Brevet FR3098543A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE FABRICATION D'UN CARTER POUR UNE TURBOMACHINE D'AERONEF Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne la fabrication d'un carter, en particulier de soufflante, pour une turbomachine d'aéronef. Arrière-plan technique [0002] L'état de la technique comprend notamment les documents FR-Al-2 997 725, FR- A1-2 997 726, FR-A1-3 005 100 et FR-A1-3 060 7438. [0003] La figure 1 représente partiellement une soufflante d'une turbomachine d'aéronef. [0004] De façon classique, une turbomachine comprend d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens d'écoulement des flux de gaz, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines, et une tuyère d'éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines. [0005] La soufflante 1 comporte une roue à aubes 2 qui est entourée par un carter 3 de soufflante, encore appelé carter de rétention du fait de sa fonction de rétention des aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d'entrée de débris dans la soufflante. [0006] Comme cela est visible sur la figure 2, le carter de soufflante 3 comprend ty- piquement une enveloppe annulaire 9 d'axe de révolution A qui s'étend autour des aubes de soufflante 2 de la turbomachine. Cette enveloppe comprend une bride annulaire de fixation 3', 3" à chacune de ses extrémités axiales. Ces brides 3'. 3" sont utilisées pour fixer le carter 3 à des parois annulaires de la nacelle de la turbomachine. [0007] La figure 3 est une coupe à caractère schématique illustrant un carter de soufflante 3 selon l'art antérieur. [0008] Le carter de soufflante 3 est lié, à l'amont, à une manche d'entrée d'air 5, et, à l'aval, à une virole 6 de carter intermédiaire. Le carter porte également des panneaux acoustiques amont 7 et des panneaux acoustiques aval 8. Le carter de soufflante 3 comporte encore une couche annulaire 4 de matière abradable, positionnée sur une surface annulaire interne de l'enveloppe, entre les panneaux amont 7 et les panneaux aval 8. [0009] En plus de la fonction de rétention, le carter de soufflante 3 est. également conçu pour : assurer la continuité de la veine aérodynamique par l'intermédiaire de la couche annulaire en matériau abradable ; assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d'entrée d'air 5 et la virole 6 de carter intermédiaire ; 2 permettre la fixation des panneaux 7, 8 et de la couche 4, permettre la fixation d'équipements et de supports connus en soi; tenir les spécifications de réglementation au feu et aux fuites ; permettre une continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc. [0010] La couche annulaire est par exemple produite par moulage par injection. En sortie de moule d'injection, on peut observer une importante déformation de la couche annulaire 4, tel qu'illustré en figure 4 à titre d'exemple non limitatif [0011] Une telle déformation engendre des problèmes lors de l'assemblage de la couche annulaire 4 dans l'enveloppe annulaire 9 si la couche annulaire 4 y est collée sans remise à un état non déformé. En effet, une fois la couche annulaire 4 collée sur l'enveloppe annulaire 9, un défaut de forme de la couche annulaire peut affecter négativement l'aérodynamique, raérothermie et la tenue mécanique du carter 3. [0012] L'invention vise à réduire les déformations géométriques de la couche annulaire 4 et à permettre son positionnement et son maintien optimal dans le carter de soufflante 3. [0013] La présente invention propose ainsi un procédé pour limiter les déformations géo- métriques d'une couche annulaire en matériau abradablc lors de la fabrication d'un carter de turbomachine d'aéronef qui soit simple, efficace et économique. Résumé de l'invention [0014] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un carter de turbomachine d'aéronef, ce carter comportant : [0015] - une enveloppe annulaire s'étendant autour d'un axe A et réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, [0016] - une couche annulaire en matériau abradable disposée à l'intérieur de l'enveloppe, et recouvrant une première surface annulaire interne d'un tronçon intermédiaire de l'enveloppe, [0017] le procédé comprenant une étape de collage de la couche sur la première surface, lors de laquelle le carter est chauffé et comprimé par l'intermédiaire d'un système présent au moins en partie à l'intérieur du carter. [0018] Dans ce procédé, préalablement au chauffage et à la compression du carter, un outillage amovible de mise en forme est monté à l'intérieur du carter, l'outillage comportant deux séries de patins, chaque série de patins venant en appui, en particulier axialement, contre une extrémité longitudinale respective de la couche annulaire. [0019] Grâce à l'outillage amovible, un effort de pression mécanique est appliqué sur la couche annulaire, permettant le maintien en position de la couche annulaire lors de l'étape de chauffage et sa remise en conformité dimensionnelle. Lors du chauffage, la couche annulaire peut être déformée de façon permanente avant son retour à température ambiante. 