Brevet FR3081915A1 — publié le 20191206

TITRE AUBE DE TURBOREACTEUR COMPORTANT DES LECHETTES PROLONGEANT LES EXTREMITES DE SON TALON DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la fabrication d'une aube de turboréacteur, et plus généralement d'une aube de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée par laquelle l'air est aspiré dans un compresseur basse pression ou soufflante avant d'être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire circule dans un espace appelé veine primaire délimité par un rotor et par une structure de révolution interne du moteur entourant ce rotor, et il traverse des éléments rotatifs comportant des roues aubagées portées par le rotor et des éléments fixes de type redresseurs et distributeurs. La structure interne est délimitée par des carters comprenant un carter de compresseur basse et haute pression, un carter de veine primaire, un carter de turbine basse et haute pression, et un carter d'échappement. Le flux secondaire circule dans un espace appelé veine secondaire qui s'étend radialement entre la structure interne et une structure externe appelée carène ou nacelle, qui entoure la structure interne. Après avoir été mis en mouvement par la soufflante et avoir traversé des pales fixes dénommées OGV (outlet guide vanes en anglais), ce flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour générer une poussée. Après avoir traversé la soufflante, le flux primaire traverse quant à lui un compresseur haute pression, une chambre de combustion puis des turbines haute pression et basse pression pour entraîner la soufflante, avant d'être propulsé hors du moteur. Une telle turbine comporte des étages incluant chacun une série d'aubes portées par un disque de rotor, et entourée par une portion de carter. 2 L'étanchéité est assurée par un joint de type labyrinthe comportant un matériau abradable porté par le carter, et des léchettes qui s'étendent à l'extrémité radiale de chaque aube pour coopérer avec le matériau abradable. Chaque léchette peut coopérer par contact ou en étant disposée à faible jeu vis-à-vis du matériau abradable pour limiter 5 la circulation d'air entre les léchettes et le matériau abradable. Comme visible sur la figure 1, une telle aube 1 comporte un pied 2 par lequel elle est solidarisée au disque qui la porte, une pale 3 prolongeant ce pied 2 selon une direction radiale dite d'envergure EV, et un talon 4 terminant la pale 3. Le talon 4 comporte une plateforme 6 normale à la direction EV, qui 10 porte deux léchettes 7 et 8, ayant chacune une forme de paroi dépassant de la plateforme 6. Les léchettes 7 et 8 sont espacées l'une de l'autre le long de l'axe de rotation AX du moteur, et elles s'étendent orthoradialement par rapport à cet axe pour être situées en regard d'un élément abradable 9 visible sur la figure 2. Une telle aube mobile a une ainsi une forme complexe, en particulier au 15 niveau de son talon 4 ayant en section une forme s'apparentant à la lettre n inversée, alors qu'elle est fabriquée par fonderie ce qui induit des problèmes de fabrication. D'une part la présence des léchettes et de la plateforme induit des fortes variations d'épaisseur de moulage comme illustré par les cercles C sur la figure 3. Ces variations d'épaisseur et la nécessité d'amener la coulée par les 20 léchettes conduisent à une porosité importante dans la région du talon, au niveau des extrémités 11 et 12 de la plateforme, encore appelés becquets, et au niveau de la base des léchettes 7 et 8, ces zones étant repérées par P sur la figure 4. En pratique, les zones de porosité apparaissent dans les portions à forte variation d'épaisseur et dans les régions d'amenée du matériau de coulée, ce qui est le 25 cas des léchettes. Ces zones de porosité élevée correspondent à une proportion trop importante de cavités, de retassures ou de microretassures, qui réduisent localement la tenue mécanique. Il a été envisagé dans le document de brevet FR2961845 de fabriquer de telles aubes à partir d'une préforme en fibres noyée dans une matrice de type céramique, afin de s'affranchir des contraintes du moulage. En pratique cette autre solution induit 3 d'autres contraintes de fabrications qui sont telles qu'elle n'aboutit pas à un procédé adapté à un contexte de production à un coût raisonnable. Le but de l'invention est d'apporter une solution permettant de remédier à cet inconvénient. 