Brevet FR3124106A1 — publié le 20221223

Préforme fibreuse avec zone cousue d’amortissement des vibrations La présente invention concerne une préforme fibreuse (10) d’aube (1) de turbomachine, comprenant deux portions fibreuses (14) formant un profil aérodynamique de l’aube et définissant entre elles un volume intérieur (16), dans laquelle la préforme fibreuse présente au moins une zone cousue (19) d’amortissement des vibrations dans laquelle les portions fibreuses sont reliées par couture par au moins un fil de couture (190) s’étendant au travers du volume intérieur. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Préforme fibreuse avec zone cousue d’amortissement des vibrations La présente invention concerne une préforme fibreuse destinée à former un renfort d’une aube de turbomachine et munie dans un volume intérieur d’au moins une zone cousue reliant les portions fibreuses définissant le profil aérodynamique de l’aube et permettant d’amortir les modes vibratoires en fonctionnement. L’invention vise également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine comprenant la formation d’une matrice dans une porosité de la préforme fibreuse. Les pièces d’aéronef sont communément réalisées en matériau composite, comprenant un renfort fibreux et une matrice présente dans la porosité de ce renfort, dans une optique de réduction de la masse tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques. Le renfort fibreux peut être obtenu par tissage tridimensionnel ou encore par empilement de strates de tissu bidimensionnel. On connait en particulier US 2013017093 qui décrit une pale d’hélice d’aéronef comprenant un renfort fibreux comprenant deux portions fibreuses formant un profil aérodynamique et définissant entre elles un volume intérieur dans lequel un insert de conformation de plus faible densité est présent. Cette solution permet de réduire davantage encore la masse tout en conservant des propriétés mécaniques satisfaisantes. La problématique de réduction de la masse et de conservation des propriétés mécaniques par passage au matériau composite se pose, en particulier, pour les aubes de turbomachine, en particulier les aubes directrices de sortie ou redresseurs de flux (« Outlet Guide Vane » ; « OGV ») qui subissent des charges mécaniques conséquentes en fonctionnement. Il est souhaitable de fournir des aubes de turbomachine en matériau composite ayant une masse réduite tout en présentant une tenue mécanique optimisée, notamment vis-à-vis des sollicitations vibratoires s’exerçant sur la pièce en fonctionnement. L’invention concerne une préforme fibreuse d’aube de turbomachine, comprenant deux portions fibreuses formant un profil aérodynamique de l’aube et définissant entre elles un volume intérieur, dans laquelle la préforme fibreuse présente au moins une zone cousue d’amortissement des vibrations dans laquelle les portions fibreuses sont reliées par couture par au moins un fil de couture s’étendant au travers du volume intérieur. Pour des raisons de concision, l’expression « zone cousue d’amortissement des vibrations » sera désignée dans la suite par « zone cousue ». Les sollicitations vibratoires en fonctionnement de la turbomachine peuvent induire des modes indésirables au sein d’une aube en fonctionnement. A ce titre, la illustre, à quatre instants successifs représentés de haut en bas, le déplacement des portions fibreuses 14 formant le profil aérodynamique d’une aube directrice de sortie en matériau composite sous l’effet de vibrations rencontrée en fonctionnement. Les portions fibreuses 14 vibrent en opposition de phase avec modification de la distance entre ces portions 14 ce qui a été identifié par les inventeurs comme pouvant endommager la pièce et/ou impacter négativement les performances du moteur, par la modification géométrique des profils aérodynamiques liées aux modifications des déformées modales dans la plage de fonctionnement. Afin de répondre à ce problème, l’invention propose l’incorporation d’au moins une zone cousue reliant les portions fibreuses au travers du volume intérieur qui permet de s’opposer à la mise en vibration des portions fibreuses en opposition de phase et à leur déplacement relatif et de coupler leurs mouvements, notamment au niveau des ventres vibratoires. L’emploi de la couture permet de conférer la rigidité recherchée pour significativement amortir les modes vibratoires problématiques en fonctionnement, sans pénaliser la masse de la pièce. Dans un exemple de réalisation, la préforme fibreuse présente au moins une première et une deuxième zones cousues d’amortissement des vibrations situées dans des régions distinctes, les portions fibreuses étant reliées par couture par au moins un fil de couture s’étendant au travers du volume intérieur dans chaque zone cousue. Une telle caractéristique participe à améliorer davantage encore l’amortissement des modes vibratoires