3 100201 Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : [0021] - le procédé comporte une étape de positionnement d'une première série de patins de manière circonférentielle à l'intérieur de l'enveloppe annulaire ; une étape de positionnement de la couche annulaire dans l'enveloppe annulaire, une première extrémité longitudinale venant contre la première série de patins ; une étape de positionnement de la deuxième série de patins de manière circonférentielle à l'intérieur de l'enveloppe annulaire contre la deuxième extrémité longitudinale de la couche annulaire ; [0022] - les patins d'au moins l'une des séries de patins comporte une partie fixe et une partie mobile, la partie fixe étant configurée pour être fixée à l'enveloppe annulaire et la partie mobile étant configurée pour venir en appui contre l'extrémité longitudinale respective de la couche annulaire et soumettre la couche annulaire à un effort de pression mécanique avant le chauffage et la compression du carter ; [0023] - l'enveloppe annulaire comporte des orifices prévus pour recevoir des moyens de fixation de panneaux annulaires dans un état assemblé final du carter de turbomachine, la partie fixe des patins étant fixée par rapport auxdits orifices avant le chauffage et la compression du carter ; [0024] - chaque série de patins comporte entre 4 et 20 patins, et de préférence entre 8 et 15 patins ; [0025] - le carter est soumis à une pression comprise entre 1 et 10 bars, et de préférence entre 2 et 6 bars, lors de la compression ; [0026] - le carter est soumis à une température comprise entre 25 et 300°C, et de préférence entre 80 et 200°C, lors du chauffage ; [0027] - le carter est soumis au chauffage et à la compression pendant une durée comprise entre 60 et 500 minutes, et de préférence entre 180 et 300 minutes ; [0028] - le procédé comprend, après le chauffage et la compression, le démontage et le retrait des patins ; [0029] - le carter est disposé dans un autoclave lors du chauffage. Brève description des figures [0030] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : [0031] [fig.1] La figure 1 déjà discutée montre partiellement une vue en coupe d'une soufflante d'une turbomachine d'aéronef selon l'état de la technique ; [0032] [fig.2] La figure 2 déjà discutée montre une vue en perspective d'un carter de soufflante selon l'état de la technique ; 100331 Ifie.31 La figure 3 déjà discutée montre une coupe partielle à caractère schématique d'un carter de soufflante selon l'état de la technique ; [0034] [fig.4] La figure 4 est une vue très schématique en coupe transversale d'un carter selon l'invention, et illustrant son risque de déformation ; [0035] [fig.5] La figure 5 est une vue en perspective d'un carter de soufflante dans un état de maintien d'une couche annulaire en matériau abradablc, dans lequel la couche annulaire est prise en sandwich entre deux séries de patins, lors d'une étape de collage de celle-ci ; [0036] [fig.6] La figure 6 est un agrandissement d'un détail de la figure 5 montrant un patin d'une première série et une partie de la couche annulaire ; [0037] [fig.7] La figure 7 est un agrandissement d'un détail de la figure 5 montrant un patin d'une deuxième série, opposée à la première série, et une partie de la couche annulaire ; et [0038] [fig.8] La figure 8 montrant les éléments de la figure 7 dans un état préliminaire à l'état de maintien de la figure S. Description détaillée de l'invention [0039] Dans la description qui suit, l'invention est appliquée à un carter de soufflante 3. L'invention n'est toutefois pas limitée à ce type de carter et peut être appliquée à d'autres carters d'une turbomachine. [0040] Le carter 3 auquel le procédé selon l'invention est appliqué a une forme générale annulaire autour d'un axe A. Ce carter 3 comprend : [0041] - une