Brevet FR3066714A1 — publié le 20181130

La présente invention se rapporte à une structure fibreuse circulaire à lobes, ainsi qu'à une pièce tubulaire à lobes incorporant cette structure fibreuse. Une telle pièce peut être utilisée notamment dans l'aéronautique : un exemple d'une telle pièce est un mixeur de flux destiné à équiper le bord de fuite d'une tuyère de turboréacteur à double flux, séparant les flux d'air chaud et froid, afin de favoriser le mélange de ces flux afin d'augmenter la poussée et de réduire les émissions sonores. Un tel mixeur de flux présente sensiblement une symétrie axiale autour de l'axe principal du turboréacteur, et comporte typiquement en amont (par rapport 10 au sens d'écoulement de l'air) une virole circulaire, et en aval des lobes qui s'accroissent jusqu'au bord de fuite. Dans la technique antérieure, un tel mixeur de flux est obtenu à partir d'une pluralité de nappes de fibres qui se chevauchent au moins en partie, ce qui nécessite des découpages multiples (et donc de nombreuses chutes) et une mise en 15 oeuvre complexe à la main. De surcroît, le chevauchement des différentes nappes engendre un surpoids, ainsi que des imperfections aérodynamiques, ce qui est préjudiciable en termes de consommation de carburant et d'acoustique. La présente invention vise à résorber ces inconvénients de la technique 20 antérieure. La présente invention fournit à cet effet une structure fibreuse circulaire à lobes, remarquable en ce qu'elle est formée d'un seul tenant, et en ce que ses fibres présentent une orientation constante par rapport à l'axe longitudinal de ladite structure, dans tout plan transversal audit axe. 25 Dans le cadre de la présente invention, le terme « circulaire » ou « tubulaire » doit s'entendre comme une structure s'étendant sur une partie ou sur la totalité d'une circonférence. Grâce aux caractéristiques de la structure fibreuse selon l'invention, on peut s'affranchir d'une mise en oeuvre d'une pluralité de nappes de fibres comme 30 c'était le cas dans l'état de la technique, et ainsi gagner en rapidité de mise en oeuvre, en coût, et en performances en vol. De plus, l'orientation constante des fibres par rapport à l'axe longitudinal de la structure permet de maîtriser complètement les chemins d'effort à l'intérieur de la structure, et ainsi d'optimiser la conception de la pièce finale, notamment en 35 termes de poids. 3066714 2 Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la structure fibreuse selon l'invention, prises seules ou en combinaison : - cette structure comprend entre deux lobes et jusqu'à une pluralité de lobes, 5 cette structure comprend des lobes de formes différentes. cette structure comprend des fibres longitudinales inclinées par rapport audit axe longitudinal, l'inclinaison desdites fibres longitudinales par rapport audit axe varie selon la position dudit plan transversal, cette structure comprend une densité circonférentielle constante ou variable de fibres longitudinales, cette structure comprend une densité longitudinale constante ou variable de fibres circonférentielles, le ou les matériaux formant lesdites fibres sont choisis dans le groupe comprenant le verre, le basalte, le carbone, le carbure de silicium, les oxydes d'aluminium, les aluminosilicates, cette structure est obtenue par tissage ou par enroulement filamentaire. La présente invention se rapporte également à une pièce en composite 20 obtenue à partir d'une structure conforme à ce qui précède, prise dans une matrice. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la pièce selon l'invention, prises seules ou en combinaison : cette pièce comprend des lobes présentant des formes différentes, cette pièce comprend des lobes dont les hauteur et forme sont 25 variables donnant un périmètre variable suivant la position du plan transversal, le périmètre de la pièce dans la zone des lobes est plus grand que la plus petite circonférence de la pièce dans la zone sans lobes. La présente invention se rapporte également à un mixeur de flux pour 30 turboréacteur d'aéronef, remarquable en ce qu'il est formé d'une pièce conforme à ce qui précède. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une structure fibreuse tubulaire à lobes, dans lequel on tisse cette structure fibreuse autour d'un mandrin d'appel présentant une forme correspondant à celle de cette 35 structure fibreuse. 3066714 3 Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de ce procédé selon l'invention, on déroule la structure fibreuse susmentionnée de son mandrin d'appel, et on la déploie et l'enroule sur un outil dont la forme correspond à celle de ladite pièce. 