Brevet FR3096399A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Aube de turbomachine à bord d'attaque métallique intégré et procédé pour l'obtenir Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication d'aubes pour moteurs aéronautiques à turbine à gaz, ou turbomachines aéronautiques, en matériau composite comprenant un bord d'attaque métallique intégré. Technique antérieure [0002] La présence d'un clinquant métallique sur le bord d'attaque d'une aube de tur- bomachine aéronautique réalisée en matériau composite permet de protéger l'aubage composite de l'abrasion/érosion et lors de l'impact d'un corps étranger. Ceci est notamment le cas pour les aubes de soufflante d'une turbomachine aéronautique qui sont exposées à l'ingestion d'un oiseau, de grêle, de glace, etc. [0003] Il existe de nombreux procédés pour réaliser une aube de moteur à turbine à gaz en matériau composite. On pourra citer par exemple le procédé manuel de stratifié/ drapage, le procédé de moulage par injection d'une préforme fibreuse (aussi appelé RTM pour « Resin Transfer Molding »), le procédé de brodage, le procédé de thermocompression, etc. Ces procédés sont principalement basés sur l'utilisation d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique. [0004] Une fois l'aube en matériau composite obtenue, il est alors nécessaire d'assembler sur son bord d'attaque le clinquant métallique de protection. A cet effet, le clinquant métallique, qui est réalisé par des procédés mécaniques tels que l'estampage, le formage ou l'électroformage par exemple, peut être collé sur le bord d'attaque de l'aube en matériau composite. Cette opération peut être réalisée dans un moule assurant le collage du clinquant métallique ou dans une étuve pour obtenir une réticulation du cordon de colle appliqué le cas échéant sur le clinquant. Ce procédé de collage direct du clinquant nécessite de nombreuses opérations de préparation qui augmentent d'autant la durée et le coût de fabrication de l'aube. [0005] On connaît du document WO 2015015091 un procédé de fabrication d'une aube en matériau composite à bord d'attaque métallique intégré, dans lequel on place une préforme fibreuse de l'aube dans un moule d'injection avec un clinquant métallique, on injecte une résine sous pression dans le moule pour surmouler le clinquant, on solidifie la résine et on démoule l'aube ainsi obtenue. Ce procédé présente toutefois des inconvénients. Le clinquant métallique est difficile à positionner dans le moule avec la préforme fibreuse qui n'est pas encore densifiée. L'injection de la résine sous pression peut entraîner le déplacement du clinquant dans le moule. Ceci peut entraîner 2 des défauts dans le profil aérodynamique de l'aube obtenue, ce qui n'est pas souhaitable. [0006] Il existe donc un besoin pour un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite à bord d'attaque métallique intégré, et pour une telle aube, qui ne présentent pas les inconvénients précités. Exposé de l'invention [0007] A cet effet, l'invention propose une aube de turbomachine qui comprend un aubaee en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice et un bord (l'attaque métallique intégré, l'aubaee s'étendant suivant une direction longitudinale, le bord d'attaque étant formé par un clinquant métallique surmoulé sur l'aubaee, le clinquant ayant une aile intrados et une aile extrados qui s'étendent respectivement sur les faces intrados et extrados dc l'aubage cn épousant un profil aérodynamique de l'aube. [0008] Selon l'invention, l'aile intrados ct l'aile extrados présentent chacune au voisinage de leur extrémité libre un élément de positionnement sous la forme d'un bourrelet en saillie sur une face interne de l'aile correspondante, chaque élément de positionnement s'étendant suivant la direction longitudinale et étant logé dans une rainure de forme correspondante dans l'aubagc. [0009] L'aube selon l'invention est remarquable par la forme du clinquant métallique qui y est intégré. En effet, ce dernier présente deux éléments de positionnement qui permettent un montage et un positionnement aisé du clinquant sur l'aubage, et un maintien du clinquant au cours du procédé de fabrication de l'aube pendant son surmoulage. Les éléments de positionnement donnent au clinquant la forme d'une pince qui peut enserrer l'extrémité et le bord d'attaque de l'aubage au niveau des rainures correspondantes. Les inconvénients liés au déplacement du clinquant pendant le surmoulage du clinquant sont ainsi évités. [0010] Dans un exemple de réalisation, chaque élément de positionnement peut présenter une section en forme de demi-disque. Cette forme arrondie permet