Brevet FR3108679A1 — publié le 20211001

Virole pour carter de soufflante de turbomachine aéronautique L’invention concerne une virole (23) en matériau composite ayant un renfort à fibres longues discontinues densifié par une matrice destinée à être fixée sur un carter (20) de soufflante de turbomachine aéronautique, la virole comprenant une paroi annulaire (230) de veine ayant une face interne (230a) pour délimiter une portion de veine d’entrée d’air et deux flasques latéraux (231) qui s’étendent à partir de la paroi de veine radialement vers l’extérieur par rapport à un axe (X-X) de la virole, la virole comprenant en outre des nervures de raidissement (232) présentes sur une face externe (230b) de la paroi de veine (230) et qui se croisent, et une pluralité d’éléments de fixation (233) de la virole sur le carter présents à des intersections entre les nervures (232). L’invention concerne aussi un ensemble de carter de soufflante comprenant une telle virole et un procédé de fabrication d’une telle virole. Figure pour l’abrégé : Fig. 6. Virole pour carter de soufflante de turbomachine aéronautique L’invention se rapporte au domaine général des turbomachines aéronautiques. Elle concerne plus précisément une virole destinée à être fixée sur un carter de soufflante de turbomachine aéronautique en matériau composite. Le carter de soufflante a pour fonction principale de garantir la rétention en cas d’ingestion de débris ou de détachement d’une aube de la soufflante. Il présente également des fonctions secondaires telles qu’une reprise des efforts entre les différentes parties fixes de la turbomachine et la fixation de panneaux ou viroles ayant des fonctions différentes. En particulier, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement du gaz dans la turbomachine, on fixe généralement sur le carter de soufflante une virole amont, une cartouche d’abradable située en regard des aubes de la soufflante, et une virole aval ou panneau acoustique aval. La virole amont a pour fonction de délimiter une portion de la veine d’entrée d’air dans la turbomachine en assurant une continuité aérodynamique avec la cartouche abradable située à l’aval. Elle doit en outre tenir vis-à-vis de l’érosion du flux d’air. Il existe un besoin pour une virole qui permette de remplir les fonctions précitées tout en étant légère, plus simple à fabriquer et à monter sur le carter. A cet effet, l’invention propose une virole en matériau composite ayant un renfort à fibres longues discontinues densifié par une matrice destinée à être fixée sur un carter de soufflante de turbomachine aéronautique, la virole comprenant une paroi annulaire de veine ayant une face interne pour délimiter une portion de veine d’entrée d’air et deux flasques latéraux qui s’étendent à partir de la paroi de veine radialement vers l’extérieur par rapport à un axe de la virole, la virole comprenant en outre des nervures de raidissement présentes sur une face externe de la paroi de veine et qui se croisent, et une pluralité d’éléments de fixation de la virole sur le carter présents à des intersections entre les nervures. La virole selon l’invention permet d’assurer une fonction de continuité aérodynamique à l’aide de sa paroi de veine et une fixation aisée avec le carter par ses éléments de fixation. La présence des nervures assure une raideur suffisante à la virole et le positionnement à l’intersection de celles-ci des éléments de fixation assure une fixation robuste avec le carter. Le matériau composite à fibres longues discontinues (ou DLF pour « Discontinuous Long Fibers ») permet de réutiliser des fibres issues par exemple de chutes de tissus utilisés dans la fabrication d’autres pièces, et d’obtenir une virole ayant une tenue mécanique adaptée à ses fonctions. La virole selon l’invention est en outre légère par le matériau composite utilisé et sa structure à nervures. Dans un exemple de réalisation, les nervures peuvent s’étendre entre les flasques et comprendre une première série de nervures qui s’étendent entre les flasques dans une première direction, et une deuxième série de nervures qui s’étendent entre les flasques dans une deuxième direction différente de la première. Dans un exemple de réalisation, les nervures peuvent comprendre une série de nervures qui s’étendent entre les flasques, et une nervure centrale qui s’étend parallèlement aux flasques. Les nervures de la série de nervures peuvent s’étendre perpendiculairement aux flasques. Dans un exemple de réalisation, les éléments de fixation peuvent être surmoulés avec le matériau composite de la virole. Les fixations sont ainsi solidement ancrées, ce qui en augmente la robustesse et la fiabilité de l’assemblage Cette caractéristique permet également d’obtenir une virole de conception simple et des éléments de fixation directement intégrés à la virole, ce qui en augmente la fiabilité. Dans un exemple de réalisation, les éléments de fixation peuvent correspondre chacun à un insert taraudé. Dans un exemple de réalisation, chaque flasque