problématiques en fonctionnement. En particulier, chaque zone cousue peut s’étendre le long d’une direction radiale de la préforme. En particulier, la première zone cousue peut être présente dans une région délimitée par les plans d’équation X1 = 0,15*C et X2 = 0,45*C, et la deuxième zone cousue peut être présente dans une région délimitée par les plans d’équation X3 = 0,50*C et X4 = 0,80*C, où C désigne la corde de la préforme de l’aube et les coordonnées X1, X2, X3 et X4 étant mesurées le long de la direction axiale en prenant comme origine le bord d’attaque. Un tel exemple constitue un premier exemple d’agencement particulier permettant d’optimiser l’amortissement des modes vibratoires problématiques en fonctionnement. En particulier, la première zone cousue peut être présente dans une région délimitée par les plans d’équation X5 = 0,10*C et X6 = 0,40*C, la deuxième zone cousue peut être présente dans une région délimitée par les plans d’équation X7 = 0,35*C et X8 = 0,65*C, et la préforme fibreuse peut comprendre en outre une troisième zone cousue présente dans une région délimitée par les plans d’équation X9 = 0,60*C et X10 = 0,90*C, où C désigne la corde de la préforme de l’aube et les coordonnées X5, X6, X7, X8, X9 et X10 étant mesurées le long de la direction axiale en prenant comme origine le bord d’attaque. Un tel exemple constitue un deuxième exemple d’agencement particulier permettant d’optimiser l’amortissement des modes vibratoires problématiques en fonctionnement. Les deux exemples d’agencement décrits plus haut sont applicables à des géométries d’aube variées, en particulier que celles-ci soit mobile ou fixe. On peut néanmoins privilégier le premier agencement pour des aubes de longueur de corde réduite. Dans un exemple de réalisation, la première zone cousue comprend une première couture et la deuxième zone cousue une deuxième couture, distincte de la première couture. Une telle caractéristique participe à améliorer davantage encore la tenue mécanique de la pièce, en adaptant la couture aux sollicitations locales subies par la pièce en fonctionnement. A titre d’exemple, les première et deuxième coutures peuvent différer par l’un au moins du nombre de passage de couture, du point de couture ou de la densité du point de couture. Dans un exemple de réalisation, chaque zone cousue comprend l’un au moins d’un point de couture 102, 301 ou 302. Le choix de ces points de couture participe à optimiser le compromis entre la tenue mécanique et la simplicité de réalisation du point. Dans un exemple de réalisation, les portions fibreuses sont formées par tissage tridimensionnel. Dans un exemple de réalisation, la préforme fibreuse est une préforme d’une aube directrice de sortie. La mise en œuvre de l’invention est particulièrement d’intérêt pour ce type d’aubes qui subissent des charges mécaniques conséquentes en fonctionnement et pour lesquelles il est recherché de maîtriser la masse afin de ne pas pénaliser les performances moteur. L’invention n’est toutefois pas limitée à ce type d’aube, pouvant également être appliquée à une aube rotative, comme une aube de soufflante ou une aube de turbine. L’invention vise également une aube de turbomachine en matériau composite comprenant une préforme fibreuse telle que décrite plus haut et une matrice présente dans une porosité de cette préforme fibreuse. L’aube peut être une aube de turbomachine d’aéronef. L’invention vise également une turbomachine comprenant une aube de turbomachine décrite plus haut. La turbomachine peut être une turbomachine d’aéronef. L’invention vise également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine en matériau composite telle que décrite plus haut, comprenant au moins : - la fabrication d’une ébauche fibreuse comprenant les portions fibreuses qui définissent entre elles un volume intérieur, - l’introduction d’un insert de conformation dans le volume intérieur, - la couture de ladite au moins une zone cousue en reliant par couture les portions fibreuses par au moins un fil de couture s’étendant au travers du volume intérieur afin d’obtenir la préforme fibreuse, et - la formation de la matrice dans la porosité de la préforme fibreuse. Dans un exemple de réalisation, un insert de conformation en matériau fugitif est présent dans le volume intérieur de la préforme, et le procédé comprend, après la formation de la matrice, l’élimination de l’insert de conformation. L’insert peut être fugitif et être destiné à être éliminé après formation de la matrice, afin d’obtenir une aube creuse. En variante, l’insert peut faire partie intégrante de l’aube et être montée avec celle-ci dans la turbomachine. La représente, de manière schématique, des déplacements en opposition de phase de portions fibreuses d’une aube directrice de sortie hors invention pour un mode vibratoire en fonctionnement, à quatre instants successifs (de haut en bas). La