Brevet FR3109180A1 — publié le 20211015

Procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine d’aéronef, ce carter (3) comportant une enveloppe annulaire (9) s’étendant autour d’un axe A et réalisée dans un matériau composite comportant un renfort en texture fibreuse (13) noyé dans une matrice en résine (14), le procédé comportant : - une étape d’enroulement du renfort en texture fibreuse (13) sur un mandrin d’imprégnation, et, - une étape d’injection de résine (14) dans un moule d’imprégnation enveloppant le mandrin d’imprégnation et la texture fibreuse, caractérisé en ce qu’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’), de préférence une pluralité de tels feuillards (15 ; 15’), et de forme au moins partiellement annulaire est mis en place sur la texture fibreuse (13) avant l’étape d’injection de résine (14) dans le moule d’imprégnation. Figure pour l'abrégé : Figure 4 PROCEDE DE FABRICATION D’UN CARTER POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne la fabrication d’un carter, en particulier de soufflante, pour une turbomachine d’aéronef. Arrière-plan technique La figure 1 représente en coupe à caractère schématique une partie de soufflante d’une turbomachine d’aéronef selon l’art antérieur. 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. 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. Comme cela est visible sur la figure 1, le carter de soufflante 3 comprend typiquement une enveloppe annulaire 9 d'axe de révolution A qui s'étend autour des aubes de soufflante 2 de la turbomachine. Cette enveloppe 9 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. 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 3 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 4, positionnée sur une surface annulaire interne de l’enveloppe 9, entre les panneaux amont 7 et les panneaux aval 8. En plus de la fonction de rétention, le carter de soufflante 3 est également conçu pour : assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d’entrée d’air 5 et la virole 6 de carter intermédiaire ; 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 règlementation au feu et aux fuites ; permettre une continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc. On a déjà proposé de fabriquer l’enveloppe du carter de soufflante en matériau composite à partir de fibres tissées et noyées dans une résine polymérique, le procédé de fabrication étant du type par « RTM » (acronyme anglais de « Resin Transfert Molding »). Le document FR2913053 décrit par exemple des étapes de fabrication d’un carter par fabrication d’une préforme en fibres tissées incluant une étape de tissage d’une texture fibreuse 30 sur un tambour 20, puis l’obtention d’une préforme fibreuse 50 par enroulement de la texture fibreuse 30 en plusieurs couches sur un mandrin 40 avant imprégnation de celle-ci par une résine. Afin de renforcer la capacité de rétention d’une turbomachine, il a été proposé d’ajouter des plis de verre ou de kevlar au cours de l’enroulement sur plusieurs tours de la texture fibreuse entre les couches de la texture fibreuse. Ce qui est long et coûteux et pose en plus des problèmes de masse et de vieillissement du matériau dans le cas du kevlar. Dans un procédé de fabrication par RTM, un moule comportant deux demi-coquilles, posées l'une sur l'autre, confine une cavité de moulage. Les fibres sont tissées en trois dimensions et forment une préforme fibreuse qui est insérée dans la cavité du moule entre les deux demi-coquilles, avant injection de la résine. La polymérisation de la résine est réalisée en maintenant fermées les deux demi-coquilles. Selon la cadence de production souhaitée, la polymérisation est réalisée à température ambiante ou par chauffage. L'utilisation d'un tel procédé est particulièrement avantageuse car celui-ci permet de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique, tout en présentant une résistance mécanique au moins équivalente sinon supérieure. La capacité de rétention du carter composite est assurée par la quantité de fibres et la qualité du tissage. Des aléas de production ou un changement de conception/design (ayant pour visée de réduire les coûts de fabrication, par exemple) peuvent affecter cette capacité de rétention. Il convient dès lors de trouver une alternative aux structures de carters de turbomachines garantissant la capacité de rétention d’aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d’entrée de débris dans la soufflante. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. L’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter de turbomachine d’aéronef, ce carter comportant une enveloppe annulaire s’étendant autour d’un axe A et réalisée dans un matériau composite comportant un renfort en texture fibreuse noyé dans une matrice en résine, le procédé comportant une étape d’enroulement du renfort en texture fibreuse sur un mandrin d’imprégnation, et, une étape d’injection de résine dans un moule d’imprégnation enveloppant le mandrin d’imprégnation et la texture fibreuse. Selon l’invention, au moins un feuillard métallique, de préférence une pluralité de tels feuillards, et de forme au moins partiellement annulaire est mis en place sur la texture fibreuse avant l’étape d’injection de résine dans le moule d’imprégnation. 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 : - l’au moins un feuillard métallique est mis en place sur la texture fibreuse au cours de l’étape d’enroulement du renfort en texture fibreuse sur le mandrin d’imprégnation ; - un agent de collage est ajouté entre l’au moins un feuillard métallique et le renfort en texture fibreuse lors de la mise en place du renfort en texture fibreuse sur le mandrin d’imprégnation ; - l’au moins un feuillard métallique est mis en place sur la texture fibreuse de manière à être disposé exclusivement sur la surface externe de la texture fibreuse et/ou de l’enveloppe avant l’étape d’injection de résine dans le moule d’imprégnation ; - l’au moins un feuillard métallique est mis en place sur l’intégralité du pourtour de la texture fibreuse et/ou de l’enveloppe ; - l’au moins un feuillard métallique est en titane ; - le ou les feuillard(s) a/ont une largeur circonférentielle comprise entre 50 et 500 mm, préférentiellement entre 100 et 200mm ; - le ou les feuillard(s) a/ont une épaisseur de 0,05 mm à 2 mm, préférentiellement encore de 0,1 mm à 1mm ; L’invention couvre également un carter de turbomachine d’aéronef fabriqué selon le procédé de fabrication ci-dessus. L’invention couvre encore une turbomachine d’aéronef comportant un carter ci-dessus. Brève description des figures 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 : La figure 1 déjà discutée montre partiellement une vue en coupe schématique d’une soufflante d’une turbomachine d’aéronef selon l’état de la technique ; La figure 2 montre une vue partielle en perspective d’une enveloppe de carter de soufflante en regard de laquelle est illustré un feuillard métallique à appliquer sur l’enveloppe au cours d’un processus de fabrication de celle-ci ; La figure 3 est une variante de la vue de la figure 2, montrant des feuillards de moindre dimension angulaire que ceux de la figure 2 ; La figure 4 est une vue analogue à la figure 1 en coupe schématique partielle montrant un feuillard métallique en place selon l’invention. Description détaillée de l'invention 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. Le carter 3 auquel le procédé selon l’invention est appliqué a une forme générale annulaire autour d’un axe A (Fig. 4). Les éléments structurels analogues à ceux de l’art antérieur selon la figure 1 portent les mêmes références numériques et ne sont pas redécrits. Ce carter 3 comprend une enveloppe annulaire 9 s’étendant autour de l’axe A et réalisée dans un matériau composite comportant un renfort en texture fibreuse 13 noyé dans une matrice en résine 14 (figures 2 à 4). La texture fibreuse 13 et la résine 14 forment le corps de l’enveloppe 9. L’enveloppe 9 présente une surface annulaire extérieure 12 (figures 2 à 4). En plus des éléments décrits en préambule, l’enveloppe 9 est ici pourvue de feuillards métalliques 15 (figure 2) ou 15’ (figure 3). De préférence, non limitativement, les feuillards métalliques 15, 15’ sont en titane. Les feuillards métalliques 15, 15’ se présentent sous forme de patchs, c’est-à-dire de couches minces (par exemple des feuillets ou des plaques) en secteur d’anneau, appliquées sur le corps de l’enveloppe 9, et plus précisément sur la surface annulaire extérieure 12, par co-injection avec le renfort en texture fibreuse 13 et la résine 14. Très préférentiellement, les feuillards 15 ou 