Brevet FR3085414A1 — publié le 20200306

Arrière-plan de l'invention Le domaine de l'invention est celui des turbomachines et plus particulièrement celui des aubes de soufflantes en matériau composite à matrice organique renforcée par des fibres dont le bord d'attaque comporte un renfort structurel métallique et la présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fixation de ce renfort structurel métallique sur la pale en matériau composite de l'aube. On rappelle que le bord d'attaque correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'air d'intrados et en un écoulement d'air extrados. Par opposition, le bord de fuite correspond à la partie postérieure d'un profil aérodynamique où se rejoignent les écoulements intrados et extradas. La figure 5 est une vue latérale d'une aube, par exemple une aube de soufflante d'une turbomachine, comportant un renfort structurel de bord d'attaque conforme à l'état de l'art. L'aube 10 comporte une pale à surface aérodynamique 12 solidaire d'un pied 14 et s'étendant selon une première direction axiale 16 entre un bord d'attaque 18 et un bord de fuite 20 et selon une deuxième direction radiale 22 sensiblement perpendiculaire à la première direction 16 entre ce pied 14 et une tête d'aube 24. Les faces latérales de la pale 12 qui relient le bord d'attaque 18 au bord de fuite 20 constituent donc les faces extrados 26 et intrados 28 de l'aube. Classiquement, la pale 12 est réalisée en un matériau composite à matrice organique renforcée par des fibres. A titre d'exemple, le matériau composite utilisé peut être composé par un assemblage de fibres tissées de carbone et d'une matrice de résine époxyde, l'ensemble étant formé par moulage au moyen d'un procédé connu d'injection de résine de type RTM (pour "Resin Transfer Molding"). Les aubes de turbomachine, et notamment les aubes de soufflante, subissant d'importantes contraintes, notamment mécaniques, l'aube 10 comporte également un renfort structurel 30 collé au niveau du bord d'attaque 18 de la pale et qui s'étend sur toute la hauteur du profil aérodynamique à la fois selon la première direction 16 au-delà de ce bord 2 d'attaque et selon la deuxième direction 22 entre le pied 14 et la tête 24 de l'aube, comme mentionné par exemple dans la demande EP1908919 déposée au nom de la demanderesse. Comme le montre la figure 6, le renfort structurel 30 épouse la 5 forme arrondie du bord d'attaque 18 de la pale 12 de l'aube 10 qu'il prolonge pour former le bord d'attaque de l'aube 32. De façon classique, ce renfort structurel 30 est avantageusement une pièce monobloc comportant une section sensiblement en forme de V présentant une base ou nez 34 dont le profil externe forme le bord d'attaque de l'aube 32 et le 10 profil interne arrondi est apte à épouser la forme arrondie du bord d'attaque 18 de la pale 12. Cette base est prolongée par deux flancs latéraux ou ailettes 36A et 36B épousant respectivement l'intrados 26 et l'extrados 28 de l'aube et présentant un profil effilé ou aminci en direction du bord de fuite de l'aube. La liaison entre le renfort structurel 30 et la 15 pale 12 est effectuée classiquement par un joint de colle 38 de propriétés connues (mais dont l'épaisseur est ici exagérée dans le seul but du dessin), typiquement une colle époxyde ou cyanoacrylate. Le renfort structurel 30 est principalement une pièce métallique, préférentiellement en alliage à base titane de type TA6V, réalisée à partir 20 d'une préforme obtenue depuis un simple barreau métallique et d'une succession d'étapes de forge, comme décrit notamment dans la demande FR2961866 également déposée au nom de la demanderesse. Ce matériau présente en effet une grande capacité d'absorption de l'énergie due aux chocs. Il peut cependant aussi être en acier ou en un alliage à base de fer, 25 de nickel et de chrome connu sous la marque Inconel. Un tel renfort structurel métallique permet de protéger l'aube en matériau composite lors d'un impact d'un corps étranger sur la soufflante, tel que par exemple un oiseau, de la grêle ou bien encore des cailloux notamment en phase de décollage ou d'atterrissage. 30 Toutefois, ces impacts (correspondant à des chargements mécaniques sur l'aube) génèrent des concentrations de contraintes dans la colle et facilitent l'initiation de décollements qui, par effets de bords, vont ensuite se propager à la pale aux extrémités du renfort structurel métallique, provoquant des risques de délaminage, de rupture de fibre ou 35 encore d'endommagement par décohésion fibre/matrice. Ces décollements peuvent aussi continuer à se propager lors d'autres impacts ou sous 3 chargement de fatigue vibratoire et perturber le flux d'air, dégradant les performances et la poussée de la turbomachine qui peut alors descendre en deçà de 75% de sa poussée initiale, seuil considéré comme dangereux pour la tenue en vol de l'aéronef intégrant la turbomachine concernée. 5 L'aube de soufflante ainsi endommagée doit alors être réparée rapidement voire remplacée lors d'une opération de maintenance, ce qui impact fortement la disponibilité de l'aéronef. Objet et résumé de l'invention 10 Dans ce contexte, l'invention vise à pallier les inconvénients précités des renforts structurels à ailettes collées actuels en proposant une aube de turbomachine dont le renfort structurel métallique évite ces décollements problématiques résultant d'un impact d'un corps étranger sur la soufflante. 