Brevet FR3134743A1 — publié le 20231027

Aube ou pale d’hélice avec pied composite creux Une aube ou pale d’hélice (10) de turbopropulseur en matériau composite comprend un renfort fibreux densifié par une matrice, l’aube ou la pale d’hélice comportant suivant une direction d’envergure (D L ) un pied (12) et un profil aérodynamique (11). Le renfort fibreux comprend une préforme fibreuse présentant un tissage tridimensionnel avec une partie de préforme de pied présente dans le pied (12) et une partie de préforme de profil aérodynamique présente dans le profil aérodynamique (11), les parties de préforme de pied et de profil aérodynamique étant liées l’une à l’autre par le tissage tridimensionnel. La partie de préforme de pied de la préforme fibreuse comprend une déliaison délimitant un logement interne de pied formant une cavité (14) débouchant à une extrémité libre (12a) du pied (12). Figure pour l’abrégé : Fig. 7. Aube ou pale d’hélice avec pied composite creux La présente invention se rapporte au domaine des aubes ou pales d’hélice pour aéronefs telles que celles présentes sur les turbopropulseurs. Les aubes ou pales d’hélice pour turbopropulseurs sont généralement réalisées en matériau métallique. Si les aubes ou pales d’hélice en matériau métallique ont une bonne résistance mécanique, elles présentent toutefois l'inconvénient d'avoir une masse relativement importante. Afin d'obtenir des aubes ou pales d’hélice plus légères, il est connu de réaliser des pales d’hélice en matériau composite, c'est-à-dire en réalisant des pièces de structure à renfort fibreux densifié par une matrice. Le document US 2013/0017093 décrit la réalisation d’une pale d’hélice à partir d’une structure fibreuse à profil aérodynamique à l’intérieur de laquelle est introduite une partie d’un longeron, une extrémité du longeron étant prolongée par une portion renflée destinée à former le pied de la pale d’hélice. La nouvelle génération de moteurs nécessite des pieds d’aube ou de pale plus compacts. Ce besoin vient de la nécessité de pouvoir faire pivoter l’aube ou la pale autour de son axe vertical afin d’adapter son incidence au régime de vol (aube ou pale à pas variable). Ce besoin, combiné au fait que l’aube ou la pale doit être intégrée le plus bas possible sur le disque, impose de réduire fortement l’encombrement du pied. A cet effet, les pieds des aubes ou pales de nouvelle génération présentent une forme axisymétrique ou sensiblement axisymétrique ainsi que des dimensions réduites contrairement aux pieds de l’art antérieur comme ceux décrits dans le document US 2013/0017093 qui s’étendent sur toute la largeur de la partie inférieure l’aube ou pale. Cette forme axisymétrique ou quasi-axisymétrique est plus difficile à fabriquer en matériau composite, en particulier lorsque le tissage tridimensionnel (3D) est utilisé pour former le renfort fibreux de l’aube ou de la pale. Par ailleurs, les chargements mécaniques auxquels sont soumis les pieds de nouvelle génération imposent des contraintes supplémentaires. En effet, outre des chargements mécaniques en traction et en flexion habituellement rencontrés (causés respectivement par les efforts centrifuges et les impacts avec des objets), les pieds de nouvelle génération peuvent être intégrés dans le disque du rotor à l’aide de coquilles métalliques, ce qui entraîne un chargement mécanique supplémentaire en compression circonférentielle. Il est donc souhaitable de pouvoir proposer une solution pour la réalisation d’aubes ou pales d’hélice d’aéronef en matériau composite avec un pied compact et apte à résister aux différents chargements mécaniques. A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une aube ou pale d’hélice de turbopropulseur en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, le procédé comprenant : - la réalisation par tissage tridimensionnel d'une ébauche fibreuse en une seule pièce, l’ébauche fibreuse présentant une forme plate s’étendant suivant une direction longitudinale et une direction transversale correspondant respectivement à la direction d’envergure et à la direction de corde de l’aube ou la pale d’hélice à fabriquer, l’ébauche fibreuse comprenant une partie de pied et une partie de profil aérodynamique s’étendant suivant la direction longitudinale à partir de la partie de pied et suivant la direction transversale entre une portion de bord d’attaque et une portion de bord de fuite, - la mise en forme de l'ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse en une seule pièce ayant ladite partie de profil aérodynamique formant préforme de profil aérodynamique et ladite partie de pied formant préforme de pied, et - la densification de la préforme par une matrice pour obtenir une aube ou une pale d’hélice en matériau composite ayant un renfort fibreux constitué par la préforme fibreuse et densifié par la matrice, et formant une seule pièce avec pied