peut présenter une face opposée à l’autre flasque qui comporte un joint d’étanchéité. Ce joint d’étanchéité permet d’améliorer les performances aérodynamiques du moteur en réduisant les fuites entre les différents éléments qui sont fixés sur le carter à côté de la virole. Dans un exemple de réalisation, la virole peut présenter une section en forme de U. Une telle virole est plus aisée à fabriquer. Dans un exemple de réalisation, les fibres longues discontinues peuvent être en carbone. L’invention vise aussi un ensemble de carter de soufflante de turbomachine aéronautique comprenant un carter de soufflante et une virole telle que celle présentée ci-avant fixée sur une paroi interne dudit carter par les éléments de fixation de la virole. Un tel ensemble est avantageux car il est aisé de monter et démonter la virole, notamment pour la remplacer. Dans un exemple de réalisation, la paroi interne du carter peut présenter une face interne comprenant des lamages débouchant à l’amont pour accueillir les éléments de fixation de la virole. Cette disposition permet un montage aisé de la virole sur le carter en permettant le passage de l’élément de fixation de la virole. L’invention vise encore un procédé de fabrication d’une virole destinée à être fixée sur un carter de soufflante de turbomachine aéronautique comprenant une paroi annulaire de veine ayant une face interne pour délimiter une portion de veine d’entrée d’air et deux flasques latéraux qui s’étendent à partir de la paroi de veine radialement vers l’extérieur par rapport à un axe de la virole, la virole comprenant en outre des nervures de raidissement présentes sur une face externe de la paroi de veine et qui se croisent, et une pluralité d’éléments de fixation de la virole sur le carter présents à des intersections entre les nervures, le procédé comprenant au moins une étape de mise en forme d’un mélange comprenant une résine et des fibres longues discontinues pour obtenir une préforme de la virole, l’étape de mise en forme comprenant l’insertion des éléments de fixation de la virole sur le carter à des intersections entre les nervures, et une étape de solidification de la résine pour obtenir la virole. Dans un exemple de réalisation, les éléments de fixation de la virole sur le carter sont partiellement noyés dans le mélange avant la solidification de la résine de sorte à surmouler les éléments de fixation. Dans un exemple de réalisation, les fibres longues discontinues peuvent être obtenues à partir de chutes ou copeaux de tissus. Dans un exemple de réalisation, le procédé peut mettre en œuvre du moulage par injection ou du moulage par compression. En variante, le procédé peut mettre en œuvre de l’estampage. Dans un exemple de réalisation, la résine peut être une résine thermoplastique ou une résine thermodurcissable. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : La figure 1 est une vue schématique en coupe d’une turbomachine aéronautique. La figure 2 est une vue en coupe très schématique d’un carter de turbomachine au niveau de la soufflante. La figure 3 est une vue en perspective d’une virole selon un exemple de réalisation de l’invention. La figure 4 est une vue plane de la face externe de la virole de la figure 3. La figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 montrant un autre exemple de réalisation d'une virole selon l’invention. La figure 6 est une vue en coupe agrandie de la figure 2 illustrant plus en détails la fixation entre la virole amont et le carter de soufflante. La figure 1 montre une vue schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine aéronautique 1, ici un turboréacteur à double flux centré sur l’axe A-A. Elle comporte, d’amont en aval dans le sens F d’écoulement du flux gazeux dans la turbomachine : une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7. La figure 2 montre une vue très schématique pour illustrer le positionnement de différents éléments sur le carter de soufflante 20. Un manche d’entrée d’air 21, partiellement représenté, est fixé à l’amont du carter de soufflante 20. A l’aval du carter de soufflante 20 est fixé une virole carter intermédiaire 22. Le carter de soufflante 20 présente une paroi interne 201 (le carter peut présenter une paroi externe non représentée) avec une face interne 201a sur laquelle sont fixés, d’amont en aval : une virole amont 23 (objet de la présente invention), une cartouche d’abradable 24 destinée à être située en regard des aubes 25 de la soufflante 2, et un panneau acoustique aval 26. La virole amont 23 est représentée en perspective sur la figure 3. La virole 23 est en matériau composite ayant un renfort à fibres longues discontinues densifié par une matrice, dont un procédé de fabrication sera décrit plus loin. La virole 23 comprend une paroi annulaire de veine 230 ayant une face interne 230a qui délimite une portion de la veine d’entrée d’air, et deux flasques latéraux 231 qui s’étendent à partir de la paroi de veine 230 radialement vers l’extérieur par rapport à un axe X-X de la