Brevet FR3111414A1 — publié le 20211217

L’invention propose que des pontets (9) s’étendant à côté les uns des autres relient de façon monobloc une paroi radialement intérieure (5) et une paroi radialement extérieure (3) de chambre de combustion de turbomachine à gaz de ers une extrémité libre (5a) de la paroi radialement intérieure (5), le tout étant à structure de couches additives. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Production par fabrication additive de pièces complexes L’invention concerne, dans le domaine des turbomachines aéronautiques, la production par fabrication additive de pièces assez complexes. La production par fabrication additive d’au moins une partie de chambre de combustion de turbomachine à gaz est ainsi concernée. Cette production peut en particulier s’opérer par fabrication additive sur lit de poudre. La fabrication additive permet d'obtenir des pièces ayant des géométries relativement complexes en s'affranchissant des contraintes liées par exemple à l'utilisation d'un moule. Cependant, ces procédés de fabrication sont encore limités par le temps de fabrication requis qui est long, par les coûts de fabrication élevés ainsi que par certaines difficultés de mises en œuvre. FR3041889 et EP3002212 présentent des solutions de production de pièces par fabrication additive, en particulier sur lit de poudre. Les détails de ces techniques de production sont ici transposables. Dans ce contexte général, le présent sujet concerne spécifiquement la production d’au moins une partie de chambre de combustion de turbomachine à gaz par un tel procédé. Dans une telle chambre de combustion, pour protéger une paroi des effets de la chaleur, on sait que l’établissement d’un film d’air est efficace. Ce film peut être obtenu par une double paroi de courte longueur alimentée en air par des orifices (souvent appelés perçages) qui traversent l’une des parois. La double paroi dirige l’air le long de la surface à protéger de façon plutôt homogène. Une solution existante pour réaliser de telles zones de chambre de combustion consiste à fabriquer de façon indépendante une pièce de tôle qui définira la paroi intérieure de doublure de la paroi extérieure du corps proprement dit de la chambre de combustion, puis d’assembler, par soudure ou brasure, cette pièce de tôle audit corps, en maintenant un espace assurant le film d’air. Ceci impose de chaudronner les pièces à assembler de façon à les positionner correctement. Après assemblage, une opération de calibration est nécessaire pour que l’écartement entre parois soit adapté, afin de chercher à assurer un écoulement homogène du film d’air. Ces opérations impactent directement le coût et le cycle de production. L’invention a pour but de résoudre certains au moins des inconvénients précités. Afin d’améliorer la situation, le présent document propose un procédé de production par fabrication additive d’au moins une partie de chambre de combustion de turbomachine aéronautique s’étendant autour d’un axe (repéré X1 ci-après) et comprenant une paroi radialement extérieure doublée localement par une paroi radialement intérieure de façon à former entre elle un espace intermédiaire pouvant créer un film d’air, ce procédé étant notamment caractérisé en ce que, du bas vers le haut et par fabrication additive : - alors que, par dépôts d’une succession de couches de matériau, on crée une partie inférieure de ladite paroi radialement extérieure, on poursuit le dépôt de couches dudit matériau pour élever, sur ladite partie inférieure, des pontets dressés à côté les uns des autres jusqu’à des sommets desdits pontets où - on poursuit les dépôts de couches dudit matériau, pour créer la paroi radialement intérieure, tout en poursuivant ladite création de la paroi radialement extérieure, et - on poursuit encore lesdits dépôts de couches de matériau, au moins jusqu’à faire se rejoindre ladite partie inférieure de la paroi radialement extérieure et une extrémité de paroi radialement intérieure opposée à celle où sont situés les pontets. Ainsi, on va pouvoir produire la paroi radialement intérieure dans la même pièce que la paroi radialement extérieure alors que le