce bouclier, y compris les ailettes, jusqu'à y être entièrement dissipées. Toutefois, dans certains cas, cette propagation peut créer des pics de déformation pouvant aller jusqu'à provoquer un 35 décollement partiel d'une ailette. 304 5 7 1 3 2 Objet et résumé de l'invention La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un bouclier de bord d'attaque pour aube de turbomachine qui 5 résiste mieux au décollement en cas d'impact. Dans au moins un mode de réalisation, ce but est atteint grâce au fait que, dans ledit bouclier de bord d'attaque, qui peut être en matériau métallique et comporte deux ailettes, s'étendant chacune sur une hauteur 10 d'un bord inférieur à un bord supérieur et en longueur du bord d'attaque à un bord arrière, et reliées l'une à l'autre à travers le bord d'attaque, au moins une desdites ailettes présente un segment, adjacent au bord supérieur et s'étendant sur au moins 6% de ladite hauteur, dans lequel le bord arrière respectif s'incline vers le bord supérieur de telle manière 15 qu'un angle d'intersection entre une tangente au bord supérieur et une tangente à un point quelconque du bord arrière dans ledit segment soit inférieur à 75°, voire même inférieur à 60°. Un tel angle aigu présente l'avantage, par rapport à un angle plus 20 ouvert, voire droit, de rendre plus difficile le décollement de l'ailette à partir de la jonction entre le bord arrière et le bord supérieur en cas d'impact. Afin d'éviter les concentrations d'efforts, le bord arrière peut 25 présenter une continuité de tangence sur toute la hauteur du bouclier, l'évolution de la longueur de l'ailette étant ainsi graduelle et pouvant notamment éviter des courbures trop prononcées, correspondant à des rayons de courbure en dessous d'un minimum prédéterminé. 30 La présente divulgation concerne aussi une aube s'étendant en hauteur d'un pied d'aube à une tête d'aube et comprenant un corps d'aube et un tel bouclier de bord d'attaque assemblé sur le corps d'aube, le corps d'aube étant en matériau anisotrope, le bouclier de bord d'attaque étant en un matériau ayant une meilleure résistance aux 35 impacts ponctuels que le matériau anisotrope du corps d'aube. 3045713 3 Dans cette aube, le matériau anisotrope peut comprendre au moins une couche, et notamment une couche adjacente à l'ailette, avec une direction principale de résistance mécanique sensiblement parallèle à une surface interne d'ailette adjacente audit segment et présentant un angle par rapport audit bord supérieur sensiblement supérieur à une valeur maximale dudit angle d'intersection dans ledit segment , pour mieux résister aux efforts en flexion de cette aube. Ce matériau anisotrope peut notamment être un matériau composite renforcé avec des fibres orientées suivant au moins ladite direction principale. Comme on évite que le bord arrière de l'ailette soit aligné avec cette direction principale à proximité de la tête d'aube, on rend plus difficile l'arrachement de l'ailette à partir du bord arrière qui pourrait sinon être facilité par la moindre résistance mécanique du matériau anisotrope du corps d'aube perpendiculairement à sa direction principale. La présente divulgation concerne aussi une turbomachine comprenant une pluralité de telles aubes, une soufflante comprenant une pluralité de telles aubes et un turboréacteur à double flux comprenant une telle soufflante. Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un turboréacteur à double flux ; la figure 2 est une vue schématique en perspective du côté extrados d'une aube tournante de la soufflante du turboréacteur de la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'aube ; la figure 3 est une vue partielle en coupe de l'aube de la figure 2 selon le plan III-III. 304 5 7 1 3 4 Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre un turboréacteur à double flux 10 comprenant un groupe générateur de gaz 12 et une soufflante 14. Cette soufflante 14 5 comprend une pluralité d'aubes tournantes 16, arrangées radialement autour d'un axe central X, profilées aérodynamiquement de manière à impulser l'air par leur rotation et entourées par un carter de soufflante. Ainsi, comme illustré sur les figures 2 et 3, chaque aube 16 présente un bord d'attaque 18, un bord de fuite 20, un intrados 22, un extrados 24, 10 une tête d'aube 26 et un pied d'aube 28. En outre, l'aube 16 comprend un corps d'aube 30 en matériau composite, notamment à matrice polymère renforcée par des fibres. Ces fibres peuvent présenter au moins une orientation particulière, résultant ainsi en au moins une direction principale de résistance mécanique, et donc un caractère anisotrope du matériau. 15 Plus spécifiquement, afin de mieux résister aux efforts centrifuges, ainsi qu'aux efforts en flexion sur l'aube, cette direction principale peut être celle de la hauteur de la pale 16, du pied d'aube 28 à la tête d'aube 26. En fonctionnement normal, le vent relatif est sensiblement orienté 20 vers le bord d'attaque 18 de chaque aube 16. Ainsi, ce bord d'attaque 18 est particulièrement exposé aux impacts. Il convient donc de protéger le bord d'attaque 18 avec un bouclier de bord d'attaque 32 intégré à chaque aube 16. En d'autres termes, le bouclier de bord d'attaque 32 est assemblé sur le corps d'aube 30. 25 Le bouclier de bord d'attaque 32 est fabriqué en un matériau ayant une meilleure résistante aux impacts ponctuels que le matériau composite du corps d'aube 30. Le bouclier de bord d'attaque 32 est principalement métallique, et plus spécifiquement en alliage à base de titane, comme par 30 exemple le TA6V (Ti-6AI-4V). Le bouclier de bord d'attaque 32 pourrait également être en acier ou en alliage métallique communément désigné par la marque déposée InconelTM. On parle par la suite d'Inconel pour désigner un alliage à base de fer alliés avec du nickel et du chrome. 35 Comme illustré notamment sur la figure 3, le bouclier de bord d'attaque 32 comporte une ailette intrados 34, une ailette extrados 36, et 304 5 7 1 3 5 une section centrale 38 plus épaisse, destinée à chevaucher un bord du corps d'aube 30 et reliant l'ailette intrados 34 et l'ailette extrados 36 au bord d'attaque 18. Les ailettes intrados et extrados 34, 36 assurent le positionnement du bouclier 32 sur le corps d'aube 30, mais aussi la 5 dissipation de l'énergie d'impact. Les ailettes intrados et extrados 34, 36 et s'étendent chacune en hauteur sur une hauteur H d'un bord inférieur 50 à un bord supérieur 51 et en longueur du bord d'attaque 18 au bord arrière 40, 42 correspondant. 10 Afin de mieux dissiper l'énergie des ondes de déformation se propageant à travers le bouclier 32 suite à un impact, le bord arrière 42 de l'ailette extrados 36 n'est pas parallèle au bord d'attaque 18 sur toute sa longueur, mais est incliné à proximité du bord supérieur 51 de manière à ce que, sur tout un segment S1 adjacent au bord supérieur 51, l'angle 15 d'intersectiona entre une tangente t51 au bord supérieur 51 et une tangente t42 à un point quelconque du bord arrière 42 soit inférieur à 75°, voire inférieur à 60°. Le segment S1 peut par exemple s'étendre sur 10%, voire 15% de la hauteur H du bouclier 30 à partir du bord supérieur 51. L'inclinaison du bord arrière 42 vers le bord d'attaque 18 en approchant le 20 bord supérieur 51 réduit localement la longueur de l'ailette extrados 36, ce qui contribue à empêcher la propagation d'un décollement local du bouclier 32 le long du bord arrière 42. Puisqu'au moins une partie des fibres F du matériau composite du 25 corps d'aube 30 sont orientées suivant la hauteur de la pale 16, cette direction principale du matériau composite du corps d'aube 30 présente un angle [3 sensiblement droit par rapport au bord supérieur 51 du bouclier 32 dans un plan sensiblement parallèle à une surface interne de l'ailette extrados 36. Plus spécifiquement, cet angle (3 peut être entre 60° et 120°, 30 voire entre 75° et 105°. Plus particulièrement, comme illustré sur la figure 3, des fibres F suivant cette orientation peuvent être intégrées dans une couche, par exemple de fibres unidirectionnelles ou tissées en au moins deux directions, proche ou même adjacente à l'extrados 24, même si le matériau composite du corps d'aube 30 peut être recouvert d'une couche 35 de vernis ou de peinture sur cette surface. 