Brevet FR3124107A1 — publié le 20221223

Préforme fibreuse avec raidisseurs formés par des couches unidirectionnelles de fils L’invention concerne une préforme fibreuse (10) d’aube de turbomachine comprenant deux portions fibreuses (14) formant un profil aérodynamique de l’aube définissant entre elles un volume intérieur (16), dans laquelle chaque portion fibreuse présente au moins un raidisseur fibreux (19a ; 19b) d’amortissement des vibrations comprenant une ou plusieurs couches unidirectionnelles de fils (191a ; 191b) qui est présent dans le volume intérieur. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Préforme fibreuse avec raidisseurs formés par des couches unidirectionnelles de fils La présente invention concerne une préforme fibreuse destinée à former un renfort d’une aube de turbomachine et munie dans un volume intérieur d’un ou plusieurs raidisseurs fibreux formés par une ou plusieurs couches unidirectionnelles de fils, qui permettent 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 un objectif 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 chaque portion fibreuse présente au moins un raidisseur fibreux d’amortissement des vibrations comprenant une ou plusieurs couches unidirectionnelles de fils qui est présent dans le volume intérieur. Pour des raisons de concision, l’expression « raidisseur fibreux d’amortissement des vibrations » sera désignée dans la suite par « raidisseur fibreux ». 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 de raidisseurs fibreux qui permettent 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 couches unidirectionnelles de fils permet de conférer la raideur recherchée pour significativement amortir les modes vibratoires problématiques en fonctionnement, tout en limitant les perturbations de la définition textile des portions fibreuses afin de réduire le risque que les raidisseurs ne conduisent à des modifications textiles non maîtrisées pouvant aboutir à une fragilisation du matériau. Dans un exemple de réalisation, ledit au moins un raidisseur fibreux s’étend le long d’une direction radiale de la préforme. En variante, ledit au moins un raidisseur fibreux s’étend le long d’une direction axiale de la préforme. On notera que l’on ne sort pas du cadre de l’invention si la préforme fibreuse présente un raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction radiale, et un autre raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction axiale. Dans un exemple de réalisation, les portions fibreuses sont formées par tissage tridimensionnel. En particulier, ledit au moins un raidisseur fibreux peut être présent sur une zone de déliaison sur laquelle la ou les couches unidirectionnelles de fils sont séparées de la portion fibreuse correspondante, et les fils de cette ou ces couches unidirectionnelles peuvent être tissés avec la portion fibreuse correspondante en dehors de la zone de déliaison. Une telle caractéristique participe avantageusement à optimiser la raideur en flexion de l’aube, ce qui est particulièrement d’intérêt pour certaines applications, telles qu’une aube directrice de sortie. En variante, ledit au moins un raidisseur fibreux est rapporté sur chaque portion fibreuse. Dans un exemple de réalisation, ledit au moins un raidisseur fibreux s’étend au travers du volume intérieur d’une portion fibreuse à l’autre portion fibreuse. Une telle caractéristique participe à améliorer davantage encore l’amortissement des modes vibratoires problématiques en fonctionnement tels que les modes propres de membranes. Dans un exemple de réalisation, chaque portion fibreuse présente au moins deux raidisseurs fibreux d’amortissement des vibrations comprenant chacun une ou plusieurs couches unidirectionnelles de fils et qui sont présents dans des régions distinctes du volume intérieur. Une telle caractéristique participe à améliorer davantage encore l’amortissement des modes vibratoires problématiques en fonctionnement. En particulier, chaque portion fibreuse peut présenter un premier raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction radiale et présent dans une région délimitée par les plans d’équation X1 = 0,15*C et X2 = 0,45*C, et un deuxième raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction radiale et présent 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, chaque portion fibreuse peut présenter un premier raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction radiale et présent dans une région délimitée par les plans d’équation X5 = 0,10*C et X6 = 0,40*C, un deuxième raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction radiale et présent dans une région délimitée par les plans d’équation X7 = 0,35*C et X8 = 0,65*C, et un troisième raidisseur fibreux s’étendant le long de la direction radiale et présent 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 préforme fibreuse est une préforme d’une aube directrice de sortie. L’invention vise également une aube de turbomachine comprenant une préforme fibreuse telle que décrite plus haut, et une matrice présente dans une porosité de la 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, comprenant au moins : - la formation d’une préforme fibreuse telle que décrite plus haut, et - la formation d’une matrice dans une 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. Dans ce cas, on obtient une aube en matériau composite qui est creuse, ayant un volume intérieur vide. On ne sort, bien entendu, pas du cadre de l’invention si l’insert de conformation n’est pas destiné à être éliminé mais à rester dans l’aube, par exemple de sorte à alléger sa masse par rapport à une pièce monolithique sans volume intérieur. 