sens de fabrication ne permet pas de fabriquer de paroi suspendue. La fabrication de ces soutiens ou maintiens que forme la succession de pontets devient aisée. « Radialement » a pour sens : radial par rapport à l’axe X1. La paroi radialement extérieure est, dans cette direction, plus éloignée de l’axe X1 que la paroi radialement intérieure. Si, comme on le propose par ailleurs, on réalise ladite fabrication additive sur lit de poudre métallique, par un laser, les pontets ainsi disposés vont permettre de dissiper l’énergie du laser et obtenir une solidification du métal nécessaire à la construction de la paroi radialement intérieure. Et cet effet de dissipation d’énergie, puis de bon écoulement d’air dans l’espace entre lesdites parois respectivement radialement extérieure et radialement intérieure pourra être encore meilleur si, comme aussi proposé, la paroi radialement extérieure et la paroi radialement intérieure sont parallèles l’une à l’autre sur une partie de la longueur de la paroi radialement intérieure s’étendant entre ses extrémités de raccordement respectivement à la paroi radialement extérieure et aux pontets. Ceci n’empêche pas qu’elles se raccordent l’une à l’autre côté amont de la chambre de combustion, les deux parois étant pour cela inclinées par rapport à l’axe X1, et allant donc en se rapprochant de cet axe X1 vers l’amont, avec donc une pente plus forte pour la paroi radialement extérieure, vers l’extrémité amont (sur la figure 2 ci-après la face 30b peut être presque perpendiculaire à l’axe X1). La fabrication additive pourra en outre permettre qu’en poursuivant les dépôts de couches dudit matériau après la fabrication d’une zone inférieure de chambre de combustion comme expliqué ci-avant, on continue à créer, annulairement autour dudit axe (X1) : - la paroi radialement extérieure, - la paroi radialement intérieure, et - les pontets disposés à côté les uns des autres vers l’extrémité de paroi radialement intérieure opposée à celle où la paroi radialement intérieure rejoint la paroi radialement extérieure, ceci : -- en réalisant, autour de l’axe (X1), lesdites parois respectivement radialement extérieure et radialement intérieure polygonales (d’autres parties de ces parois), et -- en inclinant les pontets (d’autres dits pontets) de façon qu’ils s’étendent entre lesdites parois respectivement radialement extérieure et radialement intérieure transversalement au côté du polygone où ces pontets sont disposés. Pour alimenter en air l’espace créé entre les parois radialement extérieure et radialement intérieure, on réservera utilement, dans la paroi radialement extérieure, des ouvertures qui pourront déboucher dans cet espace. L’orientation de certains au moins de ces orifices sera globalement parallèle audit axe (X1), pour un balayage d’air efficace. Outre le procédé présenté ci-avant, est aussi concernée par l’invention une chambre de combustion de turbomachine à gaz comprenant, autour dudit axe (X1), les parois respectivement radialement extérieure et radialement intérieure, de doublure locale, de façon à former entre elles ledit espace intermédiaire pouvant créer un film d’air. Parmi les caractéristiques de cette chambre de combustion, on notera que des pontets individualisés, s’étendant à côté les uns des autres relient la paroi radialement intérieure et la paroi radialement extérieure vers une extrémité libre de la paroi radialement intérieure, ceci : - de façon monobloc et/ou, - de telle sorte que les pontets et, au moins localement, la paroi radialement intérieure et la paroi radialement extérieure soient obtenues par empilement de couches successives ; technique souvent dénommée « à structure de couches additives ». Comme précédemment, ceci doit d’améliorer la situation face à certains au moins des inconvénients précités. L’expression « à structure de couches additives » a pour sens monobloc, mais en outre : « produits par fabrication additive », avec donc une structure physico-chimique spécifique à cette fabrication et que l’on peut reconnaître par une analyse physico-chimique de cette structure et donc différencier notamment d’une fabrication par coulée ou injection. Afin