304 5 7 1 3 6 Grâce à l'inclinaison du bord arrière 42 de l'ailette extrados 36 à proximité du bord supérieur 51, on peut notamment assurer que l'angle d'intersection a entre la tangente t42 à un point quelconque du bord arrière 42 dans le segment S1 soit sensiblement inférieur, par exemple 5 inférieur d'au moins 5°, voire 10°, voire 15° ou 25°, à l'angle p., de manière à éviter un alignement de ce bord arrière 42 avec ces fibres F, alignement qui faciliterait un arrachement de ce bord arrière 42 avec un ou des fragments de ce matériau composite en cas d'impact. 10 Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être effectués sur cet exemple sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, quoique dans le mode de réalisation décrit 15 et illustré seule l'ailette extrados présente un bord arrière incliné à proximité du bord supérieur, l'invention est également applicable à l'ailette intrados, voire aux deux ailettes. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. REVENDICATIONS1. Bouclier de bord d'attaque (32) pour aube (16) de turbomachine, ledit bouclier de bord d'attaque (32) comportant deux 5 ailettes (34,36), s'étendant chacune sur une hauteur (H) d'un bord inférieur (50) à un bord supérieur (51) et en longueur du bord d'attaque à un bord arrière (40,42) respectif, et reliées l'une à l'autre à travers le bord d'attaque (18), et dans lequel au moins une desdites ailettes (34,36) présente un segment (S1), adjacent au bord supérieur (51) et s'étendant 10 sur au moins 6% de la hauteur (H), dans lequel le bord arrière (40,42) respectif s'incline vers le bord supérieur (51) de telle manière qu'un angle d'intersection (a) entre une tangente (t51) au bord supérieur (51) et une tangente (t42) à un point quelconque du bord arrière dans ledit segment (S1) soit inférieur à 75°. 15 2. Bouclier de bord d'attaque (32) suivant la revendication 1, dans lequel ledit angle d'intersection(a) soit inférieur à 60°. 3. Bouclier (32) suivant l'une quelconque des revendications 20 précédentes, en matériau métallique. 4. Aube (16) s'étendant en hauteur d'un pied d'aube à une tête d'aube et comprenant un corps d'aube (30) et un bouclier de bord d'attaque (32) suivant l'une quelconque des revendications précédentes 25 ,assemblé sur le corps d'aube (30), le corps d',aube (30) étant en matériau anisotrope, et le bouclier de bord d'attaque (32) étant en un matériau ayant une meilleure résistance aux impacts ponctuels que le matériau anisotrope du corps d'aube (30). 30 5. Aube (16) suivant la revendication 4, dans laquelle le matériau anisotrope comprend au moins une couche avec une direction principale de résistance mécanique sensiblement parallèle à une surface interne d'ailette adjacente audit segment (S1) et présentant un angle (f3) par rapport audit bord supérieur (51) sensiblement supérieur à une valeur 35 maximale dudit angle d'intersection (a) dans ledit segment (S1). 3045713 8 6. Aube (16) suivant la revendication 5, dans laquelle ledit matériau anisotrope est un matériau composite renforcé avec des fibres orientées suivant au moins ladite direction principale. 7. Soufflante (14) comprenant une pluralité d'aubes (16) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6. 8. Turboréacteur à double flux (10) comprenant une soufflante selon la revendication 7. 10