15’ recouvrent l’intégralité du pourtour de l’enveloppe 9 en une zone de rétention 11 décrit ci-dessous, c’est-à-dire sur 360°, de manière à maximiser la capacité de rétention de l’enveloppe 9. Les feuillards ont préférentiellement une largeur circonférentielle comprise entre 50 et 500 mm, de préférence encore entre 100 et 200mm. Une dimension comprise dans cette dernière plage permet d’éviter les plissements lors de la mise en place des feuillards. La dimension angulaire des feuillards sera par exemple adaptée aux exigences propres à chaque carter dans lesquels ils sont mis en œuvre. La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 dans laquelle sont illustrés des feuillards 15’ de moindre dimension angulaire que les feuillards 15, par ailleurs identiques sur le principe. Par souci de lisibilité, un feuillard 15 est représenté seul et à légère distance de la surface 12 en figure 2 à titre purement illustratif ; de même, quatre feuillards 15’ sont illustrés à titre d’exemple en figure 3. Les enveloppes 9 des figures 2 et 3 sont ainsi représentées artificiellement avec des orifices 18, prévus pour loger des organes de fixation, déjà ménagés dans les brides 3’ et 3’’. Les feuillards 15 sont disposés en une zone de rétention annulaire 11 située sur la surface extérieure 12 de l’enveloppe annulaire 9 telle qu’illustrée en figure 4. La zone de rétention 11 est au moins partiellement en regard des aubes de soufflante 2. Dans le mode de réalisation illustré en figure 4, la zone de rétention 11 s’étend sur la surface annulaire extérieure 12 au moins en regard de la moitié avant de la zone de jonction annulaire entre l’enveloppe 9 et la couche 4 en matériau abradable fixée sur une surface annulaire intérieure 16 de l’enveloppe 9. La longueur axiale des feuillards 15 ou 15’ (c’est-à-dire selon une direction parallèle à l’axe A) définit la longueur axiale de la zone de rétention 11. Les feuillards 15 ou 15’ assurent le renforcement de la zone de rétention 11. De préférence, les feuillards 15 ou 15’ présentent une épaisseur de 0,05 mm à 2 mm, préférentiellement encore de 0,1 mm à 1mm. On décrit maintenant un procédé de fabrication du carter 3 pourvu des feuillards 15 ou 15’ précités. Une texture fibreuse 13 est tout d’abord générée sur un tambour non représenté dont la section axiale peut évoluer en diamètre selon un premier profil prédéterminé. Au cours d’une étape d’enroulement, la texture fibreuse 13 est ensuite placée sur un mandrin d’imprégnation non représenté présentant un deuxième profil prédéterminé différent du premier profil du tambour. La texture fibreuse 13 ainsi disposée, prête pour l’injection de résine, est appelé préforme. Ici, lors de cette étape d’enroulement pour former la préforme, c’est-à-dire avant l’injection de la résine 14 appelée « injection RTM », les feuillards 15 ou 15’ sont mis en place sur la face externe de la texture fibreuse 13, contre la surface annulaire 12. Il s’agit ainsi de mettre en place les feuillards 15 ou 15’ lors de la mise en forme de la pièce qui deviendra l’enveloppe 9. La tenue des feuillards métalliques 15 ou 15’ contre la texture fibreuse 13 au cours de l’enroulement peut être assurée par l’ajout d’un agent de collage entre les feuillards métalliques 15 ou 15’ et la texture fibreuse 13 (non illustré), par exemple une colle. Il s’agit notamment de maintenir le contact entre les feuillards 15 ou 15’ et la texture fibreuse 13 à mesure que le mandrin d’injection pivote sur lui-même et que certains feuillards 15 ou 15’ se retrouvent sous le mandrin. Au cours d’une étape de mise en place d’un moule, la texture fibreuse 13, pourvue des feuillards 15 ou 15’, et le mandrin sont placés dans un moule externe, lequel comporte par exemple deux demi-coquilles. Les demi-coquilles sont alors refermées de manière étanche autour de la texture fibreuse 13, des feuillards 15 ou 15’ et du mandrin d’injection. Au cours d’une étape d’injection, de la résine 14 est ensuite injectée dans le moule de manière à générer l’enveloppe 9. Le moule subit ensuite une étape de polymérisation suivie d’éventuels usinages ultérieurs de l’enveloppe 9, tels que par exemple des usinages de mise en conformité dimensionnelle ou le perçage des orifices 18 dans les brides 3’ et 3’’ (figure 2 et 3). Lors de l’étape de polymérisation de la résine 