enveloppe annulaire 9 s'étendant autour de l'axe A et réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, et [0042] - une couche annulaire 4 en matériau abradablc disposée à l'intérieur de l'enveloppe 9, et recouvrant une première surface annulaire interne 9bb d'un tronçon intermédiaire 9ab de l'enveloppe (figure 3). [0043] La couche annulaire 4 est destinée à être fixée par collage sur la première surface interne 91,11 de l'enveloppe 9. [0044] L'enveloppe 9 présente par ailleurs une deuxième surface annulaire 9ba d'un tronçon d'extrémité amont 9aa, et une troisième surface annulaire 9bc d'un tronçon d'extrémité aval 9ac (voir figure 3). Le tronçon intermédiaire 9ab de l'enveloppe, dont la surface interne 9bb est recouverte par la couche abradable 4, est disposé entre les deux tronçons d'extrémité 9aa, 9ac (Figures 3 et 5). L'enveloppe 9 présente par ailleurs une extrémité longitudinale amont 21 et une extrémité longitudinale aval 23. [0045] Comme évoqué dans ce qui précède, on observe une importante déformation de la couche annulaire 4 à sa sortie du moule d'injection (voir figure 4). Cette déformation se matérialise par exemple par un défaut de correspondance de la couche annulaire 4 avec une forme de cylindre de révolution théorique, par exemple par des resserrements (flèches B) ou élargissements (flèches C) du diamètre local de la couche annulaire 4 par rapport à un diamètre théorique, ou encore par un aspect tronconique (non illustré). [0046] Pour éviter une telle déformation, l'invention propose un outillage amovible 10 spécifique qui est disposé à l'intérieur du carter 3 et qui permet dc maintenir en position la couche annulaire lors de l'étape de collage, pendant laquelle le carter 3 est soumis à un traitement thermique sous pression. [0047] Les figures 5 à 8 illustrent un mode de réalisation de l'outillage 10 qui est constitué ici de deux séries 11, 13 de patins 12, 14. A l'exception des organes (pions, goupilles, attaches....) utilisés pour maintenir les patins 12, 14, et les fixer éventuellement au carter 3, l'outillage 10 ne comprend pas d'autres pièces et est donc relativement simple. [0048] En pratique, lors de l'opération de collage, et plus précisément lors de l'opération de chauffage, le carter 3 est disposé dans un autoclave 16 de façon à cc que son axe A soit orienté verticalement, tel qu'illustré en figure 5. Un système 18 de mise en pression est monté à l' intérieur du carter 3, cc système 18 étant schématiquement représenté à la figure 5. Cc système 18 occupe une partie de l'espace interne du carter 3 et l'outillage 10 est conçu pour tenir compte de cette contrainte. [0049] Les patins 12, 14 présentent ici une portion longitudinale 12a, 14a et une portion transversale 12b, 14b. La portion longitudinale 12a, 14a est prévue pour être montée de manière amovible contre l'enveloppe 9, plus précisément contre la surface annulaire interne 9aa, 9ac respective. La portion transversale 12b, 14b est prévue pour s'étendre de manière transversale à la portion longitudinale 12a, 14a. La portion transversale 12b, 14b présente une surface de contact 12ba, 14ba respective, cette dernière 12ba, 14ba étant destinée à venir en appui contre une extrémité longitudinale respective 21, 23 de la couche annulaire 4. [0050] Dans un mode de réalisation préféré, dans les patins 14, la portion longitudinale 14a est une partie dite fixe tandis que la portion transversale 14b est une partie dite mobile. Plus précisément, la partie transversale 14b est mobile par rapport à la partie longitudinale 14a de sorte que la partie longitudinale 14a peut être positionnée contre la troisième surface interne 9bc de l'enveloppe 9 et fixée par rapport à des orifices 24 décrits plus loin, avant que la partie transversale 14b ne soit montée sur la partie longitudinale 14a. [0051] Dans un procédé de fabrication du carter de turbomachine 3, au cours d'une première étape de positionnement, une première série 11 de patins 12 est disposée de manière circonférentielle à l'intérieur de l'enveloppe 9 du carter 3. [0052] Au cours d'une deuxième étape de positionnement, la couche annulaire 4 est disposée dans l'enveloppe annulaire 9, une première extrémité longitudinale 21, 23 6 venant contre la première série 11 de patins 12. Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, l'extrémité amont 21 de la couche annulaire 4 est par exemple disposée contre les patins 12. [0053] Au cours d'une troisième étape de positionnement, la deuxième série 13 de patins est disposée de manière circonférentielle à l'intérieur de l'enveloppe 9. La partie mobile 14b est destinée à soumettre la couche annulaire 4 à un effort de pression mécanique avant le chauffage et la compression du carter 3. [0054] Les patins 12, 14 de l'une et/ou l'autre série 11, 13 sont ici montés dans des orifices 24 de l'enveloppe 9, par exemple, mais non limitativement au moyen de pions 25 (voir figure 6 à titre d'exemple), de goupilles, d'attaches, etc. Les orifices 24 sont configurés pour recevoir ultérieurement des moyens de fixation (non illustrés) des panneaux acoustiques amont 7 et/ou aval 8 mentionnés en préambule, respectivement. Ainsi, la mise en place des patins 12, 14 de l'une et/ou de l'autre série 11, 13 est particulièrement simple et permet d'employer des orifices 24, ou perçages, déjà prévus dans la structure de carter 3. Ainsi, la mise en position des patins 12, 14, qui forment organes de maintien de la couche annulaire 4 contre l'enveloppe annulaire 9 lors de l'étape de chauffage, ne nécessite pas de prévoir d'étape d'usinage supplémentaire de l'enveloppe annulaire 9 ni de la couche annulaire 4 en matériau ahradable. [0055] Les séries 11, 13 de patins 12, 14 ne sont pas forcément identiques entre elles. Chaque patin 12, 14 est conformés et dimensionnés en fonction de la forme et des dimensions de la surface 9ba. 9bc sur laquelle ils sont appliqués. Un patin 12 peut par exemple avoir une surface externe de forme cylindrique, alors qu'un patin 14 peut avoir une surface externe de forme tronconique. Les surfaces externes des patins 12 et 14 sont donc respectivement au moins partiellement complémentaires des surfaces 9ba et 9bc respectives. [0056] Comme illustré dans les dessins, les patins 12. 14 sont de préférence sectorisés pour faciliter leur montage dans le carter 3. A cet effet, chaque série 11. 13 de patins 12. 14 comporte entre 4 et 20 patins, de préférence entre 8 et 15 patins. Chaque patin 12, 14 recouvre ainsi une partie du pourtour de l'extrémité respective 21. 23. De préférence, les patins 12. 14 de chaque série 11, 13 sont répartis de manière régulière, c'est-à-dire équidistante, sur le pourtour de l'extrémité respective 21. 23. La charge d'appui y est ainsi répartie de manière homogène circonférentiellement. De préférence encore, le nombre des patins respectifs 12, 14 de chaque série 11, 13 est identique. De manière encore plus préférentielle, les patins 12 de la première série 11 sont disposés en vis-à-vis des patins 14 de la deuxième série 13 pour une répartition de l'effort d'appui/de maintien la plus uniforme possible. [0057] Les patins 12, 14 sont ainsi disposés à l'intérieur du carter 3 et sur les surfaces 9ba, 9bc de l'enveloppe 9 pour éviter une déformation de la couche annulaire 4 lors de 7 l'étape de collage de cette dernière sur l'enveloppe 9, pendant laquelle le carter est soumis à un double traitement thermique et de mise en pression. [0058] Lors de l'opération de chauffage et de compression, le carter 3 peut être soumis à une pression comprise entre 1 et 10 bars, et de préférence entre 2 et 6 bars. Cette mise en pression peut être réalisée en soumettant le carter à un vide, par exemple entre deux éléments annulaires disposés respectivement à l'intérieur de la couche abradable et à l'extérieur de l'enveloppe. Le carter 3 peut être soumis à une température comprise entre 25 et 300°C, et de préférence entre 80 et 200°C. Cette opération peut être réalisée lors d'un cycle ayant une durée comprise entre 60 et 500 minutes, et de préférence entre 180 et 300 minutes. [0059] Un effort mécanique de 500 à 6000N, préférentiellement de 1500 à 4000N, est réparti sur l'ensemble des surfaces de contact 12ba, 14ba. Un effort d'appui important n'est toutefois pas absolument indispensable dans la mesure où une dilatation résulte du chauffage, ce qui génère un appui désormais suffisant de la part des patins 12, 14. [0060] L'application de l'effort mécanique sur les patins 12, 14 peut être non limitativement électrique, hydraulique ou pneumatique. Par exemple, niais non limitativement, une crémaillère d'ajustement de la partie mobile 14b peut être prévue. [0061] A la fin de l'opération de chauffage et de compression, la température et la pression auxquelles le carter 3 est soumis sont abaissées. Après refroidissement complet du carter 3, la couche abradable est