de faciliter le positionnement du clinquant. [0011] Dans un exemple de réalisation, les éléments de positionnement peuvent s'étendre selon la direction longitudinale sur toute une longueur du clinquant métallique. [0012] Dans un exemple de réalisation, à l'exception des portions où sont présents les éléments de positionnement, le clinquant métallique peut présenter une épaisseur sen- siblement constante. Un tel clinquant est de conception simple et peu onéreuse. [0013] Dans un exemple de réalisation, chaque élément de positionnement peut être situé à une extrémité de l'aile correspondante, c'est-à-dire en bordure de l'aile correspondante. Le maintien du clinquant sur l'aubage est ainsi amélioré. [0014] Dans un exemple de réalisation, les éléments de positionnement peuvent être situés 3 en regard l'un de l'autre. Le pincement de l'aubage par le clinquant est ainsi amélioré. [0015] Dans un exemple dc réalisation, un film de colle peut être présent entre le clinquant métallique et l'aubagc. [0016] Dans un exemple dc réalisation, l'aube peut constituer une aube directrice de sortie, une aube directrice d'entrée, une aube de soufflante, ou une aube à calage variable. [0017] L'invention vise aussi selon un autre aspect, un procédé de fabrication d'une aube dc turbomachine telle que celle décrite ci-avant, le procédé comprenant successivement : - la fourniture du clinquant métallique et d'une préforme fibreuse destinée à former r affilage, - le positionnement du clinquant métallique sur la préforme fibreuse de façon à former une préforme d'aube, - le placement dc la préforme d'aube dans la cavité d'un moule ayant la forme de - l'injection d'une résine dans le moule dc façon à surmouler le clinquant sur r affilage, le compactage dc l'ensemble et la solidification de la résine, et - le démoulage dc l'aube obtenue. [0018] Un tel procédé de moulage par injection de résine est aussi connu en anglais sous l'abréviation RTM pour « Rcsin Transfer Molding ». [0019] Dans un exemple dc réalisation, la préforme fibreuse peut être obtenue par mise en forme d'une ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel. Brève description des dessins [0020[ [fig.1] La figure 1 est une vue en demi-section axiale d'une turbomachine aéro- nautique pouvant incorporer une aube selon l'invention. [0021] [fig.21 La figure 2 montre une vue d'une aube selon un mode de réalisation de l' invention. [00221 [fig.3] La figure 3 montre une vue en coupe transversale dc l'aube dc la figure 2. [0023[ [fig.4] La figure 4 est un ordinogramme montrant les différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une aube selon un mode de réalisation de l'invention. [0024] [fig.51 La figure S montre une ébauche fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une aube selon un mode de réalisation dc l'invention. [0025] [fig.6] La figure 6 illustre l'étape de mise en forme de l'ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse d'aubage. [0026] [fig.7] La figure 7 illustre l'étape de positionnement du clinquant métallique sur la préforme fibreuse d'aubage de façon à former une préforme d'aube. [0027] [fig.8] La figure 8 détaille l'étape de positionnement du clinquant métallique sur la préforme fibreuse d'aubage. [0028] [fig.9] La figure 9 illustre l'étape de placement de la préforme d'aube dans un moule et l'injection de résine dans celui-ci. Description des modes de réalisation [0029] L'architecture globale d'une turbomachine aéronautique pouvant incorporer une aube selon l'invention va être décrite en lien avec la heure 1, qui représente une demi-section axiale d'une turbomachine dont l'axe principal est désigné X-X. [0030] En amont dans le sens d'écoulement du flux gazeux, la turbomachine 1 comprend une soufflante 2 pour l'admission d'air. A la sortie de la soufflante 2, le flux d'air se sépare en deux. Une première partie du flux d'air est envoyée dans un compresseur basse pression 3 puis un compresseur haute pression 4. Cette première partie du flux d'air est ensuite injectée dans une chambre de combustion 5, à la sortie de laquelle elle entraîne une turbine 6. Une deuxième partie du flux d'air, à la sortie de la soufflante 2, est envoyée dans un redresseur 10 pour être redressée puis mélangée aux gaz sortant de la turbine 6. La deuxième partie du flux d'air peut servir, en partie, au refroidissement de la turbomachine 1. [0031] Plus particulièrement, le redresseur 10 comprend un ensemble d'aubes 20 agencées radialcment entre un corps annulaire interne ou carter interne 12 et un corps annulaire externe ou carter externe 14. Ces aubes 20 sont parfois appelées aubes directrices de sortie ou aubes de