Brevet FR3039855A1 — publié le 20170210

Arrière-plan de l'invention [0001] La présente invention concerne une aube en matériau composite comportant un bouclier de bord d'attaque. De tels boucliers de 5 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 en composite à matrice en polymère renforcée par des fibres. 10 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, comme les alliages de titane, sont donc normalement installés sur les bords d'attaque de telles aubes, 15 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 d'attaque et des sections adjacentes de l'intrados et de l'extrados. Les ailettes intrados 20 et extrados s'étendent 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. [0002] Afin d'améliorer les performances aérodynamiques des aubes, leurs bords d'attaque présentent des formes de plus en plus complexes, ce 25 qui complique la fabrication des boucliers devant épouser ces formes ainsi que la solidarisation du bouclier sur l'aube. [0003] Par ailleurs, lors d'impacts sur une aube, le bouclier peut se désolidariser au moins partiellement du bord d'attaque de l'aube en composite et engendrer un balourd accompagné de pertes 30 d'aérodynamisme. En outre, si une portion du bouclier est arrachée, le bord d'attaque de l'aube n'est plus protégé sur toute sa hauteur, le bord d'attaque de l'aube mis à nu est généralement irrégulier ce qui entraîne également une perte d'aérodynamisme. Il faut alors réparer l'aube et/ou la remplacer. 35 Objet et résumé de l'invention 3039855 2 [0004] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. [0005] A cet effet, l'invention a pour objet une aube comprenant un corps d'aube en matériau composite à matrice en polymère renforcée par des fibres et un bouclier de bord d'attaque dans un matériau ayant une meilleure résistance aux impacts ponctuels que le matériau du corps d'aube, le bouclier de bord d'attaque étant assemblé au corps d'aube au moyen d'une première colle et d'une deuxième colle, les deux colles étant disposées entre le corps d'aube et le bouclier de bord d'attaque, les deux colles formant un film continu entre le corps d'aube et le bouclier de bord d'attaque, la deuxième colle ayant un facteur d'intensité de contrainte critique et un taux de restitution d'énergie supérieurs respectivement à un facteur d'intensité de contrainte critique et un taux de restitution d'énergie de la première colle. [0006] Le terme ténacité est communément utilisé pour désigner deux grandeurs physiques, le facteur d'intensité de contrainte critique Kic exprimé en MPa/m1/2 et le taux de restitution d'énergie Gic exprimé en kJ/m2. Comme la ténacité de la deuxième colle est supérieure à la ténacité de la première colle, la force à appliquer pour décoller le bouclier de bord d'attaque du corps d'aube est plus importante que si l'assemblage entre le corps d'aube et le bouclier était réalisé uniquement avec la première colle. [0007] Aussi, grâce à l'utilisation de deux colles formant un film continu entre le corps d'aube et le bouclier de bord d'attaque, il est possible d'assurer un collage dit de « rétention », sur les parties les plus susceptibles de se décoller suite à un impact sur le bord d'attaque de l'aube ou suite à des contacts entre l'aube et un carter. [0008] On comprend que la première et la deuxième colle ne se mélangent et ne réagissent pas l'une avec l'autre. Ainsi, la première et la deuxième colle ne sont pas deux composés destinés à réagir l'un avec l'autre pour former un collage lors de leur mise en contact l'une avec l'autre. [0009] La première colle peut avoir un module de Young supérieur au module de Young de la deuxième colle. [0010] Comme le module de Young de la première colle est supérieur 35 au module de Young de la deuxième colle, cette première colle permet d'assurer un collage rigide entre le corps d'aube et le bouclier de bord 3039855 3 d'attaque. Ce type de collage est également qualifié de collage dit « structurel » entre le corps d'aube et le bouclier de bord d'attaque de sorte que le bouclier de bord d'attaque soit fermement attaché sur le corps d'aube. 5 [0011] Dans la description qui suit les termes « radialement interne » et « radialement externe » se réfèrent aux extrémités de l'aube lorsqu'elle est assemblée sur un rotor, le terme « radialement interne » se référant à l'extrémité de l'aube la plus proche de l'axe de rotation et le terme « radialement externe » se référant à l'extrémité de l'aube la plus éloignée 10 de l'axe de rotation. Il en va de même des extrémités du bouclier. [0012] Le bouclier de bord d'attaque comporte une extrémité radialement interne et une extrémité radialement externe et une hauteur radiale, la deuxième colle peut être disposée au moins sur une partie radialement externe du bouclier de bord d'attaque, de préférence sur les 