collée et fixée sur l'enveloppe 9, et les patins 12, 14 peuvent être démontés et retirés. [0062] L'invention apporte des avantages à plusieurs niveaux. D'un point de vue technique, le contrôle des dimensions de la couche abradable lors de l'étape de collage est amélioré de sorte que les éventuelles non conformités dimensionnelles sont réduites, voire éliminées D'un point de vue industriel, la fabrication (répétabilité, robustesse) et l'assemblage du carter sont améliorés et son contrôle tridimensionnel également (positionnement de la couche annulaire en matériau abradable garanti par l'outillage amovible). L'invention permet ainsi d'améliorer les performances mécanique et aérodynamique du carter, ainsi que son procédé de fabrication et de gagner en temps de cycle global. 8 [Revendication I] [Revendication 2] REVENDICATIONSProcédé de fabrication d'un carter (3) de turbomachine d'aéronef, ce carter comportant : - une enveloppe annulaire (9) s'étendant autour d'un axe A et réalisée dans un matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, - une couche annulaire (4) en matériau abradable disposée à l'intérieur de l'enveloppe annulaire (9), et recouvrant une première surface annulaire interne (9bb) d'un tronçon intermédiaire (9ab) de l'enveloppe, le procédé comprenant une étape de collage de la couche (4) sur la première surface annulaire interne (9bb), lors de laquelle le carter (3) est chauffé et comprimé par l'intermédiaire d'un système présent au moins en partie à l'intérieur du carter (3), caractérisé en ce que, préalablement au chauffage et à la compression du carter (3), un outillage amovible (10) de mise en forme est monté à l'intérieur du carter (3), l'outillage comportant deux séries (11, 13) de patins (12, 14), chaque série (11, 13) de patins (12, 14) venant en appui contre une extrémité longitudinale respective de la couche annulaire (4). Procédé selon la revendication 1, dans lequel il comporte : une étape de positionnement d'une première série (11) de patins (12) de manière circonférentielle à l'intérieur de l'enveloppe annulaire (9), une étape de positionnement de la couche annulaire (4) dans l'enveloppe annulaire (9), une première extrémité longitudinale (21) venant contre la première série (11) de patins (12), une étape de positionnement de la deuxième série (13) de patins (14) de manière circonférentielle à l'intérieur de l'enveloppe annulaire (9) contre la deuxième extrémité longitudinale (23) de la couche annulaire (4). [Revendication 3] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les patins (14) d'au moins l'une des séries (11, 13) de patins (12, 14) comporte une partie fixe (14a) et une partie mobile (14b), la partie fixe (14a) étant configurée pour être fixée à l'enveloppe annulaire (9) et la partie mobile (14b) étant configurée pour venir en appui contre l'extrémité lonei- 9 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] tudinalc respective (23) de la couche annulaire (4) et soumettre la couche annulaire (4) à un effort de pression mécanique avant le chauffage et la compression du carter (3). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'enveloppe annulaire (9) comporte des orifices (24) prévus pour recevoir des moyens de fixation de panneaux annulaires (7, 8) dans un état assemblé final du carter (3) de turbomachine, la partie fixe (14a) des patins (14) étant fixée par rapport auxdits orifices (24) avant le chauffage et la compression du carter (3). Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel chaque série (11, 13) de patins (12, 14) comporte entre 4 et 20 patins, et de préférence entre 8 et 15 patins. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carter (3) est soumis à une pression comprise entre 1 et 10 bars, et de préférence entre 2 et 6 bars, lors de la compression. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carter (3) est soumis à une température comprise entre 25 et 300°C, et de préférence entre 80 et 200°C, lors du chauffage. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carter (3) est soumis au chauffage et à la compression pendant une durée comprise entre 60 et 500 minutes, et de préférence entre 180 et 300 minutes. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend, après le chauffage et la compression, le démontage et le retrait des patins (12, 14). Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carter (3) est disposé dans un autoclave (16) lors du chauffage.