de favoriser une continuité périphérique (autour de l’axe X1) de maintien de la paroi du film et un passage homogène d’air, il est par ailleurs proposé que, sur cette chambre de combustion, à une extrémité où ils se raccordent à la paroi radialement intérieure, les pontets s’évasent : - jusqu’à venir en contact deux à deux et/ou - jusqu’à un angle inférieur à 150° ou compris entre 120° et 160°. De nouveau afin de favoriser un passage homogène d’air, il est aussi proposé : - qu’autour de l’axe (X1), lesdites parois respectivement radialement extérieure radialement intérieure soient à faces polygonales, et - que, perpendiculairement à la direction suivant laquelle ils relient lesdites parois radialement intérieure radialement extérieure, et perpendiculairement à la direction suivant laquelle ces parois radialement intérieure et radialement extérieure s’étendent autour dudit axe (X1), les pontets soient allongés et présentent des extrémités chacune en double biseau. Concernant les ouvertures pour l’air dans la paroi radialement extérieure, qui déboucheront donc entre lesdites parois radialement extérieure et radialement intérieure, il est même proposé : - qu’elles soient formées sur plusieurs faces de la paroi radialement extérieure, suivant plusieurs lignes parallèles, et/ou, - qu’elles aient individuellement une forme de pentagone convexe. Est enfin aussi concernée par l’invention une turbomachine aéronautique comprenant la chambre de combustion pourvue de tout ou partie des caractéristiques ci-avant. Concernant la fabrication additive, cette technique regroupe donc les procédés de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière, par empilement de couches successives. A partir d’une conception assistée par ordinateur, un logiciel spécifique organise un découpage en tranches des différentes couches nécessaires à la réalisation de la pièce. L'utilisation de plusieurs matériaux peut permettre d'obtenir une pièce dont la dilatation thermique est nulle et/ou est contrôlée, ou d'autres propriétés physiques. On peut prévoir une étape de pressage isostatique à chaud, pressage isostatique à froid ou pressage isostatique de densification sous vide, pour favoriser l'obtention de pièces qui ne présentent notamment pas d'anisotropie ou de porosité non désirée. La pièce peut comprendre un alliage métallique et/ou un matériau céramique. la figure 1 schématise un mode possible de réalisation d’une solution conforme à l’invention, en illustrant une partie inférieure amont de chambre de combustion de turbomachine aéronautique, en perspective et coupe axiale (axe X1). la figure 2 schématise la coupe de la figure 1 vue suivant la flèche IIe, suivant. la figure 3 schématise la coupe de la figure 1 vue suivant la flèche III. la figure 4 représente la vue de la figure 1 vue suivant la flèche IV. la figure 5 est un schéma grossier en coupe axiale de la chambre de combustion précitée. Dans la description qui suit, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Un objet de l’invention est donc, repérée 1 sur les figures (figure 5 notamment), une chambre de combustion de turbomachine aéronautique (à gaz). Comme connu, une telle chambre de combustion 1 est interposée entre, en amont par rapport au sens général de circulation des gaz dans la turbomachine, un compresseur et, en aval, une turbine. En amont, un système d'injection d'air et de carburant alimente la chambre de combustion en air et en carburant. Une fraction de l'air amont provenant du compresseur est guidée à travers le système d'injection, pour la formation d'un mélange carburé injecté selon un axe X1. Le mélange passe dans une zone primaire interne de la chambre de combustion où ont lieu les réactions de combustion, puis les gaz produits sont dilués et refroidis dans une zone secondaire, plus aval, puis sont distribués vers la turbine qu'ils entraînent. X1 est aussi l’axe autour duquel s’étend la chambre de combustion 1 d’amont vers l’aval. La turbomachine à gaz équipée de la chambre de combustion 1 peut être un turboréacteur à double flux et à double corps, pourvue donc, d'amont (AM) vers l’aval (AV), d’une soufflante, d’un compresseur basse-pression, d’un compresseur haute-pression, d’une chambre annulaire de combustion, d’une turbine haute-pression et d’une turbine basse-pression. Comme l’illustre notamment la figure 1, la chambre de combustion 1 comprend, autour de l’axe X1, une paroi radialement extérieure 3 doublée localement par une paroi radialement intérieure 5. Ainsi, un espace intermédiaire 7 existe entre les parois radialement extérieure 3 et radialement intérieure 5. Un film d’air peut être créé entre les parois. Pour fabriquer la paroi radialement intérieure 5 dans la même pièce que la paroi radialement extérieure 3, en contournant la difficulté de réalisation d’une paroi suspendue, des pontets 9 individualisés, s’étendant à côté les uns des autres, relient de façon monobloc la paroi radialement intérieure 5 et la paroi radialement extérieure 3, vers une extrémité libre 5a de la paroi radialement intérieure 5. Autrement dit, les pontets 9 et, au moins localement, comme dans la zone inférieure 10 de la chambre de combustion 1 (figure 5), la paroi radialement intérieure 5 et la paroi radialement extérieure 3 sont d’une seule pièce et à structure commune de couches additives. Afin de favoriser une continuité périphérique (autour de l’axe X1) de maintien (soutien pour ladite zone inférieure 10) de la paroi radialement intérieure 5 et un passage homogène d’air dans l’espace intermédiaire 7, la présence de pontets 9 s’évasant à une extrémité (ou sommet) 9a où ils se raccordent à la paroi radialement intérieure 5 pourra être utile. En particulier, les pontets 9 peuvent alors s’évaser : - jusqu’à venir en contact deux à deux (zone 11 figure 3), et/ou - jusqu’à un angle A inférieur à 150° ou compris entre 120° et 160°. Il s’agit d’un compromis entre la capacité de la fabrication additive et de l’effet mécanique à atteindre. Pour encore favoriser un passage d’air homogène (assez stable), il est conseillé : - qu’autour de l’axe X1, lesdites parois radialement extérieure 3 et radialement intérieure 5 soient à faces polygonales (voir figure 4), et - que, perpendiculairement à la direction suivant laquelle les pontets 9 relient lesdites parois intérieure 5 et extérieure 3, et perpendiculairement à la direction (Y1) suivant laquelle ces parois 3 et 5 s’étendent autour dudit axe X1, les pontets 9 soient allongés (direction Xp figure 1) et présentent des extrémités chacune en double biseau 9b1, 9b2. Les extrémités 9b1, 9b2 affinées sont aérodynamiques et des pontets 9 plus longs (direction Xp) que larges stabilisent la circulation de l’air d’amont vers l’aval. Réserver, dans la paroi radialement extérieure 3, des ouvertures 13 débouchant dans l’espace intermédiaire 7 permettra d’assurer une circulation propice à la création du film d’air souhaité le long de la face interne de la paroi radialement extérieure 3. Concernant ces ouvertures 13, il est même proposé : - qu’elles soient formées sur plusieurs faces, telles que 30a,30b, de la paroi radialement extérieure 3, de préférence suivant plusieurs lignes parallèles entre elles, et/ou, - qu’elles aient individuellement une forme de pentagone convexe (voir figure 1). La partie 13a convexe, à double pente, de chaque pentagone convexe sera à ce sujet de préférence située plus près de l’axe X1 que les autres côtés du pentagone. Ainsi, on associera utilement une réalisation des parois 3,5 à faces polygonales, adaptée à la fabrication additive, et une distribution des ouvertures 13 répartie autour de l’axe X1, avec une tenue mécanique optimisée (forme de pentagone convexe). Concernant la production d’au moins une partie de chambre de combustion, telle que la pièce 1, on aura noté l’intérêt marqué pour que, du fait de la fabrication additive, celle-ci s’opère du bas vers le haut (respectivement L et H, et flèche, figure 2). Ainsi, tandis que, par dépôts d’une succession de couches de matériau, on créera une partie inférieure 30 (zone inférieure 10) de ladite paroi radialement extérieure 3, on poursuivra le dépôt de telles couches de matériau pour élever, sur ladite partie inférieure, des pontets 9 alors dressés à côté les uns des autres jusqu’à des sommets 9a de ces pontets. Parvenu là, on pourra