guidage en sortie (de l'anglais « Outict Guide Vanc » ou OGV). [0032] La figure 2 montre plus en détails une aube 20 selon l'invention. L'aube 20 comprend un aubage 21 qui s'étend selon une direction longitudinale L, correspondant à une direction radiale lorsque l'aube 20 est montée dans la turbomachine, entre une plateforme interne 22 et une plateforme externe 23. L'aubage 21 s'étend selon une direction transversale T entre un bord d'attaque 21a et un bord de fuite 21h. [0033] L'aubage 21 est réalisé en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. Le renfort fibreux peut comprendre des fibres de carbone, et la matrice peut être du type organique et obtenue à partir d'une résine de densification. En variante, le renfort fibreux peut comprendre des fibres céramiques, par exemple en carbure de silicium, et une matrice céramique. [0034] Le bord d'attaque 21a de l'aubage 21 est recouvert par un clinquant métallique 30 qui est surmoulé sur l'aubage 21 au cours d'un procédé qui sera décrit ultérieurement. Cela permet à l'aube 20 de disposer d'un bord d'attaque métallique intégré. L'aubage 21 présente une face intrados 24 et une face extrados 25 (figure 3), sur lesquelles le clinquant métallique 30 s'étend en partie. L'aubage 21 et le clinquant métallique 30 définissent chacune une partie du profil aérodynamique de l'aube 20. Le clinquant métallique 30 peut être par exemple en alliage de Nickel et de Cobalt. [0035] La figure 3 montre une vue en coupe de l'aubage 21 selon le plan III de la figure 2. [0036] Le clinquant métallique 30 comprend une aile intrados 31 et une aile extrados 32 qui s'étendent respectivement sur une partie de la face intrados 24 et une partie de la face extrados 25 de l'aubage 21. Les ailes 31 et 32 sont intégrées à l'aubage 21 de sorte qu'elles épousent le profil aérodynamique de l'aube 20. [0037] Selon l'invention, l'aile intrados 31 et l'aile extrados 32 présentent chacune au voisinage de leur extrémité libre (c'est-à-dire l'extrémité opposée au bord d'attaque 21a) un élément de positionnement 40a et 40b en saillie sur une face interne 31a et 32a de l'aile 31 qui est logé dans une rainure 26a et 26b correspondante dans l'aubage 21. [0038] Chaque élément de positionnement 40a et 40b prend la forme d'un bourrelet ou renflement qui s'étend suivant la direction longitudinale L le long du clinquant 30. Dans cet exemple, les éléments de positionnement 40a et 40b sont situés sur le bord ou l'extrémité de l'aile correspondante, c'est-à-dire en bordure de celle-ci. En variante, dans un mode de réalisation non illustré, les éléments de positionnement 40a et 40b peuvent être décalés de l'extrémité de l'aile correspondante suivant la direction transversale T. [0039] Chaque élément de positionnement 40a et 40b présente ici une section en forme de demi-disque afin de faciliter la mise en place du clinquant 30 et de permettre un bon ancrage de celui-ci dans l'aubage 21. [0040] Les éléments de positionnement 40a et 40b sont ici situés en regard l'un de l'autre, ce qui permet de pincer de l'aubage 21 et d'assurer un meilleur positionnement et un meilleur maintien du clinquant 30 sur celui-ci. En variante, dans un mode de réalisation non illustré, les éléments de positionnement 40a et 40b peuvent être décalés l'un par rapport à l'autre selon la direction transversale T. [0041] A l'exception des portions où sont présents les éléments de positionnement 40a et 401,, le clinquant métallique présente une épaisseur E0 sensiblement constante et comprise par exemple entre 4 mm et 10 mm. A son maximum, l'épaisseur El du clinquant 30 au niveau des éléments de positionnement 40a et 40b peut être comprise entre 4 mm et 10 min [0042] La portion de positionnement peut présenter une longueur LI mesurée selon la direction transversale T qui est comprise entre 5% et 20% de la longueur LO de l'aile 31 ou 32 correspondante, mesurée de la même manière. Dans cet exemple, les éléments de positionnement 40a et 40b s'étendent longitudinalement sur toute la longueur du clinquant 30. [0043] Selon le procédé de fabrication mis en oeuvre, un film de colle 33 peut être présent entre le clinquant métallique 30 et l'aubage 21. [0044] La figure 4 montre les différentes étapes d'un exemple procédé de fabrication d'une aube 20 selon l'invention, qui vont être décrites en lien avec les figures 5 à 9. [0045] Une première étape El du procédé consiste à fournir le clinquant métallique 30. Ce dernier peut par exemple être obtenu par fabrication additive, formage d'une tôle mé- 6 teigne, estampage, ou fonderie, de façon connue en soi. [0046] Dans une étape E2, réalisée en même temps que l'étape El ou