intégré, caractérisé en ce que la partie de pied de l’ébauche fibreuse comprend une déliaison délimitant un logement interne de pied débouchant à une extrémité libre de ladite partie de pied et s’étendant suivant la direction longitudinale et en ce que la mise en forme de l’ébauche fibreuse comprend le positionnement d’au moins un élément d’insertion dans le logement interne de pied de manière à former une partie de préforme de pied en forme de bulbe. Le procédé de l’invention permet ainsi de réaliser une pale d’hélice ou une aube avec un pied composite qui est à la fois compact et parfaitement adapté pour résister aux différents chargements mécaniques décrits précédemment. En effet, la partie de renfort fibreux du pied est réalisée en tissage 3D et présente une forme de bulbe qui est reliée à la partie de renfort fibreux du profil aérodynamique en son centre ou ailleurs. On obtient ainsi un pied composite bien plus compact que celui de l’art antérieur qui s’étend généralement sur toute la largeur de la partie inférieure du profil aérodynamique. Dans ce pied composite, il y a des fils, par exemple des fils de chaîne, orientés dans la direction d’envergure de la pale ou de l’aube qui confère à celle-ci une bonne résistance mécanique en traction et en flexion par combinaison avec le tissage 3D. En outre, dans le pied composite, il y a des fils, par exemple des fils de trame, orientés dans la direction de corde de la pale ou de l’aube qui confère à celle-ci une bonne résistance mécanique en compression circonférentielle. Par ailleurs, la forme en bulbe permet d’obtenir un pied ayant une forme axisymétrique ou quasi-axisymétrique compatible avec une intégration dans un système de rotation ou changement de pas d’hélice. En réalisant ainsi un renfort fibreux dans lequel une partie de pied est intégralement formée, c’est-à-dire tissée en une seule pièce, avec une partie de profil aérodynamique, on assure une très bonne tenue mécanique de l’ensemble de la pièce et, en particulier, au niveau de la liaison entre le pied et le profil aérodynamique. Selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, la densification de la préforme comprend le placement de la préforme fibreuse dans un outillage d’injection présentant la forme de l’aube ou de la pale d’hélice à fabriquer, la densification comprenant en outre l’injection d’une résine dans la préforme fibreuse maintenue dans l’outillage d’injection, la transformation de la résine en matrice par traitement thermique et le démoulage de l’aube ou de la pale d’hélice, le démoulage comprenant le retrait dudit au moins un élément d’insertion de manière à obtenir un pied creux. Selon un autre mode de réalisation du procédé de l’invention, la densification de la préforme comprend le placement de la préforme fibreuse dans un outillage d’injection présentant la forme de l’aube ou de la pale d’hélice à fabriquer, la densification comprenant en outre l’injection d’une résine dans la préforme fibreuse maintenue dans l’outillage d’injection, la transformation de la résine en matrice par traitement thermique et le démoulage de l’aube ou de la pale d’hélice de manière à obtenir un pied comprenant une cavité avec ledit au moins un élément d’insertion collé à l’intérieur de ladite cavité. Selon un aspect du procédé de l’invention, une portion inférieure de la partie de profil aérodynamique de l’ébauche fibreuse comprend une déliaison délimitant un passage entre un bord de ladite partie de profil aérodynamique et le logement interne de pied, ledit logement interne de pied comportant suivant la direction longitudinale une première portion dont la section décroît entre l’extrémité libre de la partie de pied et une partie intermédiaire du logement et une deuxième portion dont la section croît entre ladite portion intermédiaire et la partie de profil aérodynamique, une première partie de l’élément d’insertion présentant une forme évasée étant positionnée dans la première portion du logement interne de pied, une deuxième partie de l’élément d’insertion présentant une forme évasée étant positionnée dans la deuxième portion du logement interne de pied via le passage présent dans la partie de profil aérodynamique. Selon un autre aspect du procédé de l’invention, l’élément d’insertion est constitué d’un des matériaux suivants : matériau métallique, résine et sel. L’invention a également pour objet une aube ou pale d’hélice de turbopropulseur en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, l’aube ou la pale d’hélice comportant suivant une direction d’envergure un pied et un profil aérodynamique, le renfort fibreux comprenant une préforme fibreuse présentant un tissage tridimensionnel avec une partie de préforme de pied présente dans le pied et une partie de préforme de profil aérodynamique présente dans le profil aérodynamique, les parties de préforme de pied et de profil aérodynamique