représente, de manière schématique et partielle, un exemple d’aube directrice de sortie selon l’invention. La représente, de manière schématique, une section de l’aube de la selon III-III. La représente, de manière schématique, une section d’une variante d’aube directrice de sortie selon l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une variante d’aube directrice de sortie selon l’invention à deux zones cousues. La représente, de manière schématique et partielle, une variante d’aube directrice de sortie selon l’invention à trois zones cousues. La représente, de manière schématique, un point de couture 301 utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique, un point de couture 302 utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique, un point de couture 102 utilisable dans le cadre de l’invention. La est un ordinogramme d’un exemple de procédé selon l’invention. Préforme fibreuse (10) d’aube (1) de turbomachine, comprenant deux portions fibreuses (14) formant un profil aérodynamique de l’aube et définissant entre elles un volume intérieur (16), dans laquelle la préforme fibreuse présente au moins une zone cousue (19 ; 19a-19e) d’amortissement des vibrations dans laquelle les portions fibreuses sont reliées par couture par au moins un fil de couture (190) s’étendant au travers du volume intérieur. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 1, dans laquelle la préforme fibreuse présente au moins une première (19a ; 19c) et une deuxième (19b ; 19d) zones cousues d’amortissement des vibrations situées dans des régions distinctes, les portions fibreuses (14) étant reliées par couture par au moins un fil de couture (190) s’étendant au travers du volume intérieur (16) dans chaque zone cousue. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle chaque zone cousue (19 ; 19a-19e) s’étend le long d’une direction radiale (DR) de la préforme. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 3 rattachée à la revendication 2, dans laquelle la première zone cousue (19a) est présente dans une région délimitée par les plans d’équation X1 = 0,15*C et X2 = 0,45*C, et la deuxième zone cousue (19b) est présente dans une région délimitée par les plans d’équation X3 = 0,50*C et X4 = 0,80*C, où C désigne la corde de la préforme de l’aube et les coordonnées X1, X2, X3 et X4 étant mesurées le long de la direction axiale (DA) en prenant comme origine le bord d’attaque (3a). Préforme fibreuse (10) selon la revendication 3 rattachée à la revendication 2, dans laquelle la première zone cousue (19c) est présente dans une région délimitée par les plans d’équation X5 = 0,10*C et X6 = 0,40*C, la deuxième zone cousue (19d) est présente dans une région délimitée par les plans d’équation X7 = 0,35*C et X8 = 0,65*C, et dans laquelle la préforme fibreuse comprend en outre une troisième zone cousue (19e) présente dans une région délimitée par les plans d’équation X9 = 0,60*C et X10 = 0,90*C, où C désigne la corde de la préforme de l’aube et les coordonnées X5, X6, X7, X8, X9 et X10 étant mesurées le long de la direction axiale (DA) en prenant comme origine le bord d’attaque (3a). Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 2 et 3 à 5 rattachées à la revendication 2, dans laquelle la première zone cousue (19a ; 19c) comprend une première couture et la deuxième zone cousue (19b ; 19d) une deuxième couture, distincte de la première couture. Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle chaque zone cousue (19 ; 19a-19e) comprend l’un au moins d’un point de couture 102, 301 ou 302. Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les portions fibreuses (14) sont formées par tissage tridimensionnel. Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la préforme fibreuse est une préforme d’une aube (1) directrice de sortie. Aube de turbomachine (1) en matériau composite comprenant une préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 et une matrice présente dans une porosité de cette préforme fibreuse. Procédé de fabrication d’une aube (1) de turbomachine en matériau composite selon la revendication 10, comprenant au moins : - la fabrication (E10) d’une ébauche fibreuse comprenant les portions fibreuses (14) qui définissent entre elles un volume intérieur (16), - l’introduction (E20) d’un insert de conformation (18) dans le volume intérieur, - la couture (E30) de ladite au moins une zone cousue (19 ; 19a-19e) en reliant par couture les portions fibreuses par au moins un fil de couture (190) s’étendant au travers du volume intérieur afin d’obtenir la préforme fibreuse (10), et - la formation de la matrice (E40) dans la porosité de la préforme fibreuse. Procédé selon la revendication 11, dans lequel un insert (18) de conformation en matériau fugitif est présent dans le volume intérieur (16) de la préforme, et le procédé comprenant, après formation de la matrice, l’élimination de l’insert de conformation.