5 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lequelles : la figure 1 représente en perspective un mixeur de flux pour turboréacteur selon l'invention, 10 la figure 2 représente en perspective une partie d'une structure fibreuse couvrant deux lobes, pour réaliser une pièce tubulaire à lobes, la figure 3 représente une variante de structure fibreuse à fibres inclinées, 15 la figure 4 représente une variante d'une partie de structure fibreuse pour mixeur de flux, comprenant des lobes de formes et de hauteurs différentes, la figure 6 illustre un procédé de fabrication d'une structure fibreuse de la figure 2 ou 4, et la figure 5 illustre un procédé de fabrication d'une structure fibreuse à fibres inclinées de la figure 3. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. On a représenté, sur la figure 1, un mixeur pour turboréacteur d'aéronef, 25 centré autour d'un axe longitudinal A. Un tel mixeur comprend typiquement une partie amont 1 (par rapport au sens de l'écoulement de l'air en fonctionnement, indiqué par la flèche F) de section transversale sensiblement circulaire, et une partie aval 3 présentant des creux 5 et des bosses 7, couramment désignés par le terme « lobes » 9. 30 Un tel mixeur est destiné à être disposé sur le bord de fuite de la tuyère séparant le flux d'air froid du flux d'air chaud d'un turboréacteur d'aéronef à double flux, afin de réaliser un meilleur mélange de ces deux flux, et ainsi améliorer les performances acoustiques et de consommation du moteur. Selon l'invention, ce mixeur est réalisé en matériau composite 35 comprenant une matrice (pouvant être à base de céramique par exemple) 3066714 4 emprisonnant au moins une structure fibreuse 11, cette structure fibreuse 11 s'étendant sur au moins deux lobes du mixeur, comme cela est visible à la figure 2. De préférence, cette structure fibreuse 11 s'étend sur la totalité des lobes du mixeur, en en faisant éventuellement plusieurs tours : de la sorte, on réalise 5 la structure fibreuse du mixeur d'un seul tenant, ce qui évite de découper et superposer partiellement des nappes de structure fibreuse comme c'était le cas dans la technique antérieure. Comme visible à la figure 2, les fibres longitudinales 13 peuvent être 10 parallèles à l'axe A, et les fibres circonférentielles 15 sont contenues dans des plans transversaux P perpendiculaires à cet axe. En variante, comme visible à la figure 3, les fibres longitudinales 13 sont inclinées par rapport à l'axe A. Cette inclinaison peut être constante sur toute la longueur de ces fibres 15 longitudinales, ou bien varier sur cette longueur, tout en demeurant constante dans tout plan transversal P. Cette inclinaison peut aller typiquement jusqu'à 45 degrés. Sur les figures 2 et 3, les lobes de la structure fibreuse 11 sont identiques, mais on peut aussi envisager que ces lobes soient tous ou en partie différents les uns 20 des autres, comme cela est visible à la figure 4. De préférence, mais de manière non limitative, la densité circonférentielle de fibres longitudinales 13 est constante. De préférence, mais de manière non limitative, la densité longitudinale de fibres circonférentielles 15 est constante. De manière optionnelle, et comme cela est visible notamment sur la figure 1 ci-annexée, le périmètre de la pièce dans la zone des lobes est plus grand que la plus petite circonférence de la pièce dans la zone des lobes. Le ou les matériaux formant lesdites fibres 13, 15 sont choisis de préférence dans le groupe comprenant le verre, le basalte, le carbone, le carbure de silicium, les oxydes d'aluminium ou les aluminosilicates. La structure fibreuse 11 peut être obtenue par tissage ou enroulement filamentaire. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une structure fibreuse tubulaire à lobes, dans lequel on tisse cette structure fibreuse 35 autour d'un mandrin d'appel présentant une forme correspondant à celle de cette structure fibreuse. 3066714 5 On a représenté sur la figure 5, de manière schématique, un procédé de fabrication de la structure fibreuse 11 de la figure 3. Comme cela est visible sur les figures 5 et 6, on dispose à la sortie d'un métier à tisser (non représenté) un mandrin d'appel 17 qui est une sorte de bobine de 5 forme particulière sur laquelle viennent s'enrouler les fils de chaîne et de trame sortant du métier à tisser. Les fils de chaîne sont destinés à former les fibres longitudinales 13 de la structure fibreuse 11, et les fils de trame sont destinés à former les fibres circonférentielles 15 de cette structure fibreuse. 10 Du fait de sa forme particulière, allant progressivement d'une section circulaire 19 vers une section oblongue 21, le mandrin d'appel 17 permet de tirer à des vitesses différentes les fils de chaîne sortant du métier à tisser, et ainsi de constituer une structure fibreuse qui, une fois déroulée de ce mandrin, peut être déployée et enroulée sur un outil dont la forme correspond à celle du mixeur à 15 obtenir. Sur la figure 6, on a représenté une variante du procédé selon l'invention, dans laquelle on utilise un mandrin d'appel asymétrique 17 permettant de réaliser une structure fibreuse à lobes différents, comme cela est le cas de la structure fibreuse représentée à la figure 4. 