15 derniers 50% de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque en partant de l'extrémité radialement interne, encore plus préférentiellement sur les derniers 65% de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque en partant de l'extrémité radialement interne. [0013] Le terme « hauteur radiale » de bouclier de bord d'attaque est 20 compris comme la distance mesurée entre les projections orthogonales de l'extrémité radialement interne et de l'extrémité radialement externe du bouclier de bord d'attaque sur une droite passant par l'axe de rotation du rotor et ayant au moins une intersection avec l'aube. [0014] La deuxième colle est donc disposée sur la partie radialement 25 externe du bouclier de bord d'attaque, dans la région de l'aube où le bouclier de bord d'attaque est le plus susceptible de se décoller. Par ailleurs, la première colle est donc disposée sur la partie radialement interne du bouclier de bord d'attaque de sorte à former un film continu entre le corps d'aube et le bouclier de bord d'attaque. 30 [0015] Le bouclier de bord d'attaque comporte une aile intrados reliée à une aile extrados par un corps central, chaque aile comprenant un bord libre et une largeur d'aile définie entre le corps central et chaque bord libre, la deuxième colle étant disposée au moins sur une partie de la largeur de chaque aile prise à partir de chaque bord libre, de préférence sur 20% de la largeur de chaque aile, encore plus préférentiellement sur 10% de la largeur de chaque aile. 3039855 4 [0016] On dispose ainsi d'une grande surface de collage structurel tout en garantissant un meilleur collage de rétention entre le corps d'aube et le bouclier de bord d'attaque près des bords libres des ailes du bouclier de bord d'attaque qui sont des zones où le risque de décollement du bouclier 5 de bord d'attaque pouvant créer un balourd sont relativement plus élevés que sur une section centrale du bouclier de bord d'attaque, par exemple. [0017] Par ailleurs, la première colle peut être une colle thermodurcissable et la deuxième colle une colle thermoplastique. [0018] Le facteur d'intensité de contrainte critique Kic,2de la deuxième 10 colle peut être par exemple supérieur ou égal à 1.5 MPa/m1/2, de préférence supérieur ou égal à 2 MPa/m1/2. [0019] Le taux de restitution d'énergie GIc,2 de la deuxième colle peut être par exemple supérieur ou égal à 0.3 kJ/m2, de préférence supérieur ou égal à 1 Id/m2. 15 [0020] Le bouclier de bord d'attaque peut être en alliage à base de titane. [0021] Ce matériau présente une très bonne résistance aux impacts ponctuels. [0022] On entend par alliage à base de titane, des alliages dont la 20 teneur massique en titane est majoritaire. On comprend que le titane est donc l'élément dont la teneur massique dans l'alliage est la plus élevée. L'alliage à base de titane a par exemple une teneur massique d'au moins 50% de titane, de préférence d'au moins 70% de titane, encore plus préférentiellement d'au moins 80% de titane. 25 Brève description des dessins [0023] L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de 30 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 d'une aube 35 tournante de la soufflante du turboréacteur de la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'aube ; 3039855 5 - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un bouclier de bord d'attaque de l'aube de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale, suivant le plan IV- IV, du bouclier de la figure 3 ; 5 - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une aube tournante de la soufflante du turboréacteur de la figure 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'aube ; et - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une aube tournante de la soufflante du turboréacteur de la figure 1 selon un 10 troisième mode de réalisation de l'aube. Description détaillée de l'invention [0024] La figure 1 illustre un turboréacteur à double flux 1 comprenant 15 un groupe générateur de gaz 2 et une soufflante 3. Cette soufflante 3 comprend une pluralité d'aubes tournantes 4, arrangées radialement autour d'un axe central X, et profilées aérodynamiquement de manière à impulser l'air par leur rotation. Ainsi, comme illustré sur la figure 2, chaque aube 4 présente un bord d'attaque 5, un bord de fuite 6, un extrados 7 et 20 un intrados 8. [0025] En fonctionnement normal, le vent relatif est sensiblement orienté vers le bord d'attaque 5 de chaque aube 4. Ainsi, ce bord d'attaque 5 est particulièrement exposé aux impacts. En particulier quand l'aube 4 comprend un corps d'aube 9 en matériau composite, notamment 25 à matrice polymère renforcée par des fibres, il convient donc de protéger le bord d'attaque 5 avec un bouclier 10 intégré à chaque aube. [0026] Les figures 3 et 4 illustrent ce bouclier 10 qui