séparément de celle-ci, on fournit une ébauche fibreuse tissée 100 (figure 5) qui est destinée à former le renfort fibreux de l'aubage 21. L'ébauche fibreuse 100 peut être obtenue par tissage tridimensionnel de fils ou torons, de façon connue en soi. [0047] Puis, l'ébauche 100 peut être mise en forme au cours d'une étape E3 (figure 6) dans un outillage 50 adapté afin d'obtenir une préforme fibreuse d'aubage 200. Les plateformes 22 et 23 peuvent être formées par des déliaisons au moment du tissage et dépliage des parties déliées au moment de la mise en forme de l'ébauche. Au cours de cette étape E3, on peut insérer dans l'ébauche 100 un noyau en mousse 110 si l'on souhaite former une aube creuse. [0048] Puis, dans l'étape E4 on positionne le clinquant métallique 30 sur la préforme 200 (figures 7 et 8). [0049] On peut optionnellement enduire la préforme fibreuse 200 ou le clinquant 30 d'un film de colle, par exemple époxy, pour augmenter la tenue de l'ensemble. [0050] Dans l'étape E5, on place la préforme d'aube 300 avec le clinquant métallique 30 dans la cavité d'un moule d'injection 60 (figure 9) constitué par exemple d'une partie inférieure de moule 60a et d'une partie supérieure de moule 60b, pour réaliser un procédé de moulage par injection de résine (RTM). [0051] On peut alors procéder dans l'étape E6 à l'injection d'une résine de densification 61 dans le moule 60 contenant la préforme 300 avec le clinquant 30 pour surmouler le clinquant. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Aube (20) de turbomachine (1) comprenant un aubage (21) en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice et un bord d'attaque (21a) métallique intégré, l'aubage (21) s'étendant suivant une direction longitudinale (L), le bord d'attaque (21a) étant formé par un clinquant (30) métallique surmoulé sur l'aubage, le clinquant (30) ayant une aile intrados (31) et une aile extrados (32) qui s'étendent respectivement sur les faces intrados (24) et extrados (25) de l'aubage en épousant un profil aérodynamique de l'aube, caractérisée en ce que l'aile intrados (31) et l'aile extrados (32) présentent chacune au voisinage de leur extrémité libre un élément de positionnement (40a, 40b) sous la forme d'un bourrelet en saillie sur une face interne (31a, 32a) de l'aile correspondante, chaque élément de positionnement (40a, 40b) s'étendant suivant la direction longitudinale (L) et étant logé dans une rainure (26a, 2614 de forme correspondante dans aubage (21). [Revendication 2] Aube selon la revendication 1, dans laquelle chaque élément de posi- tionnement (40a, 40b) présente une section en forme de demi-disque. [Revendication 3] Aube selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les éléments de posi- tionnement (40a, 40b) s'étendent selon la direction longitudinale (L) sur toute une longueur du clinquant (30). [Revendication 4] Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle, à l'exception des portions où sont présents les éléments de positionnement (40a, 40b), le clinquant (30) présente une épaisseur (EO) sensiblement constante. [Revendication 5] Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque élément de positionnement (40a, 40b) est situé à une extrémité de l'aile correspondante (31, 32). [Revendication 6] Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les éléments de positionnement (40a, 40b) sont situés en regard l'un de l'autre. [Revendication 7] Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle un film de colle (33) est présent entre le clinquant (30) et l'aubage (21). [Revendication 8] Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, constituant une aube directrice de sortie, une aube directrice d'entrée, une aube de soufflante, ou une aube à calage variable. [Revendication 9] Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine selon l'une 8 [Revendication 10] quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant successivement : - la fourniture (E], E3) du clinquant (30) et d'une préforme fibreuse (200) destinée à former l'aubage (21), - le positionnement (E4) du clinquant (30) sur la préforme fibreuse (200) de façon à former une préforme d'aube (300), - le placement (ES) dc la préforme d'aube dans une cavité d'un moule (60) ayant la forme dc l'aube, - l'injection (E6) d'une résine dans le moule (60) de façon à surmouler le clinquant (30) sur l'aubage, le compactage de l'ensemble et la solidification (E7) de la résine, et - le démoulage (ES) de l'aube obtenue. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la préforme fibreuse (200) est obtenue par mise en forme (E2) d'une ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel.