Brevet FR3117212A1 — publié le 20220610

Ce dispositif de détection de seuil thermique (18) d’une pièce composite (12) comprend un moyen de détection (22) d’un dépassement d’un seuil de température dans la pièce (12) et un moyen de transmission (20) d’une information de seuil dépassé, le moyen de transmission (20) comprenant une première borne électrique et une seconde borne électrique, le moyen de détection (22) comprenant un circuit électrique relié aux première et seconde bornes. Le circuit électrique est doté d’une première branche dotée d’un premier moyen de retenue pour maintenir la connexion fermée sur la première branche, d’un premier moyen d’ouverture pour interrompre la connexion sur la première branche lorsque le premier moyen de retenue est inactif, le premier moyen de retenue étant configuré pour devenir inactif à partir d’une première température prédéfinie, le moyen de transmission (20) comprenant une étiquette RFID (26). Figure pour l’abrégé : Fig 1 DISPOSITIF DE DETECTION DE SEUIL THERMIQUE D’UNE PIECE COMPOSITE A TISSAGE TRIDIMENSIONNEL ET MOULEE PAR TRANSFERT DE RESINE La présente invention concerne un dispositif et un procédé de détection de seuil thermique, en particulier pour une pièce composite destinée à former une aube de turboréacteur d'aéronef. Les aéronefs dotés de turboréacteurs sont généralement munis d’aubes formées par des pièces composites. Fréquemment, on cherche à déterminer si la pièce composite à matrice polymère formant l'aube a été soumise à une température supérieure à un certain seuil comme par exemple 140 °C. En effet, cette température peut altérer les propriétés mécaniques du matériau de matrice. Par exemple, l’élévation de la température de l’aube peut être causée par un événement externe lors de l'exploitation de la pièce, comme en cas de fuite d'une conduite thermique à proximité de la pièce. Pour savoir si la température de l’aube a atteint un seuil, on peut incorporer sur la pièce composite un capteur de température tel qu'un thermocouple. Toutefois, un tel capteur nécessite une connexion filaire qui présente les inconvénients suivants : lourd, encombrant et peut impacter/ perturbe le comportant mécanique de la pièce composite. En outre, un tel capteur nécessite une maintenance pour changer le système d'alimentation en énergie électrique. Une autre solution consiste à utiliser une peinture chromatique qui évolue en fonction de la température. Cependant, les peintures chromatiques ne présentent pas une fiabilité suffisante dans le temps car elles sont trop sensibles à l'environnement extérieur, notamment à la poussière et à l'humidité. En outre, cette solution nécessite d'avoir un accès visuel afin de constater si un seuil a été atteint. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, l'invention vise à fournir un moyen pour déterminer, avec une fiabilité suffisante à long terme, si la pièce a atteint un seuil thermique sans nécessiter d'incorporer un dispositif lourd, encombrant ou perturbant le comportement mécanique de la pièce. A cet effet, il est proposé un dispositif de détection de seuil thermique d’une pièce composite à tissage tridimensionnel et moulée par transfert de résine, comprenant un moyen de détection d’un dépassement d’un seuil de température dans la pièce et un moyen de transmission d’une information de seuil dépassé détectée par le moyen de détection, le moyen de transmission comprenant une première borne électrique et une seconde borne électrique, le moyen de détection comprenant un circuit électrique relié aux première et seconde bornes. Selon une caractéristique générale de ce dispositif, le circuit électrique est doté d’une première branche dotée d’un premier moyen de retenue pour maintenir la connexion fermée sur la première branche, d’un premier moyen d’ouverture pour interrompre la connexion sur la première branche lorsque le premier moyen de retenue est inactif, le premier moyen de retenue étant configuré pour devenir inactif à partir d’une première température prédéfinie, le moyen de transmission comprenant une étiquette RFID. Grâce à un tel agencement, on peut transmettre la température mesurée et alimenter électriquement le capteur sans nécessiter une liaison filaire et/ou un moyen d’alimentation autonome au sein du capteur, ce qui optimise la masse et l’encombrement