Brevet FR3092787A1 — publié le 20200821

Description Titre de l'invention : Réparation ou reprise de fabrication d'une pièce en matériau composite à renfort fibreux tissé tridimensionnel Domaine technique [0001] L'invention concerne la réparation de pièces en matériau composite qui comprennent un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel densifié par une matrice. Technique antérieure [0002] Les pièces en matériau composite comprenant un renfort obtenu par tissage tridi- mensionnel présente l'avantage d'avoir un caractère « non-délaminable » par rapport aux pièces en matériau composite dont le renfort fibreux est obtenu par empilement ou drapage de plis fibreux bidimensionnels. [0003] Les pièces en matériau composite réalisées à partir de plis fibreux bidimensionnels sont facilement réparables car les plis sont séparables et peuvent être donc remplacées par de nouveaux plis sains en cas d'endommagement. Des exemples de solutions de réparation de pièces en matériau composite sont notamment décrits dans les documents US 2015/0185128, US 2012/0080135 et US 2007/0095457. Ces solutions connues consistent à coller un patch fibreux pré-imprégné sur la zone endommagée ou la zone à reprendre de la pièce en matériau composite, le patch pouvant être constitué d'un ou plusieurs plis fibreux. Toutefois, ce type de solution présente un risque de délaminage du patch collé et n'est donc pas souhaitable pour la réparation de pièces en matériau composite à renfort fibreux tridimensionnel car le matériau perdrait alors son caractère « non-délaminable ». [0004] Or, il existe un besoin pour une solution de réparation de pièces en matériau composite à renfort fibreux tridimensionnel qui n'altère pas la résistance à la délamination présentée initialement par le matériau. Exposé de l'invention [0005] A cet effet, l'invention propose un procédé de réparation d'une pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de file de trame, ledit renfort fibreux étant densifié par une matrice, caractérisé en ce qu'il comprend : - l'identification d'au moins une zone endommagée dans la pièce, - la réalisation d'une portion évidée par retrait du matériau composite au niveau de la zone endommagée de manière à former une portion évidée s'étendant depuis une première face de la pièce en matériau composite jusqu'à une deuxième face de ladite pièce, - la réalisation d'une première pluralité de rainures s'étendant sur la première face de 2 la pièce en matériau composite à partir du ou des bords de la portion évidée, - la réalisation d'une deuxième pluralité de rainures s'étendant sur la deuxième face de la pièce en matériau composite à partir du ou des bords de la portion évidée, - la réalisation d'une pluralité d'orifices dans l'épaisseur de la pièce en matériau composite, chaque orifice débouchant à la fois dans une rainure de la première pluralité de rainures et dans une rainure de la deuxième pluralité de rainures, - le tissage tridimensionnel d'une première préforme fibreuse de pièce de comblement comprenant une portion centrale ayant une forme correspondant à la forme de la portion évidée du côté de la première face de la pièce en matériau composite et une pluralité de faisceaux fibreux s'étendant depuis la portion centrale, - le tissage tridimensionnel d'une deuxième préforme fibreuse de pièce de comblement comprenant une portion centrale ayant une forme correspondant à la forme de la portion évidée du côté de la deuxième face de la pièce en matériau composite et une pluralité de faisceaux fibreux s'étendant depuis la portion centrale, - le placement de la portion centrale de la première préforme fibreuse de pièce de comblement dans une partie du volume libre de la pièce en matériau composite délimité par la portion évidée et présente du côté de la première face de la pièce et des faisceaux fibreux dans les rainures de la première pluralité de rainures présentes sur la première face de la pièce et dans les orifices de la pluralité d'orifices de manière à ce que les faisceaux fibreux de la première préforme débouchent dans les rainures de la deuxième pluralité de rainures, - le placement de la portion centrale de la deuxième préforme fibreuse de pièce de comblement dans une autre partie du volume libre de la pièce en matériau composite délimité par la portion évidée et présente du côté de la deuxième face de la pièce et des faisceaux fibreux dans les rainures de la deuxième pluralité de rainures présentes sur la deuxième face de la pièce et dans les orifices de la pluralité d'orifices de manière à ce que les faisceaux fibreux de la deuxième préforme débouchent dans les rainures de la première pluralité de rainures, - l'imprégnation des première et deuxième préformes fibreuses avec une résine précurseur d'une matrice, - la transformation de la résine en matrice afin d'obtenir une pièce de comblement en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, ladite pièce de comblement occupant le volume défini par la portion évidée. [0006] En utilisant une pièce de comblement comprenant deux préformes ayant une portion centrale présentant un tissage tridimensionnel qui attachée mécaniquement à la pièce par des faisceaux fibreux, il est possible de réaliser des réparations qui présentent une grande résistance à la délamination. La réparation d'une zone endommagée dans la pièce en matériau composite selon l'invention est donc particulièrement robuste. 3 [0007] Selon une première caractéristique du procédé de l'invention, la réalisation de la portion évidée comprend la formation de plusieurs bords en vis-à-vis comprenant chacun des premier et deuxième biseaux, la portion centrale de la première préforme fibreuse de pièce de comblement présentant une géométrie complémentaire d'une partie du volume de la portion évidée définie entre les premiers biseaux des bords en vis-à-vis et la portion centrale de la deuxième préforme fibreuse de pièce dc comblement présentant une géométrie complémentaire de l'autre partie du volume dc la portion évidée définie entre les deuxièmes biseaux des bords en vis-à-vis. Cela permet d'optimiser la transmission des charges mécaniques sur l'interface de collage entre la pièce de comblement et la structure en matériau composite de la pièce à réparer. [0008] Selon une deuxième caractéristique du procédé de l'invention, la portion évidée présente une forme polygonale, les rainures de la première pluralité de rainures s'étendant chacune à partir d'un sommet du polygone formé par la portion évidée sur la première face de la pièce en matériau composite, les rainures de la deuxième pluralité de rainures s'étendant chacune à partir d'un sommet du polygone formé par la portion évidée sur la deuxième face de la pièce en matériau composite. Cela permet d'obtenir une configuration d'attache équilibrée de chaque préforme fibreuse de pièce de comblement et de renforcer ainsi le maintien de la pièce comblement sur la pièce en matériau composite à réparer. [0009] Selon une troisième caractéristique du procédé de l'invention, les première et deuxième pluralités de rainures comprennent chacune des rainures principales s'étendant à partir des bords de la portion évidée débouchant respectivement sur les première et deuxième faces de la pièce en matériau composite et des rainures secondaires s'étendant à partir de chaque rainure principale, au moins une partie des orifices de la pluralité d'orifices débouchant à la fois dans une rainure secondaire de la première pluralité de rainures et dans une rainure secondaire de la deuxième pluralité de rainures. Il est ainsi possible de former un réseau d'attache en forme de « flocon de neige » pour chaque préforme fibreuse de pièce de comblement et de renforcer ainsi le maintien de la pièce comblement sur la pièce en matériau composite à réparer. [0010] Selon une quatrième caractéristique du procédé de l'invention, celui-ci comprend en outre l'introduction des faisceaux fibreux de la première préfomne fibreuse de pièce de comblement dans la portion centrale de la deuxième préforme fibreuse et l'introduction des faisceaux fibreux de la deuxième préforme fibreuse de pièce de comblement dans la portion centrale de la première préforme fibreuse. Cela permet de renforcer encore le maintien des préformes fibreuse sur la pièce en matériau composite et d'améliorer la tenue de la pièce de comblement. [0011] L'invention a également pour objet une pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame, ledit renfort fibreux étant densifié par une matrice, caractérisée en ce que le renfort fibreux densifié par la matrice comporte au moins une portion évidée s'étendant depuis une première face de la pièce en matériau composite jusqu'à une deuxième face de ladite pièce et en cc qu'une pièce de comblement en matériau composite est présente dans le volume libre de la pièce en matériau composite délimité par ladite au moins une portion évidée, la pièce en matériau composite comprenant une première pluralité de rainures s'étendant sur la première face de ladite pièce à partir du ou des bords de la portion évidée débouchant sur la première face et une deuxième pluralité de rainures s'étendant sur la deuxième face de ladite pièce à partir du ou des bords de la portion évidée débouchant sur la deuxième face, la pièce en matériau composite comprenant en outre une pluralité d'orifices s'étendant dans l'épaisseur de la pièce en matériau composite, chaque orifice débouchant à la fois dans une rainure de la première pluralité de rainures et dans une rainure de la deuxième pluralité de rainures, la pièce de comblement comprenant des première et deuxième préformes fibreuses de pièce de comblement comprenant chacune une portion