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 et partielle, l’extension des raidisseurs fibreux présents dans l’aube des figures 2 et 3 le long de la hauteur. La représente, de manière schématique, une section d’une variante d’aube directrice de sortie selon l’invention. La représente, de manière schématique, un détail de l’aube de la montrant un exemple d’agencement des couches unidirectionnelles de fils du raidisseur fibreux par rapport aux portions fibreuses. La représente, de manière schématique, une variante de la montrant un autre exemple d’agencement des couches unidirectionnelles de fils du raidisseur fibreux par rapport aux portions fibreuses. La représente, de manière schématique, une variante de l’aube de la avec des raidisseurs fibreux traversant le volume intérieur et s’étendant d’une portion fibreuse à l’autre portion fibreuse. La représente, de manière schématique et partielle, une variante d’aube directrice de sortie selon l’invention. La représente, de manière schématique, une autre variante d’aube directrice de sortie selon l’invention. La représente, de manière schématique, un exemple d’ordinogramme de procédé de fabrication d’une pièce 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 chaque portion fibreuse présente au moins un raidisseur fibreux (19a-19h) d’amortissement des vibrations comprenant une ou plusieurs couches unidirectionnelles de fils (191a-191d) qui est présent dans le volume intérieur. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 1, dans laquelle ledit au moins un raidisseur fibreux (19a-19g) s’étend le long d’une direction radiale (DR) de la préforme. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 1, dans laquelle ledit au moins un raidisseur fibreux (19h) s’étend le long d’une direction axiale (DA) de la préforme. Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les portions fibreuses (14) sont formées par tissage tridimensionnel. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 4, dans laquelle ledit au moins un raidisseur fibreux (19a-19h) est présent sur une zone de déliaison (190) sur laquelle la ou les couches unidirectionnelles de fils (191a-191d) sont séparées de la portion fibreuse (14) correspondante, et dans laquelle les fils de cette ou ces couches unidirectionnelles sont tissés avec la portion fibreuse correspondante en dehors de la zone de déliaison. Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ledit au moins un raidisseur fibreux (19a-19h) est rapporté sur chaque portion fibreuse (14). Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit au moins un raidisseur fibreux (19c ; 19d) s’étend au travers du volume intérieur (16) d’une portion fibreuse (14) à l’autre portion fibreuse (14). Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle chaque portion fibreuse (14) présente au moins deux raidisseurs fibreux (19a-19g) d’amortissement des vibrations comprenant chacun une ou plusieurs couches unidirectionnelles de fils (191a-191d) et qui sont présents dans des régions distinctes du volume intérieur. Préforme fibreuse (10) selon la revendication 8, dans laquelle chaque portion fibreuse (14) présente un premier raidisseur fibreux (19a ; 19c) s’étendant le long de la direction radiale (DR) et présent dans une région délimitée par les plans (P1 ; P2) d’équation X1 = 0,15*C et X2 = 0,45*C, et un deuxième raidisseur fibreux (19b ; 19d) s’étendant le long de la direction radiale et présent dans une région délimitée par les plans (P3 ; P4) 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 8, dans laquelle chaque portion fibreuse (14) présente un premier raidisseur fibreux (19e) s’étendant le long de la direction radiale (DR) et présent dans une région délimitée par les plans (P5 ; P6) d’équation X5 = 0,10*C et X6 = 0,40*C, un deuxième raidisseur fibreux (19f) s’étendant le long de la direction radiale et présent dans une région délimitée par les plans (P7 ; P8) d’équation X7 = 0,35*C et X8 = 0,65*C, et un troisième raidisseur fibreux (19g) s’étendant le long de la direction radiale et présent dans une région délimitée par les plans (P9 ; P10) 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 1 à 10, dans laquelle la préforme fibreuse est une préforme d’une aube directrice de sortie (1). Aube de turbomachine comprenant une préforme fibreuse selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, et une matrice présente dans une porosité de la préforme fibreuse. Procédé de fabrication d’une aube de turbomachine (1) en matériau composite, comprenant au moins : - la formation d’une préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, et - la formation d’une matrice dans une porosité de la préforme fibreuse. Procédé selon la revendication 13, dans lequel un insert de conformation (18) en matériau fugitif est présent dans le volume intérieur de la préforme, et le procédé comprenant, après la formation de la matrice, l’élimination de l’insert de conformation.