du capteur. De préférence, le premier moyen d’ouverture est apte à exercer une contrainte résiduelle mécanique sur la première branche et/ou dans lequel le premier moyen de retenue comprend un composant à température de fusion connue. Un tel choix de conception permet d’éviter un retour à l’état initial, même si la température baisse ensuite. Il en résulte une meilleure efficacité de la détection du dépassement de seuil thermique. Dans un mode de réalisation avantageux, le premier moyen d’ouverture comprend un moyen de rappel élastique. Avantageusement, le composant comprend un alliage MCP 137. Un tel alliage, qui présente une température de fusion de 137 °C, est particulièrement avantageux dans le cas d’une aube de turboréacteur de turbine, dans laquelle on souhaite généralement déterminer si la pièce a été soumise à une température supérieure 140 °C, cette température pouvant altérer les propriétés mécaniques du matériau. Selon un autre mode de réalisation, le composant comprend un alliage MCP 79. Un tel alliage, qui présente une température de fusion de 79 °C, peut notamment être utilisé pour fournir les informations pertinentes quant au risque qu'une autre aube du turboréacteur a pu franchir un seuil thermique. Avantageusement, le circuit électrique comprend une seconde branche en dérivation par rapport à la première branche, la seconde branche étant dotée d’un second moyen de retenue pour maintenir la connexion fermée sur la seconde branche, d’un second moyen d’ouverture pour interrompre la connexion sur la seconde branche, lorsque le second moyen de retenue est inactif, le second moyen de retenue étant configuré pour devenir inactif à partir d’une seconde température prédéfinie et différente de la première température. Une telle conception du circuit électrique permet de détecter le dépassement de plusieurs seuils thermiques, correspondant à des températures différentes. De préférence, chaque branche comprend une résistance, lesdites résistances étant sensiblement égales. On augmente ainsi la précision de la détection du dépassement de plusieurs seuils thermiques, en maximisant l’écart de tension entre une situation de détection d’un dépassement de seuil thermique et une situation de non détection de ce dépassement. Selon un autre aspect, il est proposé une pièce composite à tissage tridimensionnel et moulée par transfert de résine, la pièce étant de préférence une aube pour turboréacteur d’aéronef, la pièce comprenant une matrice, un renfort, et un dispositif de détection tel que défini précédemment. De préférence, le moyen de transmission est situé en surface de la pièce. Une telle position du moyen de transmission permet de favoriser la transmission, en particulier sans fil, de la température mesurée à un dispositif extérieur. On peut en outre prévoir que la pièce soit destinée à être pivotante autour d’un axe de rotation et comprend une extrémité adjacente à l’axe de rotation et une extrémité opposée à l’axe de rotation, le moyen de transmission étant proche de l’extrémité adjacente. On facilite ainsi la transmission, en particulier sans fil, de la température mesurée à un dispositif extérieur dans le cas d’une pièce pivotante comme une aube de turboréacteur. Selon un autre aspect, il est proposé une aube destinée à être incorporée dans un aéronef, comprenant un dispositif de détection tel que défini précédemment. Selon encore un autre aspect, il est proposé une turbomachine destinée à être incorporée dans un aéronef, comprenant une pièce composite telle que définie précédemment. Selon un autre mode de réalisation, il est proposé une turbomachine destinée à être incorporée dans un aéronef, comprenant une aube telle que définie précédemment. Selon un autre aspect, il est proposé un aéronef comprenant une turbomachine telle que définie précédemment. Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’une pièce composite, dans lequel on tisse un renfort tridimensionnel, puis on met en œuvre un moulage par transfert de résine. Selon une caractéristique générale de ce procédé, l’on intègre un dispositif de détection tel que défini précédemment à la pièce. Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé de détection de seuil thermique d’une pièce composite à tissage tridimensionnel moulée par transfert de résine dans lequel un moyen de détection détecte un dépassement d’un seuil de température dans la pièce et un moyen de transmission transmet l’information de seuil dépassé détectée. Selon une caractéristique générale de ce procédé, l’on utilise un dispositif de détection tel que défini précédemment. L’invention sera mieux comprise et d’autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de l’invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles : est une représentation isométrique d'un turboréacteur incorporant une pièce composite et un dispositif de détection selon la présente invention. est une vue de face du turboréacteur de la . est une représentation schématique d’une aube du turboréacteur des figures 1 et 2. et sont des illustrations schématiques d’une branche du dispositif de détection représenté sur la , respectivement à un état de connexion maintenue et à un état de connexion interrompue. est une représentation schématique d’un procédé de détection de seuil thermique selon un autre aspect de la présente invention. , , et sont des illustrations schématiques du dispositif de détection des figures 1 à 3 à différentes étapes du procédé de la . En référence à la , on a schématiquement représenté un turboréacteur 2. Le turboréacteur 2 est destiné à être incorporé dans un aéronef (non représenté), par exemple un avion. Le turboréacteur 2 comporte un bâti 4. On définit une base vectorielle 6 orthonormale directe attachée au bâti 4. La base vectorielle 6 est constituée d'un vecteur X, d'un vecteur Y et d'un vecteur Z. Le bâti 4 présente une forme axisymétrique autour d'un axe 8 parallèle au vecteur X. Dans la présente demande, sauf lorsqu'il en sera indiqué autrement, les termes « axial » et « radial » et les variations de ces termes seront compris comme se référant par rapport à l'axe 8. Le turboréacteur 2 comporte un moyeu 10 présentant une forme de révolution autour de l'axe 8. De manière connue en soi, le moyeu 10 est capable de pivoter, par rapport au bâti 4, autour de l'axe 8. Le turboréacteur 2 comporte une pluralité d'aubes 12. Les aubes 12 sont fixées au moyeu 10 et s'étendent radialement vers l’extérieur à partir du moyeu 10. De ce fait, les aubes 12 pivotent, par rapport au bâti 4, autour de l'axe 8. Les aubes 12 sont formées à partir d'une pièce composite à tissage tridimensionnel, également connue sous la dénomination « tissée 3D ». Les aubes 12 sont moulées par transfert de résine, également désigné par l'appellation anglo-saxonne « Resin Transfer Molding » ou par l'acronyme correspondant « RTM ». Plus particulièrement, de manière connue en soi, les aubes 12 comprennent une matrice (non référencée), par exemple réalisée en époxy, et un renfort (non référencé), comprenant en l'espèce un tissu tridimensionnel, par exemple en fibre de verre ou en fibre de carbone. Chaque aube 12 présente une forme allongée, sensiblement dirigée selon la direction radiale. Chaque aube 12 comprend une extrémité côté moyeu 14 et une extrémité côté pointe 16. L'extrémité côté moyeu 14 correspond à une extrémité radiale intérieure de l'aube 12, adjacente à l’axe 8. L'extrémité côté pointe 16 correspond à une extrémité radiale extérieure de l'aube 12, opposée à l’axe 8. En référence aux figures 1 à 3, une aube 12 comprend un dispositif de détection de seuil thermique 18. Le dispositif 18 a pour fonction de détecter si l'aube 12 correspondante a été soumise à une température prédéfinie. Dans l'exemple illustré, une seule aube 12 comprend un dispositif de détection 18. Toutefois, on peut sans sortir du cadre de l'invention envisager d'incorporer des dispositifs de détection 18 sur plusieurs des aubes 12 du turboréacteur 2, voire sur la totalité des aubes 12. Le dispositif 18 comprend un moyen de transmission 20, un moyen de détection 22 et un moyen de liaison électrique 24 intégrés dans le volume de l’aube 12. Le moyen de détection 22 est capable de détecter si la pièce composite formant l'aube 12 a dépassé un ou plusieurs seuils de température. Le moyen de liaison électrique relie électriquement le moyen de transmission 20 et le moyen de détection 22, de sorte que le moyen de détection 22 est alimenté électriquement et de sorte que le moyen de transmission 20 reçoit l'information de dépassement d'un seuil de température par la pièce composite constituant l'aube 12. En référence à la , le