5 EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet une aube de turbine issue de fonderie, comportant une pale s'étendant selon une direction d'envergure radiale terminée par un talon incluant une plateforme portant au moins une léchette ayant un bord radialement externe destiné à coopérer avec un élément abradable, la plateforme 10 comportant une extrémité amont et une extrémité aval par rapport à un sens de circulation de fluide franchissant l'aube en service, caractérisée en ce que le bord radialement externe de chaque léchette est effilé et en ce qu'au moins une léchette s'étend à partir de l'extrémité amont ou aval de la plateforme en formant un angle par rapport à cette plateforme. 15 Avec cet agencement, le talon présente une forme simplifiée qui facilite son obtention par fonderie. L'invention a également pour objet une aube ainsi définie, dans laquelle le talon comporte deux léchettes qui prolongent respectivement l'extrémité amont et aval de la plateforme. 20 L'invention a également pour objet une aube ainsi définie, comportant une nervure reliant les deux léchettes l'une à l'autre. L'invention a également pour objet une aube ainsi définie, comprenant une léchette amont ou aval prolongeant la plateforme en étant inclinée par rapport à cette plateforme d'un angle compris entre 30° et 180°. 25 L'invention a également pour objet une aube ainsi définie, comprenant une léchette formant un angle plat avec la plateforme. L'invention a également pour objet une aube ainsi définie, dont au moins une léchette présente une épaisseur moyenne correspondant à l'épaisseur moyenne de la plateforme à dix pourcent près. 4 L'invention a également pour objet une aube ainsi définie, dans laquelle la plateforme présente une épaisseur inférieure à un millimètre. L'invention concerne également une turbine comprenant une aube ainsi définie. 5 L'invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine ainsi définie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 déjà décrite est une vue d'ensemble en perspective d'une aube moulée connue ; 10 La figure 2 déjà décrite est une vue latérale d'un talon d'aube connue avec ses léchettes en vis-à-vis d'un élément abradable ; La figure 3 déjà décrite est une vue en coupe d'un talon d'aube connue dans la région d'une léchette montrant les variations d'épaisseur de moulage ; La figure 4 déjà décrite est une vue de dessus d'un talon d'aube 15 connue ; La figure 5 est une vue latérale d'un talon d'aube selon l'invention avec ses léchettes en vis-à-vis d'un élément abradable ; La figure 6 est une vue de dessus d'un talon d'aube selon l'invention ; La figure 7 est une vue en coupe d'un talon d'aube selon l'invention 20 dans la région d'une léchette montrant les variations d'épaisseur de moulage ; La figure 8 est une vue latérale d'un second mode de réalisation d'un talon d'aube selon l'invention avec ses léchettes en vis-à-vis d'un élément abradable ; La figure 9 est une vue de dessus d'un second mode de réalisation d'un talon d'aube selon l'invention ; 25 La figure 10 est une vue en coupe d'un talon d'aube selon l'invention dans la région de sa léchette amont; La figure 11 est une vue en coupe d'un talon d'aube selon l'invention dans la région de sa léchette aval. 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée à la base de l'invention est de décaler les léchettes pour les situer aux extrémités de la plateforme du talon, de façon à constituer des prolongements de cette plateforme, et non pas des éléments dépassant d'une face de celle-ci. Ceci permet 5 de limiter les variations d'épaisseur qu'introduit la présence des léchettes, et par là- même les défauts de coulée qui en résultent. De plus, le fait de décaler la position des léchettes en extrémité de plateforme permet de maintenir la performance de la turbine, voire de l'améliorer en diminuant les fuites du fait de la nouvelle forme de becquet amont. 