présente une ailette intrados 11, une ailette extrados 12 et une section centrale 13 plus épaisse, destinée à chevaucher un bord du corps d'aube 9 et reliant 30 l'ailette intrados 11 et l'ailette extrados 12. Les ailettes intrados et extrados 11, 12 assurent le positionnement du bouclier 10 sur le corps d'aube 9. [0027] Le bouclier 10 comporte également une extrémité radialement interne 14 et une extrémité radialement externe 15. Comme on peut le 35 voir sur la figure 2, les projections orthogonales de l'extrémité radialement interne 14 et de l'extrémité radialement externe 15 du bouclier 10 sur une 3039855 6 droite passant par l'axe de rotation du rotor et ayant au moins une intersection avec l'aube 4 définissent une hauteur radiale H de bouclier 10, définissant une hauteur de référence de ce bouclier 10. [0028] A l'opposé de la section centrale 13, les ailettes intrados et 5 extrados 11, 12 comportent chacune un bord libre 18. La largeur L de chaque ailette 11, 12 est définie entre le corps central 13 et chaque bord libre 18. [0029] Le bouclier de bord d'attaque 10 est principalement métallique, et plus spécifiquement en alliage à base de titane, comme par exemple le 10 TA6V (Ti-6AI-4V). Le bouclier de bord d'attaque 10 pourrait également être en acier ou en alliage à base de fer, de chrome et de nickel comme par exemple les Inconels. [0030] Sur la figure 2, le bouclier de bord d'attaque 10 comporte une extrémité radialement interne 14 et une extrémité radialement externe 5 15 et une hauteur radiale H, la deuxième colle 17 est disposée sur 35% de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement externe 15, c'est-à-dire sur les derniers 65% de la hauteur radiale H du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement interne 14. 20 [0031] Ainsi, comme la première colle 16 a un module de Young E1 supérieur au module de Young E2 de la deuxième colle 17, un collage structurel est assuré entre le bouclier de bord d'attaque 10 et le corps d'aube 4 sur la partie de la hauteur radialement interne du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement interne 14 25 couverte par la première colle 16. [0032] En outre, comme la deuxième colle 17 a un facteur d'intensité de contrainte critique KIC,2 et un taux de restitution d'énergie GIC,2 respectivement supérieurs au facteur d'intensité de contrainte critique Kic,i et au taux de restitution d'énergie Gic,i de la première colle 16, la partie 30 de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement externe 15 couverte par la deuxième colle 17 permet de mieux absorber les impacts et d'éviter un décollement du bouclier de bord d'attaque 4 du corps d'aube 9. [0033] Sur la figure 5, on a représenté une aube 4 dans laquelle, la 35 deuxième colle 17 est disposée sur la largeur de chaque aile prise à partir 3039855 7 de chaque bord libre 18, par exemple sur 20% de la largeur de chaque aile. [0034] Sur la figure 6, le bouclier de bord d'attaque 10 est assemblé sur le corps d'aube 9 par un film continu de colle, la deuxième colle 17 5 étant disposée sur une partie des 50% de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement externe 15' c'est-à-dire sur les derniers 50% de la hauteur radiale H du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement interne 14, et dans cet exemple sur 10 °A) de la largeur de chaque aile 11, 12 prise à 10 partir de chaque bord libre 18. Ou inversement, la deuxième colle 17 est disposée sur une partie des 10% de la largeur de chaque aile 11, 12 prise à partir de chaque bord libre 18, cette partie étant égale à 50% de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement externe 15, c'est-à-dire sur les derniers 50% de la hauteur du 15 bouclier de bord d'attaque 10 en partant de l'extrémité radialement interne 14. [0035] Ainsi, on assure un collage structurel sur toute la hauteur H du bouclier de bord d'attaque 10 et on utilise la deuxième colle 17 près des bords libres 18 des ailettes intrados 11 et extrados 12. Aussi, si des 20 impacts sont reçus par la partie radialement externe du bouclier de bord d'attaque 10, même si des fissurations apparaissent entre le bouclier de bord d'attaque 10 et le corps d'aube 9 dans la partie radialement externe du bouclier de bord d'attaque 10, le bouclier de bord d'attaque 10 est fermement maintenu sur le corps d'aube 9 grâce à la bande constituée de 25 la deuxième colle 17 localisée près de chaque bord libres 18 du bouclier de bord d'attaque 10. La largeur de cette bande de colle est suffisante que pour garantir la fonction de rétention du bouclier de bord d'attaque 10 sur le corps d'aube 9. [0036] La première colle 16 peut être une colle thermodurcissable. 