centrale présente dans une partie du volume de la portion évidée et une pluralité de faisceaux fibreux s'étendant depuis la portion centrale, la portion centrale de chaque préforme présentant un tissage tridimensionnel, les faisceaux fibreux de la première préforme fibreuse étant présents dans les rainures de la première pluralité de rainures présentes sur la première face de la pièce en matériau composite et dans les orifices de la pluralité d'orifices de manière à ce que les faisceaux fibreux de la première préforme débouchent dans les rainures de la deuxième pluralité de rainures, les faisceaux fibreux de la deuxième préforme fibreuse étant présents dans les rainures de la deuxième pluralité de rainures présentes sur la deuxième face de la pièce en matériau composite et dans les orifices de la pluralité d'orifices de manière à ce que les faisceaux fibreux de la deuxième préforme débouchent dans les rainures de la première pluralité de rainures. [0012] Selon une première caractéristique de la pièce de l'invention, la portion évidée comprend au moins deux bords en vis-à-vis comprenant chacun des premier et deuxième biseaux, la portion centrale de la première préforme fibreuse de pièce de comblement présentant une géométrie complémentaire d'une partie du volume de la portion évidée définie entre les premiers biseaux des bords en vis-à-vis et la portion centrale de la deuxième préforme fibreuse de pièce de comblement présentant une géométrie complémentaire de l'autre partie du volume de la portion évidée définie entre les deuxièmes biseaux des bords en vis-à-vis. [0013] Selon une deuxième caractéristique de la pièce de l'invention, la portion évidée présente une forme polygonale, les rainures de la première pluralité de rainures s'étendant chacune à partir d'un sommet du polygone formé par la portion évidée sur la première face de la pièce en matériau composite, les rainures de la deuxième pluralité de rainures s'étendant chacune à partir d'un sommet du polygone formé par la portion d'évidée sur la deuxième face de la pièce en matériau composite. [0014] Selon une troisième caractéristique de la pièce de l'invention, les première et deuxième pluralités de rainures comprennent chacune des rainures principales s'étendant à partir des bords de la portion évidée débouchant respectivement sur les première et deuxième faces de la pièce en matériau composite et des rainures secondaires s'étendant à partir de chaque rainure principale, au moins une partie des orifices de la pluralité d'orifices débouchant à la fois dans une rainure secondaire de la première pluralité de rainures et dans une rainure secondaire de la deuxième pluralité de rainures. [0015] Selon une quatrième caractéristique de la pièce de l'invention, les faisceaux fibreux de la première préforme fibreuse de pièce de comblement s'étendent dans la portion centrale de la deuxième préforme fibreuse et les faisceaux fibreux de la deuxième préforme fibreuse de pièce de comblement s'étendent dans la portion centrale de la première préforme fibreuse. [0016] Selon une cinquième caractéristique de la pièce de l'invention, la pièce correspond à un carter de moteur aéronautique à turbine à gaz. Dans ce cas, l'invention a également pour objet un moteur aéronautique à turbine à gaz ayant un carter selon l'invention, par exemple un carter de soufflante, ainsi qu'un aéronef comprenant un ou plusieurs de ces moteurs aéronautiques. Brève description des dessins [0017] [fig.1] La figure 1 est une vue en perspective d'un moteur aéronautique comprenant un carter dc soufflante, [0018] [fig.2A] La figure 2A est une vue de dessus d'une zone d'impact sur le carter de soufflante du moteur dc la figure 1, [0019] [fig.213] La figure 2B est une vue en coupe radiale d'une zone d'impact sur le carter de soufflante du moteur de la figure 1, [0020] [fig.3A] La figure 3A est une vue de dessus montrant la réalisation d'une portion évidée dans le carter de soufflante conformément à un mode de réalisation de l'invention, [0021] [fig.3B] La figure 3B est une vue en coupe radiale montrant la réalisation d'une portion 6 évidée dans le carter de soufflante conformément à un mode de réalisation de l' invention, [0022] [fig.4A] La figure 4A est une vue de dessus représentant une face montrant la formation sur les deux faces du carter de soufflante de rainures autour de la portion évidée, [0023] [fig.4B] La figure 4B est une vue en coupe radiale montrant la formation sur les deux faces du carter de soufflante de rainures autour de la portion évidée, [0024] [fig.SA] La figure SA est une vue de dessus représentant la face montrant la formation d'une pluralité d'orifices dans le carter de soufflante débouchant dans les rainures des figures 4A et 4B, [0025] [fig.SB] La figure 5B est une vue en coupe radiale montrant la formation d'une pluralité d'orifices dans