10 Sur la figure 5, une aube selon l'invention repérée par 13 comporte une pale 14, terminée par un talon 16 comportant une plateforme 17 portant une léchette amont 18 et une léchette aval 19. Ce talon est situé en vis-à-vis d'un élément abradable 21, les léchettes ayant leurs bords radialement externes effilés. En service, cette aube tourne autour d'un axe repéré par AX qui 15 correspond à l'axe longitudinal du moteur qu'elle équipe, en recevant un flux d'air circulant depuis l'amont vers l'aval de ce moteur, l'amont et l'aval étant repérés par AM et AV sur les figures. La pale 14 s'étend selon une direction dite d'envergure, notée EV, qui est perpendiculaire à l'axe AX, et la plateforme 17 s'étend selon une direction générale parallèle à l'axe AX qui est normale à la direction d'envergure EV. 20 La plateforme présente un contour comportant une extrémité amont et une extrémité aval, repérées par BM et BV, rectilignes et parallèles en formes de bords, réunis par deux bords latéraux L1 et L2 parallèles mais courbés selon une forme se rapprochant de celle de la lettre S. Comme visible sur la figure 5, la léchette amont 18 prolonge l'extrémité 25 amont de la plateforme 17 tout en étant inclinée par rapport à celle-ci d'un angle noté A qui est de l'ordre de 1100 dans cet exemple, de sorte qu'elle s'étend vers l'amont AM au-delà de la plateforme tout en étant orientée vers l'élément abradable 21. L'angle A correspond au secteur angulaire entre la direction AX et l'orientation de la léchette 18 mesuré du côté aval de la léchette amont. 6 De manière analogue, la léchette aval 19 prolonge l'extrémité aval de la plateforme 17 en étant inclinée d'un angle noté B dont la valeur est ici de l'ordre de 700 , de sorte qu'elle s'étend elle aussi vers l'amont AM et vers l'élément abradable 21. L'angle B correspond au secteur angulaire s'étendant entre la direction AX et l'orientation de la 5 léchette 19 mesuré du côté amont de la léchette aval. L'inclinaison de la léchette 18 permet de positionner son bord radialement externe au besoin le long de l'axe AX, indépendamment de la position de la base de cette léchette le long de l'axe AX. Autrement dit, la base de la léchette est positionnée à l'extrémité amont de la plateforme, pour limiter les variations d'épaisseur 10 dans le talon, mais son bord radialement externe reste à la position idéale par rapport à l'abradable 21. Il en va de même de la léchette aval 19. Comme visible sur la figure 7, le fait que la léchette amont ait sa base qui prolonge le bord amont de la plateforme, au lieu d'être située sur la face supérieure de cette plateforme 17 permet de limiter les variations d'épaisseur dans le talon. Comme 15 visible sur la figure 7, les cercles C' qui matérialisent l'épaisseur dans le talon de l'aube selon l'invention ont des diamètres très proches les uns des autres, par opposition aux cercles C de l'aube de l'Etat de la technique de la figure 3 dont la variation des diamètres est significativement plus élevée. En pratique, l'invention permet d'avoir une léchette de même épaisseur 20 que la plateforme, alors qu'avec les aubes de l'Etat de la technique issues de moulage, on est contraint à une épaisseur de léchette inférieure à celle de la plateforme (75%) à titre d'ordre de grandeur, pour des raisons de coulabilité du matériau. Ainsi, l'invention permet de réduire la masse de l'aube sans impact sur sa tenue mécanique. Avantageusement, la base de la léchette amont 18 est située au droit du 25 bord d'attaque de la pale 14, et la base de la léchette aval 19 est située au droit du bord de fuite de la pale 14. Dans ces conditions, la coulée du matériau constitutif de l'aube est facilitée du fait que la quantité de chicanes est diminuée entre les portions d'amenée de la coulée, à savoir les léchettes, et le corps de la pale 14. Par ailleurs, avec cet agencement, la distance séparant la léchette 30 amont de la léchette aval est augmenté, ce qui simplifie les opérations de démoulage de 7 l'aube, après coulée et refroidissement. Ainsi, grâce à cette augmentation de la distance séparant les léchettes, on dispose d'une grande liberté pour leurs inclinaisons. Complémentairement, et comme illustré sur les figures 8 et 9, une nervure 22 peut avantageusement être prévue pour relier les léchettes 18 et 19 l'une à 5 l'autre et à la plateforme 17. Cette nervure 22 a une forme de muret orienté perpendiculairement à la face radialement externe de la plateforme 17 et s'étendant parallèlement à l'axe AX, depuis la léchette amont 18 jusqu'à la léchette aval 19. Cette nervure 22 permet d'augmenter la section de coulée, et de rigidifier la tenue mécanique des léchettes en renforçant leur liaison à la plateforme. 