y poursuivre les dépôts de couches de matériau, pour créer (initier la création de) la paroi radialement intérieure 5, tout en poursuivant la création de la paroi radialement extérieure 3. Au fur et à mesure, on poursuivra alors encore lesdits dépôts de couches de matériau, au moins jusqu’à faire se rejoindre ladite partie inférieure 30 de la paroi radialement extérieure 3 et une extrémité 5b de la paroi radialement intérieure 5 opposée (parallèlement à l’axe X1) à celle 5a où sont situés les pontets 9. Ainsi, dans la zone inférieure 10, la paroi radialement intérieure 5 est inclinée par rapport à l’axe X1 et s’élève vers son extrémité 5b de raccordement à la paroi radialement extérieure 3. En regard, la paroi radialement extérieure 3 y est d’ailleurs aussi inclinée par rapport à l’axe X1. De préférence, pour un compromis entre fabrication, tenue mécanique, effet aérodynamique, il est à ce sujet conseillé que la paroi radialement extérieure 3 et la paroi radialement intérieure 5 sont parallèles l’une à l’autre, sur l’essentiel de la longueur L de la paroi radialement intérieure 5 s’étendant entre lesdites extrémités 5a et 5b. Sur le reste du pourtour (fermé, donc du périmètre) des parois radialement extérieure 3 et radialement intérieure 5, si la technique précitée de fabrication est aussi utilisée, il est conseillé de procéder de la même manière : incliner les deux parois 3 et 5 par rapport à l’axe X1, mais avec alors des sens de progressions inversés en partie supérieure desdites parois 3,5, et donc de la chambre de combustion 1, à savoir en élevant la paroi radialement intérieure 5 depuis son extrémité 5b de raccordement à la paroi radialement extérieure 3 vers son extrémité libre 5a où on élèvera les pontets 9 jusqu’à les raccorder à la paroi radialement extérieure 3 que les dépôts de couches en cours auront entretemps continué à créer. A ce sujet, on aura aussi noté l’intérêt du compromis (entre fabrication, tenue mécanique et impact aérodynamique) à ce que, tout en poursuivant les dépôts de couches dudit matériau, on continue à créer, annulairement autour de l’axe X1, la paroi radialement extérieure 3, la paroi radialement intérieure 5 et les des pontets 9 alors disposés à côté les uns des autres, vers l’extrémité libre 5a de la paroi radialement intérieure 5, ceci : - en réalisant, autour de l’axe X1, desdites paroi radialement extérieure 3 et radialement intérieure 5 polygonales, et - en inclinant les pontets 9 de façon que ces pontets s’étendent entre lesdites paroi radialement extérieure 3 et radialement intérieure 5, transversalement au côté (ou face) du polygone où ils sont disposés ; voir par exemple figure 2 : pontets 9 pouvant être dressés verticalement entre la face 30a de la paroi radialement extérieure 3 et celle, sensiblement parallèle, 50a de la paroi radialement intérieure 5, ces deux faces étant inclinées par rapport à l’axe X1, en se rapprochant de cet axe X1 vers l’amont. Transversalement a ici pour sens non nécessairement perpendiculaire, mais plutôt incliné par rapport au côté concerné. Procédé de production par fabrication additive d’au moins une partie de chambre de combustion de turbomachine aéronautique s’étendant autour d’un axe (X1) et comprenant une paroi radialement extérieure (3) doublée localement par une paroi radialement intérieure (5) de façon à former entre elle un espace (7) intermédiaire pouvant créer un film d’air, caractérisé en ce que, du bas vers le haut et par fabrication additive : - alors que, par dépôts d’une succession de couches de matériau, on crée une partie inférieure (30) de ladite paroi radialement extérieure (3), on poursuit le dépôt de couches dudit matériau pour élever, sur ladite partie inférieure, des pontets (9) dressés à côté les uns des autres jusqu’à des sommets (9a) desdits pontets où - on poursuit les dépôts de couches dudit matériau, pour créer la paroi radialement intérieure (5), tout en poursuivant ladite création de la paroi radialement extérieure (3), et - on poursuit encore lesdits dépôts de couches de matériau, au moins jusqu’à faire se rejoindre ladite partie inférieure (30) de la paroi radialement extérieure (3) et une extrémité (5b) de paroi radialement intérieure opposée à celle où sont situés les pontets (9). Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise ladite fabrication additive sur lit de poudre métallique. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la paroi radialement extérieure (3) et la paroi radialement intérieure (5) sont parallèles l’une à l’autre sur une partie de la longueur de la paroi radialement intérieure s’étendant entre lesdites extrémités. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel en poursuivant les dépôts de couches dudit matériau, on continue à créer, annulairement autour de l’axe (X1), la paroi radialement extérieure (3), la paroi radialement intérieure (5) et les des pontets (9) disposés à côté les uns des autres vers l’extrémité (5a) de paroi radialement intérieure opposée à celle où la paroi radialement intérieure (5) rejoint la paroi radialement extérieure (3) : - en réalisant, autour de l’axe (X1), desdites paroi radialement extérieure (3) et paroi radialement intérieure (5) polygonales, et - en inclinant les pontets de façon qu’ils s’étendent entre lesdites paroi radialement extérieure et paroi radialement intérieure transversalement au côté du polygone où ils sont disposés. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel, dans la paroi radialement extérieure (3), on réserve des ouvertures (13) qui débouchent entre la paroi radialement extérieure (3) et la paroi radialement intérieure (5). Chambre de combustion de turbomachine à gaz présentant un axe (X1) et comprenant, autour dudit axe (X1) une paroi radialement extérieure (3) doublée localement par une paroi radialement intérieure (5), de façon à former entre elles un espace (7) intermédiaire pouvant créer un film d’air caractérisée en ce que des pontets (9) individualisés, s’étendant à côté les uns des autres relient de façon monobloc la paroi radialement intérieure et la paroi radialement extérieure vers une extrémité libre (5a) de la paroi radialement intérieure (5). Chambre de combustion de turbomachine à gaz présentant un axe (X1) et comprenant, autour dudit axe (X1) une paroi radialement extérieure (3) doublée localement par une paroi radialement intérieure (5), de façon à former entre elles un espace (7) intermédiaire pouvant créer un film d’air caractérisée en ce qu’elle présente des pontets individualisés, s’étendant à côté les uns des autres relient la paroi radialement intérieure et la paroi radialement extérieure vers une extrémité libre (5a) de la paroi radialement intérieure, les pontets (9) et, au moins localement, la paroi radialement intérieure et la paroi radialement extérieure étant obtenues par empilement de couches successives. Chambre de combustion selon la revendication 6 ou 7 dans laquelle, à une extrémité où ils se raccordent à la paroi radialement intérieure (5) les pontets (9) s’évasent jusqu’à venir en contact deux à deux et/ou jusqu’à un angle inférieur à 150° ou compris entre 120° et 160°. Chambre de combustion selon la revendication 6 ou 7 dans laquelle : - autour de l’axe (X1), lesdites paroi radialement extérieure (3) et paroi radialement intérieure (5) sont à faces polygonales, et - perpendiculairement à la direction suivant laquelle ils relient la paroi radialement intérieure et la paroi radialement extérieure et à la direction suivant laquelle lesdites parois radialement intérieure (5) et radialement extérieure (3) s’étendent autour dudit axe (X1), les pontets (9) sont allongés et présentent des extrémités chacune en double biseau. Chambre de combustion (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 présentant, dans la paroi radialement extérieure (3), des ouvertures (13) qui débouchent entre la paroi radialement extérieure et la paroi radialement intérieure. Chambre de combustion selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle les ouvertures sont formées, sur plusieurs faces de la paroi radialement extérieure (3), suivant plusieurs lignes parallèles, et/ou en ayant individuellement une forme de pentagone convexe. Turbomachine aéronautique comprenant la chambre de combustion (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 11.