virole (l’axe X-X coïncide avec l’axe A-A de la turbomachine lorsque la virole 23 est montée sur le carter de soufflante 20). Dans cet exemple, la virole présente une section en forme de U. La virole 23 comprend en outre des nervures de raidissement 232 qui sont présentes sur une face externe 230b de la paroi de veine 230. Dans cet exemple, chaque nervure 232 s’étend entre les deux flasques latéraux 231. Toujours dans cet exemple, les nervures 232 se croisent deux à deux pour former des croix sur la face externe 230b de la virole 23. Des éléments de fixation 233, ici des inserts taraudés, sont présents à certaines intersections entre deux nervures 232. Dans cet exemple, les éléments de fixation 233 sont présents à une intersection sur deux. Dans cet exemple, chaque nervure 232 s’étend angulairement sur la paroi de veine 230 sur 15°, et il y a un élément de fixation tous les 30°. Les éléments de fixation 233 sont répartis autour de la virole 23. La figure 4 montre une vue de la face externe 230b de la virole 23 on l’on voit les nervures 232 qui se croisent et un élément de fixation 233. On peut distinguer une première série de nervures 232a qui s’étendent selon une première direction par rapport aux flasques 231, et une deuxième série de nervures 232b qui s’étendent selon une deuxième direction différente de la première par rapport aux flasques 231. La figure 5 montre une variante de réalisation de la virole 23 décrite ci-avant. Dans la virole 23’, les nervures de raidissement 232 s’étendent dans des directions différentes de celles de la virole 23. En particulier, les nervures 232 comprennent une série de nervures 232a qui s’étendent perpendiculairement aux flasques 231, et une nervure centrale 232b qui est ici parallèle aux flasques 231 et croise chaque nervure 232a de la série de nervures 232a. Comme dans l’exemple précédent, des éléments de fixation 233 sous la forme d’inserts taraudés sont présents à certaines intersections entre les nervures 232, par exemple une sur deux, et remplissent la même fonction. La figure 6 illustre la fixation de la virole 23 ou 23’ sur le carter de soufflante 20. Le mode de fixation illustré est reproduit sur l’ensemble de la virole 23 ou 23’ et du carter 20 là où les éléments de fixation 233 sont présents. Dans cet exemple, le carter de soufflante 20 présente des aménagements pour permettre la fixation de la virole 23 (ou 23’). En particulier, le carter 20 comprend un premier lamage 202 sur la face interne 201a de la paroi 201 qui accueille l’élément de fixation 233, et un deuxième lamage 203 sur une face externe 201b de la paroi 201 qui accueille un élément de fixation 204 qui doit coopérer avec l’élément de fixation 233 de la virole 23. Le premier lamage 202 est débouchant à l’amont du carter 20 pour permettre le passage de l’élément de fixation 233 lors du positionnement de la virole 23 à l’intérieur du carter 20. Le carter 20 présente autant de lamages 202 et 203 que la virole 23 comporte d’éléments de fixation 233. Dans cet exemple, l’élément de fixation 204 est une vis qui peut être mise en place aisément depuis la face externe 201b de la paroi 201. Un perçage 205 permet le passage de la vis au travers de la paroi 201. La liaison entre le carter 20 et la virole 23 est ici une liaison boulonnée. Pour fixer la virole 23 sur le carter, on positionne d’abord la virole 23 ou 23’ de sorte que les éléments de fixation 233 (inserts taraudés) soient situés en regard des perçages 205 dans les premiers lamages 202, puis on positionne les éléments de fixation 204 (vis) par la face externe 201b de la paroi 201 du carter 20, et on serre l’ensemble. La virole 23 ainsi fixée est positionnée précisément sur le carter 20. Chaque flasque latéral 231 comprend une face 231a qui est opposée à l’autre flasque 231 et sur laquelle on peut coller un joint d’étanchéité 234 annulaire. Ce joint 234 permet d’assurer une étanchéité de la veine d’entrée d’air entre les différents éléments qui sont fixés au carter 20. Les éléments de fixation 204 et 233 ne se limitent pas aux exemples décrits, on pourrait en effet utiliser d’autres types de fixation ou inverser ceux décrits. Un exemple de procédé de fabrication d’une virole 23 ou 23’ va à présent être décrit. Dans une première étape, on met en forme un mélange comprenant une résine et des fibres longues discontinues pour obtenir une préforme de la virole, et, au cours de cette étape, on insère les éléments de fixation au niveau des intersections entre les nervures. Simultanément ou ensuite, on réalise une deuxième étape de solidification de la résine pour obtenir la virole. Les éléments de fixation peuvent être partiellement noyés dans le mélange avant la solidification de la résine de sorte à surmouler les éléments de fixation. Selon un premier exemple de ce procédé où on réalise un moulage par compression : on dispose le mélange dans un moule avec un (ou plusieurs) contre-moule sur lequel sont positionnés les éléments de fixation aux emplacements désirés, on ferme le moule et