10 Comme visible sur la figure 9, la nervure 22 avec les léchettes 18 et 19 qu'elle réunit constitue un motif ayant la forme de la lettre I, qui dépasse de la face supérieure de la plateforme 17. L'amenée de matériau de coulée via l'ensemble formé par les léchettes et la nervure permet ainsi de disposer d'une plus grande section de passage, ce qui permet là encore de diminuer les imperfections de cette étape de fabrication. Cette nervure 22 15 joue en outre une fonction de masselotte permettant là aussi d'améliorer la qualité de l'opération de coulée. Comme représenté schématiquement sur la figure 10, l'angle A d'inclinaison de la léchette amont 18 peut être choisi dans une plage très étendue, puisqu'il peut varier entre 30° et 180° c'est-à-dire l'angle plat. Lorsque cet angle est plat, 20 la léchette peut être prévue pour coopérer avec un matériau abradable de type axial, c'est-à-dire situé en amont de l'aube au lieu d'être situé autour de cette aube. Autrement dit, un angle A plat permet à la léchette de coopérer avec un élément abradable ayant une face de contact plane normale à l'axe AX ou bien conique en étant situé principalement en amont de l'aube. 25 De manière analogue, et comme illustré sur la figure 11, l'angle B d'inclinaison de la léchette aval 19 peut varier dans une plage très étendue allant de 30° à 180°. Dans le cas où cet angle B est plat, la léchette aval peut coopérer avec un élément abradable axial, c'est-à-dire comportant une face de contact plane normale à l'axe AX, ou bien conique d'axe AX et situé principalement en aval de l'aube. REVENDICATIONS1. Aube de turbine issue de fonderie, comportant une pale (14) s'étendant selon une direction d'envergure (EV) radiale terminée par un talon (16) incluant une plateforme (17) portant au moins une léchette (18, 19) ayant un bord radialement externe destiné à coopérer avec un élément abradable (21), la plateforme (17) comportant une extrémité amont (BM) et une extrémité aval (BV) par rapport à un sens de circulation de fluide franchissant l'aube en service, caractérisée en ce que le bord radialement externe de chaque léchette est effilé et en ce qu'au moins une léchette (18, 19) s'étend à partir de l'extrémité amont (BM) ou aval (BV) de la plateforme (17) en formant un angle (A, B) par rapport à cette plateforme (17). 2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle le talon (16) comporte deux léchettes (18, 19) qui prolongent respectivement l'extrémité amont (BM) et aval (BV) de la plateforme (17). 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, comportant une nervure (22) reliant les deux léchettes (18, 19) l'une à l'autre. 4. Aube selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une léchette amont (18) ou aval (19) prolongeant la plateforme (17) en étant inclinée par rapport à cette plateforme d'un angle (A, B) compris entre 30° et 180°. 5. Aube selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une léchette (18, 19) formant un angle plat avec la plateforme. 6. Aube selon l'une des revendications précédentes, dont au moins une léchette (18, 19) présente une épaisseur moyenne correspondant à l'épaisseur moyenne de la plateforme (17) à dix pourcent près. 9 7. Aube selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle au moins une léchette (18, 19) présente à son extrémité une épaisseur inférieure à un millimètre. 5 8. Aube selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la plateforme présente une épaisseur inférieure à un millimètre. 9. Turbine comprenant une aube selon l'une des revendications précédentes. 10 10. Turbomachine comprenant une turbine selon la revendication 9.