14, le contact de celle-ci contre la face interne des feuillards 15, 15’ en permet le collage directement sur le corps 13, 14 de l’enveloppe 9. Les feuillards 15 ou 15’ sont présents uniquement sur la face externe de l’enveloppe 9 et non entre les couches successives de la texture fibreuse 13 de manière à assurer la meilleure cohésion structurelle possible, et notamment à éviter le délaminage de l’enveloppe 9 sous l’effet des contraintes subies par celle-ci au fonctionnement. L’invention apporte des avantages à plusieurs niveaux. D’un point de vue technique, la zone de rétention est renforcée et permet l’utilisation d’une préforme moins performante mécaniquement, donc moins coûteuse. La protection au feu est assurée dans la zone des feuillards de sorte qu’il est possible de se passer d’une protection au feu supplémentaire dans cette zone. Grâce à la présence des feuillards dans le moule d’injection lors de l’injection de la résine, l’interface entre ceux-ci et le composite est plus résistante que si l’étape de collage des feuillards devait être faite après injection de la résine. D’un point de vue industriel, le procédé de fabrication intégrant l’ajout de feuillard lors de l’étape d’enroulement de la texture fibreuse 13 sur le mandrin, et le carter 3 ainsi obtenu permettent d’utiliser une préforme et/ou texture fibreuse moins performante. Ceci permet d’autoriser des aléas de production qui ont un effet sur la qualité du tissage. L’effet de l’ajout des feuillards sur le cycle de fabrication de l’enveloppe est minime sachant que les feuillards sont ajoutés au cours d’une étape de conception préexistante. En outre, cet ajout se fait sans outillage supplémentaire. Enfin, le retour d’expérience sur les métaux est plus important que pour les matériaux composites de sorte que les caractéristiques du carter ainsi fabriqué, et notamment la capacité de rétention de l’enveloppe 9, sont plus prévisibles. Procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine d’aéronef, ce carter (3) comportant une enveloppe annulaire (9) s’étendant autour d’un axe A et réalisée dans un matériau composite comportant un renfort en texture fibreuse (13) noyé dans une matrice en résine (14), le procédé comportant : - une étape d’enroulement du renfort en texture fibreuse (13) sur un mandrin d’imprégnation, et, - une étape d’injection de résine (14) dans un moule d’imprégnation enveloppant le mandrin d’imprégnation et la texture fibreuse, caractérisé en ce qu’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’), de préférence une pluralité de tels feuillards (15 ; 15’), de forme au moins partiellement annulaire est mis en place sur la texture fibreuse (13) avant l’étape d’injection de résine (14) dans le moule d’imprégnation. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’) est mis en place sur la texture fibreuse (13) au cours de l’étape d’enroulement du renfort en texture fibreuse (13) sur le mandrin d’imprégnation. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un agent de collage est ajouté entre l’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’) et le renfort en texture fibreuse (13) lors de la mise en place du renfort en texture fibreuse (13) sur le mandrin d’imprégnation. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’) est mis en place sur la texture fibreuse (13) de manière à être disposé exclusivement sur la surface externe de la texture fibreuse et/ou de l’enveloppe (9) avant l’étape d’injection de résine (14) dans le moule d’imprégnation. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’) est mis en place sur l’intégralité du pourtour (11) de la texture fibreuse (13) et/ou de l’enveloppe (9). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un feuillard métallique (15 ; 15’) est en titane. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le ou les feuillard(s) (15 ; 15’) a/ont une largeur circonférentielle comprise entre 50 et 500 mm, préférentiellement entre 100 et 200mm. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le ou les feuillard(s) (15 ; 15’) a/ont une épaisseur de 0,05 mm à 2 mm, préférentiellement encore de 0,1 mm à 1mm. Carter de turbomachine d’aéronef fabriqué selon le procédé de fabrication de l’une des revendications précédentes. Turbomachine d’aéronef comportant un carter selon la revendication précédente.