20 Sur la figure 5, on a représenté une variante du procédé selon l'invention, dans laquelle la préforme comporte des fibres longitudinales inclinées, lesquelles ont été enroulées inclinées sur le mandrin d'appel 17. De préférence, la pièce tubulaire à lobes de la figure 1 est constituée par plusieurs couches de préformes selon l'invention, lesquelles peuvent être d'un seul 25 type ou de plusieurs types différents. Sur la figure 1 sont présentées successivement sur la circonférence du mixer, un partie de préforme fibreuse selon l'invention comportant des fibres circonférentielles et des fibres longitudinales inclinées vers la droite, une partie de préforme fibreuse selon l'invention comportant des fibres circonférentielles et des fibres longitudinales sensiblement parallèles à l'axe A de la 30 pièce tubulaire, et une partie de préforme fibreuse selon l'invention comportant des fibres circonférentielles et des fibres longitudinales inclinées vers la gauche. Ainsi par superposition de préformes fibreuses selon différents types contenant des fibres dans différentes directions, on optimise la raideur et la résistance de la structure composites du mixer. En fonction de la répétition de forme des lobes de la pièce tubulaire, chaque préforme fibreuse peut couvrir de 2 lobes ou jusque un tour complet ou plus 3066714 6 d'un tour de la pièce tubulaire. Notamment, si les lobes sont identiques ou si un sur deux sont identiques, on pourra constituer un tour complet au moins de la pièce à lobes avec une même préforme. Avant ou après enroulement sur l'outil en forme finale, les structures 5 fibreuses 11 sont imprégnées du matériau destiné à former la matrice du composite. S'ensuit la consolidation de la matrice pour rigidifier la pièce. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVENDICATIONS1. Structure fibreuse (11) tubulaire à lobes (9), caractérisée en ce qu'elle est formée d'un seul tenant sur au moins deux lobes, et en ce que ses fibres (13, 15) présentent une orientation constante par rapport à l'axe longitudinal (A) de ladite 5 structure, dans tout plan (P) transversal audit axe. 2. Structure fibreuse (11) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend entre deux lobes (9) et jusqu'à une pluralité de lobes. 3. Structure fibreuse (11) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des lobes (9) de formes différentes. 10 4. Structure fibreuse (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des fibres longitudinales (13) inclinées par rapport audit axe longitudinal (A). 5. Structure fibreuse (11) selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'inclinaison desdites fibres longitudinales (13) par rapport audit axe (A) varie selon la 15 position dudit plan transversal (P). 6. Structure fibreuse (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce quelle comprend une densité circonférentielle constante de fibres longitudinales (13). 7. Structure fibreuse (11) selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une densité longitudinale constante de fibres circonférentielles (15). 8. Structure fibreuse (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les matériaux formant lesdites fibres (13, 15) sont choisis dans le groupe comprenant le verre, le basalte, le carbone, le carbure 25 de silicium, les oxydes d'aluminium, les aluminosilicates. 9. Structure fibreuse (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par tissage ou par enroulement filamentaire. 10. Pièce en composite obtenue à partir d'au moins une structure 30 fibreuse conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, prise dans une matrice. 11. Pièce en composite selon la revendication 10 obtenue à partir d'au moins deux structures fibreuses différentes conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 9, prises dans une matrice. 3066714 8 12. Pièce en composite selon l'une des revendications 10 ou 11, obtenue à partir d'au moins une structure fibreuse conforme aux revendications 1 et 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des lobes (9) présentant des formes différentes. 13. Pièce en composite selon l'une des revendications 10 et 11, 5 caractérisée en ce qu'elle comprend des lobes (9) dont les hauteurs sont variables suivant la position dudit plan transversal (P). 14. Mixeur de flux pour turboréacteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est formé d'une pièce conforme à l'une quelconque des revendications 10 à 13. 15. Procédé de fabrication d'une structure fibreuse tubulaire (11) à lobes 10 (9) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on tisse cette structure fibreuse(11) autour d'un mandrin d'appel (17) présentant une forme correspondant à celle de cette structure fibreuse (11). 16. Procédé de fabrication d'une pièce en composite conforme à l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel on déroule la structure fibreuse 15 (11) selon la revendication 15 de son mandrin d'appel (17), et on la déploie et l'enroule sur un outil dont la forme correspond à celle de ladite pièce.