on comprime l’ensemble en régulant la température du moule selon la résine choisie pour solidifier la résine et obtenir la pièce. Selon un deuxième exemple de ce procédé où on réalise un moulage par injection : on positionne les éléments de fixation aux emplacements désirés dans le moule d’injection, on ferme le moule, on injecte le mélange comprenant la résine et les fibres longues discontinues, et on régule la température du moule selon la résine choisie pour solidifier la résine et obtenir la pièce. Alternativement, on peut réaliser l’estampage d’une plaque comprenant une résine déjà au moins partiellement solidifiée et les fibres longues discontinues dans une presse où les éléments de fixation sont positionnés. La face interne 230a de la paroi de veine 230 de la virole 23 ou 23’ peut enfin être recouverte d’un film anti-érosion (non représenté), appliqué par exemple sous la forme d’une peinture. La résine peut être une résine thermoplastique ou thermodurcissable. Les fibres longues discontinues peuvent être en carbone. Les fibres longues discontinues peuvent présenter par exemple une longueur comprise entre 3 cm et 8 cm de long, et une largeur comprise entre 1 cm et 2 cm. Les fibres longues discontinues peuvent être obtenues à partir de chutes ou copeaux de tissus, ce qui permet de les réutiliser. En mettant en œuvre l’un des procédés décrits, les éléments de fixation 233 sont ainsi surmoulés dans le matériau composite de la virole 23 ce qui assure une fixation robuste et une simplicité de montage. L’emploi des fibres longues discontinues dans un procédé tel que décrit ci-avant permet en outre de fabriquer directement la virole 23 ou 23’ en une seule pièce. La virole 23 ou 23’ présente également un état de surface lisse sur sa face interne 230a qui assure une meilleure aérodynamique. Virole (23 ; 23’) en matériau composite ayant un renfort à fibres longues discontinues densifié par une matrice destinée à être fixée sur un carter (20) de soufflante (2) de turbomachine aéronautique (1), la virole comprenant une paroi annulaire (230) de veine ayant une face interne (230a) pour délimiter une portion de veine d’entrée d’air et deux flasques latéraux (231) qui s’étendent à partir de la paroi de veine radialement vers l’extérieur par rapport à un axe (X-X) de la virole, la virole comprenant en outre des nervures de raidissement (232) présentes sur une face externe (230b) de la paroi de veine (230) et qui se croisent, et une pluralité d’éléments de fixation (233) de la virole sur le carter présents à des intersections entre les nervures (232). Virole selon la revendication 1, dans laquelle les éléments de fixation (233) sont surmoulés avec le matériau composite de la virole (23 ; 23’). Virole selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle les éléments de fixation (233) correspondent chacun à un insert taraudé. Virole selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque flasque (231) présente une face (231a) opposée à l’autre flasque qui comporte un joint d’étanchéité (234). Virole selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la virole (23 ; 23’) présente une section en forme de U. Virole selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les fibres longues discontinues sont en carbone. Ensemble de carter de soufflante (2) de turbomachine aéronautique (1) comprenant un carter de soufflante (20) et une virole (23 ; 23’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 fixée sur une paroi interne (201) dudit carter par les éléments de fixation (233) de la virole. Ensemble de carter de soufflante selon la revendication 7, dans lequel la paroi interne (201) du carter présente une face interne (201a) comprenant des lamages (202) débouchant à l’amont pour accueillir les éléments de fixation (233) de la virole. Procédé de fabrication d’une virole (23 ; 23’) destinée à être fixée sur un carter (20) de soufflante (2) de turbomachine aéronautique (1) comprenant une paroi annulaire (230) de veine ayant une face interne (230a) pour délimiter une portion de veine d’entrée d’air et deux flasques latéraux (231) qui s’étendent à partir de la paroi de veine radialement vers l’extérieur par rapport à un axe (X-X) de la virole, la virole comprenant en outre des nervures de raidissement (232) présentes sur une face externe (230b) de la paroi de veine (230) et qui se croisent, et une pluralité d’éléments de fixation (233) de la virole sur le carter présents à des intersections entre les nervures (232), le procédé comprenant au moins une étape de mise en forme d’un mélange comprenant une résine et des fibres longues discontinues pour obtenir une préforme de la virole, l’étape de mise en forme comprenant l’insertion des éléments de fixation (233) de la virole sur le carter à des intersections entre les nervures (232), et une étape de solidification de la résine pour obtenir la virole (23 ; 23’). Procédé selon la revendication 9, dans lequel les fibres longues discontinues sont obtenues à partir de chutes ou copeaux de tissus.