moyen de transmission 20 comprend une radio-étiquette, en particulier une radio-étiquette selon la technologie RFID 26, ladite radio-étiquette présentant deux bornes électriques 28 et 30. De préférence la radio-étiquette 26 est passive, c'est-à-dire qu’elle ne possède pas de batterie susceptible d’augmenter sa masse, et qu’elle est alimentée par une onde radio générée par un lecteur, de préférence RFID, et qui fonctionne avantageusement sur la bande de fréquences ultra hautes, également connue sous l'acronyme « UHF », qui correspond typiquement à des fréquences de 860 MHz à 960 MHz. Dans l'exemple illustré, le moyen de transmission 20 est disposé sur une surface extérieure 32, schématiquement représentée sur la figure 3, de la pièce composite formant l'aube 12. De nouveau en référence aux figures 1 à 3, le moyen de transmission 20 est situé à proximité de l'extrémité côté moyeu 14. Le turboréacteur 2 comprend un lecteur, spécifiquement un lecteur selon la technologie RFID 34. Dans l'exemple illustré, le lecteur RFID 34 est disposé sur le moyeu 10. Toutefois, on peut bien entendu sans sortir du cadre de l'invention envisager de disposer le lecteur RFID 34 sur une pièce différente, par exemple sur le bâti 4 ou sur une ailette (non référencée) fixée au bâti 4. Le lecteur RFID 34 peut également être portatif et supporté par un utilisateur (non représenté) situé en face du turboréacteur 2. Le lecteur RFID 34 est disposé à une distance, par rapport au moyen de transmission 20, de préférence comprise entre 50 mm et 3000 mm. Lorsque le lecteur RFID 34 n’est pas disposé sur l’ensemble pivotant constitué par le moyeu 10 et les aubes 12, le positionnement du moyen de transmission 20 au plus proche de l'axe de rotation 8 est avantageux dans la mesure où il favorise la transmission d'énergie et d'information par ondes à ultra haute fréquence entre le lecteur RFID 34 et le moyen de transmission 20. De nouveau en référence à la , le moyen de détection 22 comporte une platine 36 et un circuit électrique 38. La platine 36 est réalisée avec un matériau isolant tel qu'un matériau polymère, matériau céramique, ou encore un circuit imprimé du type FR4. Le circuit électrique 38 peut être réalisé par des pistes conductrices pratiquées sur la platine 36. Le circuit électrique 38 comporte trois branches 40, 42 et 44 montées en dérivation entre deux nœuds 46 et 48. Plus particulièrement, chaque branche 40, 42 et 44 est capable de mettre en œuvre une connexion électrique entre les nœuds 46 et 48. Chaque branche 40, 42 et 44 comporte une résistance 50. Les trois résistances 50 sont sensiblement identiques et présentent une résistance R 50 comprise entre 10 Ω et 5 M Ω, en l’espèce 1 KΩ. Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement la branche 40. Les branches 42 est 44 sont sensiblement identiques à la branche 40. En référence à la , la branche 40 comprend un élément conducteur à contrainte résiduelle mécanique 52. Dans l’exemple illustré, l'élément 52 comprend un moyen de rappel élastique tel qu'un ressort à lame tendant à s'écarter de la platine 36. La branche 40 comprend un composant à température de fusion connue 54. Par exemple, le composant 54 peut comprendre un point de soudure réalisé en plomb, en bismuth, en étain, en indium ou tout autre alliage réalisé dans un matériau conducteur électrique et qui a son point de fusion solide liquide dans la plage de valeurs souhaitée. Le composant à température de fusion connue 54 retient l'élément conducteur 52 contre la platine 36, tant que la température de fusion n'a pas été atteinte. De la sorte, tant que la température de fusion n'a pas été atteinte, la connexion électrique mise en œuvre par la branche 40 reste fermée comme illustré sur la . Dès que la température de fusion a été atteinte, comme cela est représenté sur la , le composant 54 fond, l'élément conducteur 52 s'écarte de la platine 36 et la connexion mise en œuvre par la branche 40 est interrompue. De la sorte, le composant 54 permet de retenir la connexion fermée sur la branche 40 et l'élément 52 permet d'interrompre la connexion lorsque le composant 54 dépasse la température de fusion. De nouveau en référence à la , le composant à température de fusion connue 54 de la branche 40 présente une température de fusion de 79 °C, le composant à température de fusion