15 Ce but est atteint grâce à une aube de turbomachine comportant une pale à surface aérodynamique s'étendant selon une première direction entre un bord d'attaque et un bord de fuite et selon une deuxième direction, sensiblement perpendiculaire à ladite première direction, entre un pied de l'aube et un sommet de l'aube, ladite pale 20 étant réalisée en un matériau composite à matrice organique renforcée par des fibres, et un renfort structurel métallique collé par un joint de colle sur ledit bord d'attaque de la pale, caractérisée en ce que ledit renfort structurel métallique est constitué d'une partie pleine ou nez sans prolongement d'ailettes épousant ladite surface aérodynamique et dont la 25 fixation à ladite pale avant collage est assurée par un assemblage à tenons et mortaises s'étendant sensiblement selon ladite première direction. Ainsi, en supprimant les classiques ailettes intrados et extrados, le problème posé par leur décollement est supprimé et l'adjonction d'un 30 assemblage à tenon/mortaise renforce la liaison entre le bord d'attaque et la pale de l'aube. Selon un premier mode de réalisation considéré, ledit assemblage est constitué d'une succession d'inserts métalliques répartis selon la deuxième direction sur une hauteur du bord d'attaque et formant 35 lesdits tenons, ces inserts métalliques se logeant dans des évidements correspondant de ladite pale formant lesdites mortaises. Lesdits tenons ne 4 comportent pas d'angles vifs et présentent typiquement une forme ovale ayant une section allongée selon la deuxième direction. Selon un second mode de réalisation considéré, ledit assemblage est constitué d'une succession d'évidements répartis selon la 5 deuxième direction sur une hauteur du bord d'attaque et formant lesdites mortaises, ces évidements recevant des inserts composites correspondant de ladite pale formant lesdits tenons. De préférence, lesdits inserts (métalliques ou composites) présentent selon la deuxième direction une hauteur de l'ordre de 30 mm 10 et leur espacement est de l'ordre de la moitié de leur hauteur. Avantageusement, lesdits inserts métalliques ou composites présentent selon une troisième direction perpendiculaire à la fois à ladite première direction et à ladite deuxième direction une largeur de l'ordre de 1/3 de la largeur totale dudit renfort structurel métallique ou de ladite 15 pale. De préférence, les parties latérales intrados et extrados de ladite pale de chaque côté desdits inserts ou évidements présentent selon une troisième direction perpendiculaire à la fois à ladite première direction et à ladite deuxième direction une épaisseur restante d'au moins 2 mm. 20 Avantageusement, lesdits inserts présentent selon la première direction une longueur REVENDICATIONS1. Aube de turbomachine comportant une pale (12, 42) à surface aérodynamique s'étendant selon une première direction (16) entre un bord d'attaque (18) et un bord de fuite (20) et selon une deuxième direction (22), sensiblement perpendiculaire à ladite première direction, entre un pied de l'aube (14) et une tête d'aube (24), ladite pale (12, 42) étant réalisée en un matériau composite à matrice organique renforcée par des fibres, et un renfort structurel métallique (30, 40) collé par un joint de colle (38, 46) sur ledit bord d'attaque de la pale, caractérisée en ce que ledit renfort structurel métallique est constitué d'une partie pleine ou nez (48) sans prolongement d'ailettes épousant ladite surface aérodynamique et dont la fixation à ladite pale avant collage est assurée par un assemblage (44) à tenons (50, 62) et mortaises (52, 60) s'étendant sensiblement selon ladite première direction. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit assemblage est constitué d'une succession d'inserts métalliques (52) répartis selon la deuxième direction (22) sur une hauteur du bord d'attaque et formant lesdits tenons, ces inserts métalliques se logeant dans des évidements correspondant (52) de ladite pale formant lesdites mortaises. 3. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit assemblage est constitué d'une succession d'évidements (60) répartis selon la deuxième direction (22) sur une hauteur du bord d'attaque et formant lesdites mortaises, ces évidements recevant des inserts composites correspondant (62) de ladite pale formant lesdits tenons. 4. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits tenons présentent une forme ovale ayant une section allongée selon la deuxième direction (22). 5. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 35 caractérisée en ce que lesdits tenons ne comportent pas d'angles vifs 9 6. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits tenons présentent selon la deuxième direction (22) une hauteur de l'ordre de 30 mm et leur espacement est de l'ordre de la moitié de leur hauteur. 5 7. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits tenons présentent selon une troisième direction perpendiculaire à la fois à ladite première direction et à ladite deuxième direction une largeur de l'ordre de 1/3 de la largeur totale dudit 10 renfort structurel métallique ou de ladite pale. 8. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les parties latérales intrados et extrados de ladite pale de chaque côté desdits tenons ou mortaises présentent selon une 15 troisième direction perpendiculaire à la fois à ladite première direction et à ladite deuxième direction une épaisseur restante d'au moins 2 mm. 9. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdits tenons présentent selon la première 20 direction (16) une longueur 10. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la largeur des tenons évolue en fonction de leur 25 position sur la hauteur de la pale de manière que les tenons soient plus larges du côté du pied de l'aube et plus fins du côté de la tête de l'aube. 11. Aube selon l'une quelconque des revendications 1. à 10, constituant une aube de soufflante de turbomachine. 30 12. Turbomachine comportant au moins une aube selon la revendication 11.