30 Aussi, une fois la première colle 16 a pris, il n'est pas possible de décoller le bouclier de bord d'attaque 10 du corps d'aube 9 en chauffant l'aube 4. Sous l'effet d'impacts, la ténacité de la première colle étant inférieure à la ténacité de la deuxième colle, des fissures peuvent apparaitre et entraîner à terme un décollement du bouclier. 35 [0037] La deuxième colle 17 peut être une colle thermoplastique. Ce type de colle a l'avantage d'avoir des valeurs de la ténacité qui sont 3039855 8 supérieures aux valeurs de ténacité des colles thermodurcissables. Aussi, bien que le collage obtenu à l'aide d'une colle thermoplastique peut être réversible en chauffant la pièce au-delà d'une température seuil propre à chaque colle thermoplastique, cette deuxième colle 17 permet de mieux 5 absorber les chocs et d'éviter la dégradation du collage entre le bouclier de bord d'attaque 10 et le corps d'aube 9. [0038] La colle commercialisée par 3M sous la référence AF191 est un exemple de colle pouvant être utilisée comme première colle. C'est une colle thermodurcissable dont le module de Young E1 est égal à 100 MPa, 10 dont le facteur d'intensité de contrainte critique Kic,i est d'environ 1 MPa/m1"2 et dont le taux de restitution d'énergie Gic,i est d'environ 0.2 Id/m2. [0039] Le polyétheréthercétone aussi connu sous l'acronyme PEEK pour PolyEtherEtherKetone en anglais, est un exemple de colle pouvant 15 être utilisée comme deuxième colle. C'est une colle thermoplastique dont le module de Young E2 est égal à 3,6 GPa, dont le facteur d'intensité de contrainte critique Kjc,2 est supérieur à 2 MPa/m1/2 et dont le taux de restitution d'énergie Gic,i est supérieur à 1 1(.1/m2. [0040] Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à 20 plusieurs exemples de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des 25 modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. REVENDICATIONS1. Aube (4) comprenant un corps d'aube (9) en matériau composite à matrice en polymère renforcée par des fibres et un bouclier 5 de bord d'attaque (10) en un matériau ayant une meilleure résistance aux impacts ponctuels que le matériau composite du corps d'aube, caractérisé en ce que le bouclier de bord d'attaque (10) est assemblé au corps d'aube (9) au moyen d'une première colle (16) et d'une deuxième colle (17), les deux colles (16, 17) étant disposées entre le corps d'aube (9) et le 10 bouclier de bord d'attaque (10), les deux colles (16, 17) formant un film continu entre le corps d'aube (9) et le bouclier de bord d'attaque (10), la deuxième colle (17) ayant un facteur d'intensité de contrainte critique (Kic,2) et un taux de restitution d'énergie (Gic,2) supérieurs respectivement à un facteur d'intensité de contrainte critique (Kic,i) et à un taux de 15 restitution d'énergie (Gic,i) de la première colle (16). 2. Aube (4) selon la revendication 1, dans lequel la première colle (16) a un module de Young (El) supérieur au module de Young (E2) de la deuxième colle (17). 3. Aube (4) selon la revendication 1 ou 2, le bouclier de bord 20 d'attaque (10) comportant une extrémité radialement interne (14) et une extrémité radialement externe (15) et une hauteur radiale (H) définie entre ces deux extrémités (14, 15), la deuxième colle (17) étant disposée au moins sur une partie radialement externe du bouclier de bord d'attaque (10), de préférence sur les derniers 50% de la hauteur radiale du bouclier 25 de bord d'attaque en partant de l'extrémité radialement interne, encore plus préférentiellement sur les derniers 65% de la hauteur radiale du bouclier de bord d'attaque en partant de l'extrémité radialement interne. 4. Aube (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le bouclier de bord d'attaque comporte une aile intrados (11) 30 reliée à une aile extrados (12) par un corps central (13), chaque aile comprenant un bord libre (18) et une largeur d'aile (L) définie entre le corps central (13) et chaque bord libre (18), la deuxième colle étant disposée au moins sur une partie de la largeur de chaque aile prise à partir de chaque bord libre, de préférence sur 20% de la largeur de 35 chaque aile, encore plus préférentiellement sur 10% de la largeur de chaque aile. 3039855 10 5. Aube (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première colle (16) est une colle thermodurcissable et la deuxième colle (17) est une colle thermoplastique. 6. Aube (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le facteur d'intensité de contrainte critique (Kic,2) de la deuxième colle (17) est supérieur ou égal à 1.5 MPa/m1/2, de préférence supérieur ou égal à 2 MPa/m1/2. 7. Aube (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le taux de restitution d'énergie (Gic, 2) de la 10 deuxième colle (17) est supérieur ou égal à 0.3 kJ/m2, de préférence supérieur ou égal à 1 kJ/m2. 8. Aube (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le bouclier de bord d'attaque est en alliage à base de titane.