connue 54 de la branche 42 présente une température de fusion de 108°C et le composant à température de fusion connue 54 de la branche 44 présente une température de fusion de 137 °C. En l'espèce, le composant à température de fusion connue 54 de la branche 40 est un alliage MCP 79 à base de bismuth, d’indium et d'étain, 54 de la branche 42 est un alliage MCP 108 à base de zinc (1,8%), d’indium (52,2%) et d'étain (46%) et le composant à température de fusion connue 54 de la branche 44 est un alliage MCP 137 à base de bismuth et d'étain. Le moyen de liaison électrique 24 comporte deux lignes électriques 56 et 58. La ligne électrique 56 relie électriquement la borne électrique 28 au nœud 46. La ligne électrique 58 relie électriquement la borne électrique 30 au nœud 48. En référence à la , un procédé de détection de seuil thermique dans la pièce composite constituant l'aube 12 de la comprend une étape d'initialisation E01. Au cours de l’étape E01, comme illustré sur la , les composants à température de fusion connue 54 des branches 40, 42 et 44 sont à l'état solide et les éléments conducteurs 52 sont en contact avec les composants 54. Toujours au cours de l'étape E01, le lecteur RFID 34 transmet par induction de l'énergie électro-magnétique qui permet à l'étiquette RFID 26 de générer de l’énergie électrique. L’étiquette RFID 26 est équipée d’un circuit électronique interne qui permet de faire la mesure de la résistance électrique dans le circuit électrique 38. Plus particulièrement, l'intensité se divise entre les trois branches 40, 42 et 44. De ce fait, la résistance mesurée entre les nœuds 46 et 48 est égale à R 50 /3. Le procédé de la comprend une seconde étape E02 au cours de laquelle le moyen de détection 22 détecte un dépassement d'un seuil de température. Plus particulièrement, dans le cas où l'aube 12 est soumise à une température comprise entre 79 °C et 108 °C, comme illustré sur la figure 8, le composant à température de fusion connue 54 de la branche 40 fond et l'élément conducteur 52 de la branche 40 s'éloigne de la platine 36. En résultat, la connexion électrique sur la branche 40 est interrompue, la connexion électrique sur les branches 42 et 44 est maintenue fermée et la résistance mesurée entre les nœuds 46 et 48 devient R 50 /2. Si, au cours de l'étape E02, l'aube 12 est soumise à une température comprise entre 108 °C et 137 °C, alors les composant à température de fusion connue 54 des branches 40 et 42 fondent, et les éléments conducteurs 52 des branches 40 et 42 s'éloignent de la platine 36. La connexion électrique sur les branches 40 et 42 est alors interrompue, la connexion électrique sur la branche 44 est maintenue et la résistance mesurée entre les nœuds 46 et 48 est égale à R 50 . Si, au cours de l'étape E02, l'aube 12 est soumise à une température allant au-delà de 137 °C, alors les composants à température de fusion connue 54 des branches 40, 42 et 44 fondent et les éléments conducteurs 52 des branches 40, 42 et 44 s'éloignent de la platine 36. En résultat, la connexion électrique sur les branches 40, 42 et 44 est interrompue de sorte que le circuit électrique 38 devient ouvert. L'élément conducteur à contrainte résiduelle mécanique 52 ne peut pas reprendre sa forme initiale après s'être éloigné de la platine 36, même si la température baisse à nouveau. De ce fait, la détection d'un dépassement de seuil continuera d'indiquer que le seuil a été dépassé, même en cas de température repassant en dessous du seuil. Le procédé de la comporte une troisième étape E03 au cours de laquelle le moyen de transmission 20 transmet au lecteur RFID 34 la valeur de la résistance mesurée entre les nœuds 46 et 48 et/ou l'éventuelle ouverture du circuit électrique 38. Le lecteur RFID 34 peut alors transmettre ces informations à un dispositif de contrôle (non représenté) du turboréacteur 2, qui en déduit si l'aube 12 a dépassé un seuil thermique. Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent donc de détecter, de manière fiable sur le long terme, le dépassement d'un seuil de température par une aube de turboréacteur ou une autre pièce composite. En outre, la détection est rendue possible sans pour autant nécessiter d'incorporer un dispositif particulièrement lourd, tel qu'un thermocouple, et nécessitant un moyen d'alimentation autonome. Dispositif de détection de seuil thermique (18) d’une pièce composite (12) à tissage tridimensionnel et moulée par transfert de résine, comprenant : - un moyen de détection (22) d’un dépassement d’un seuil de température dans la pièce (12), comprenant un circuit électrique (38) et, - un moyen de transmission (20) d’une information de seuil dépassé détectée par le moyen de détection (22) comprenant une première borne électrique (28) et une seconde borne électrique (30) reliées au circuit électrique (38), caractérisé en ce que le circuit électrique (38) comprend une première branche (40, 42, 44) dotée : - d’un premier moyen de retenue (54) pour maintenir la connexion fermée sur ladite au moins première branche (40, 42, 44), - d’un premier moyen d’ouverture (52) pour interrompre la connexion sur ladite au moins première branche (40, 42, 44) lorsque le premier moyen de retenue (54) est inactif, le premier moyen de retenue (54) étant configuré pour devenir inactif à partir d’une première température prédéfinie et, le moyen de transmission (20) comprenant une radio-étiquette, notamment une radio-étiquette selon la technologie RFID (26). Dispositif (18) selon la revendication 1, dans lequel le premier moyen d’ouverture (52) est apte à exercer une contrainte résiduelle mécanique sur la première branche (40, 42, 44) et/ou dans lequel le premier moyen de retenue comprend un composant à température de fusion connue (54). Dispositif (18) selon la revendication 2, dans lequel le premier moyen d’ouverture comprend un moyen de rappel élastique (52). Dispositif (18) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le composant (54) comprend un alliage MCP 137 et/ou un alliage MCP 79. Dispositif (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le circuit électrique (38) comprend une seconde branche (40, 42, 44) en dérivation par rapport à la première branche (40, 42, 44), la seconde branche (40, 42, 44) comprenant : - un second moyen de retenue (54) pour maintenir la connexion fermée sur la seconde branche (40, 42, 44), - un second moyen d’ouverture (52) pour interrompre la connexion sur la seconde branche (40, 42, 44) lorsque le second moyen de retenue (54) est inactif, le second moyen de retenue (54) étant configuré pour devenir inactif à partir d’une seconde température prédéfinie et différente de la première température. Dispositif (18) selon la revendication 5, dans lequel chaque branche (40, 42, 44) comprend une résistance (50), lesdites résistances (50) étant sensiblement égales. Pièce composite (12) à tissage tridimensionnel et moulée par transfert de résine, la pièce (12) étant de préférence une aube pour turboréacteur (2) d’aéronef, la pièce (12) comprenant une matrice, un renfort, et un dispositif de détection (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le moyen de transmission (20) étant de préférence situé en surface de la pièce (12). Pièce composite (12) selon la revendication 7, dans laquelle la pièce (12) est destinée à être pivotante autour d’un axe de rotation (8) et comprend une extrémité adjacente (14) à l’axe de rotation (8) et une extrémité opposée (16) à l’axe de rotation (8), le moyen de transmission (20) étant proche de l’extrémité adjacente (14). Aube (12) destinée à être incorporée dans un aéronef, comprenant un dispositif de détection (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Turbomachine (2) destinée à être incorporée dans un aéronef, comprenant une pièce composite (12) selon la revendication 7 ou 8 et/ou une aube (12) selon la revendication 9. Aéronef comprenant une turbomachine (2) selon la revendication 10. Procédé de fabrication d’une pièce composite (12), dans lequel on tisse un renfort tridimensionnel, puis on met en œuvre un moulage par transfert de résine, caractérisé en ce qu’on intègre un dispositif de détection (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 à la pièce (12). Procédé de détection de seuil thermique d’une pièce composite (12) à tissage tridimensionnel moulée par transfert de résine dans lequel un moyen de détection (22) détecte un dépassement d’un seuil de température dans la pièce (12) et un moyen de transmission (20) transmet l’information de seuil dépassé détectée, caractérisé en ce que l’on utilise un dispositif de détection (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.