le carter de soufflante débouchant dans les rainures des figures 4A et 4B, [0026] [fig.6A] La figure 6A est une vue de dessus représentant la face externe montrant la mise en place de préformes fibreuses d'une pièce de comblement, [0027] [fig.6B] La figure 6B est une vue de dessous représentant une face interne montrant la mise en place de préformes fibreuses d'une pièce de comblement, [0028] [fig.6C] La figure 6C est une vue en coupe radiale montrant la mise en place de préformes fibreuses d'une pièce de comblement, [0029] [fig.7A] La figure 7A est une vue de dessus représentant la face externe montrant le placement des faisceaux fibreux d'une préforme fibreuse de la figure 6A, [0030] [fig.7B] La figure 7B est une vue en coupe radiale montrant le placement des faisceaux fibreux de chaque préforme fibreuse des figures 6A et 6B, [0031] [fig.7C] La figure 7C est une vue en coupe radiale montrant le placement des faisceaux fibreux de chaque préforme fibreuse des figures 6A et 6B, [0032] [fig.8A] La figure 8A est une vue de dessus représentant une face externe montrant l'obtention d'une pièce de comblement dans le carter de soufflante, [0033] [fig.8B] 7 La figure 8B est une vue en coupe radiale montrant l'obtention d'une pièce de comblement dans le carter de soufflante. Description des modes de réalisation [0034] L'invention s'applique d'une manière générale à toute pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel, le renfort étant densifié par une matrice. [0035] L'invention sera décrite ci-après dans le cadre non limitatif de son application à un carter de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz. L'invention s'applique également à d'autres pièces en matériau composite de moteur aéronautiques comme par exemple des aubes fixes de guidage encore appelées « OGV » ou des plateformes inter-aubes. [0036] Un tel moteur, comme montré très schématiquement par la figure 1, comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens de l'écoulement de flux gazeux, une soufflante 1 disposée en entrée du moteur, un compresseur 2, une chambre de combustion 3, unc turbine haute-pression 4 et une turbine basse pression 5. [0037] Lc moteur est logé à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties cor- respondant à différents éléments du moteur. Ainsi, la soufflante I est entourée par un carter de soufflante 10 présentant une forme de révolution. [0038] La carter de soufflante 10 qui est ici réalisé en matériau composite à matrice organique, c'est-à-dire à partir d'un renfort en fibres par exemple de carbone, verre, aramide ou céramique, densifié par une matrice en polymère, par exemple époxide, bismaléimide ou polyimidc. Le renfort fibreux est réalisé à partir d'une texture fibreuse en forme de bande obtenue par tissage tridimensionnel en une seule pièce, la texture étant mise en forme par enroulement sur un outillage de support. Le renfort fibreux ainsi constitué est ensuite densifié par une matrice. La fabrication d'un tel carter est notamment décrite dans le document US 8 322 971. Lc carter de soufflante en matériau composite 10 comporte une face interne 11 qui définit la veine d'entrée d'air du moteur et une face externe 12. [0039] Sur les figures 1, 2A et 2B, le carter 10 présente unc zone endommagée 20 résultant par exemple d'un débris d'aube projetée sur la surface interne 11 du carter. [0040] Conformément au procédé de réparation de l'invention, on usine le carter au niveau de la zone endommagée 20 afin de retirer le matériau composite touché et préparer la zone pour la réparation. Le retrait du matériau composite est réalisé sur une surface déterminée du carter couvrant au moins la zone identifiée comme endommagée et sur toute l'épaisseur du carter. On obtient ainsi, comme illustrée sur les figures 3A et 3B, une portion évidée 30 qui débouche à la fois sur la face interne 11 et sur la face externe 12 du carter 10. 8 [0041] Dans l'exemple décrit ici et selon une caractéristique particulière de l'invention, la portion évidée est usinée suivant une forme polygonale avec des bords 31 à 36 comportant chacun deux formes prismatiques ou biseaux de hauteur h ayant un sommet commun. Plus précisément, les bords 31 à 36 comportent chacun respectivement un premier biseau comme les biseaux 320 et 340 illustrés sur la figure 3B respectivement pour les bords 32 et 34 et un deuxième biseau comme les biseaux 321 et 341 illustrés sur la figure 3B respectivement pour les bords 32 et 34. Les bords peuvent être usinés en escalier comme sur la figure 3B ou suivant un profil lisse. Chaque arête anguleuse présente un congé r non représenté sur la figure 3B. La hauteur h des biseaux et le congé r sont déterminés en fonction du diamètre D de zone endommagée 20 et de l'épaisseur E du matériau composite à réparer. La hauteur h est de préférence déterminée telle que E/3