étant liées l’une à l’autre par le tissage tridimensionnel, caractérisée en ce que la partie de préforme de pied de la préforme fibreuse comprend une déliaison délimitant un logement interne de pied formant une cavité débouchant à une extrémité libre du pied. Selon un aspect de l’aube ou pale d’hélice de l’invention, celle-ci comprend en outre au moins un élément d’insertion collé à l’intérieur de la cavité présente dans le pied de l’aube ou de la pale d’hélice. Selon un aspect de l’aube ou pale d’hélice de l’invention, la cavité du pied comporte suivant la direction d’envergure une première portion dont la section décroît entre l’extrémité libre du pied et une partie intermédiaire du logement et une deuxième portion dont la section croît entre ladite portion intermédiaire et le profil aérodynamique, une première partie de l’élément d’insertion présentant une forme évasée étant présente dans la première portion de la cavité, une deuxième partie de l’élément d’insertion présentant une forme évasée étant présente dans la deuxième portion du la cavité. L’invention couvre en outre un moteur aéronautique comprenant une pluralité d’aubes ou de pales d’hélice selon l’invention ainsi qu’un aéronef comprenant au moins un tel moteur. La est une vue schématique illustrant le tissage 3D d'une ébauche fibreuse pour la fabrication d’une aube, La est une vue en coupe en sens trame à échelle agrandie d'un ensemble de couches de fils montrant la formation de deux déliaisons dans la partie de pied de l'ébauche de la selon un plan de coupe II-II, La est une vue en coupe en sens trame à échelle agrandie d'un ensemble de couches de fils montrant la formation de deux déliaisons dans la partie de pied de l'ébauche de la selon un plan de coupe III-III, La est une vue schématique en perspective montrant la mise en forme d’une partie de préforme de pied dans l’ébauche fibreuse de la , La est une vue schématique en perspective éclatée montrant un outillage d’injection et le placement de la préforme fibreuse à l’intérieur de celui-ci conformément à un mode de réalisation de l’invention, La est une vue schématique en perspective montrant l’outillage d’injection de la fermé, La est une vue schématique en perspective d’une aube en matériau composite obtenue conformément à un mode de réalisation de l’invention, La est une vue schématique en perspective d’une aube en matériau composite obtenue conformément à un autre mode de réalisation de l’invention, La est une vue schématique en perspective d’une ébauche fibreuse conformément à autre un mode de réalisation de l’invention, La est une vue schématique en perspective montrant la mise en forme de l’ébauche fibreuse de la , La est une vue schématique en perspective d’une aube en matériau composite obtenue conformément à un autre mode de réalisation de l’invention. Procédé de fabrication d'une aube ou pale d’hélice (10) de turbopropulseur en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, le procédé comprenant : - la réalisation par tissage tridimensionnel d'une ébauche fibreuse (100) en une seule pièce, l’ébauche fibreuse présentant une forme plate s’étendant suivant une direction longitudinale (D L ) et une direction transversale (D T ) correspondant respectivement à la direction d’envergure et à la direction de corde de l’aube ou la pale d’hélice à fabriquer, l’ébauche fibreuse (100) comprenant une partie de pied (112) et une partie de profil aérodynamique (111) s’étendant suivant la direction longitudinale (D L ) à partir de la partie de pied et suivant la direction transversale (D T ) entre une portion de bord d’attaque (100a) et une portion de bord de fuite (100b), - la mise en forme de l'ébauche fibreuse (100) pour obtenir une préforme fibreuse (200) en une seule pièce ayant ladite partie de profil aérodynamique (111) formant préforme de profil aérodynamique (211) et ladite partie de pied (112) formant préforme de pied (212), et - la densification de la préforme fibreuse (200) par une matrice pour obtenir une aube ou une pale d’hélice (10) en matériau composite ayant un renfort fibreux constitué par la préforme fibreuse (200) et densifié par la matrice, et formant une seule pièce avec pied intégré (12), caractérisé en ce que la partie de pied (112) de l’ébauche fibreuse (100) comprend une déliaison (106) délimitant un logement interne de pied (140) débouchant à une extrémité libre (1122) de ladite partie de pied et s’étendant suivant la direction longitudinale (D L ) et en ce que la mise en forme de l’ébauche fibreuse (100) comprend le positionnement d’au moins un élément d’insertion (130) dans le logement interne de pied (140) de manière à former une partie de préforme de pied (212) en forme de bulbe. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la densification de la préforme comprend le placement de la préforme fibreuse (200) dans un outillage d’injection (300) présentant la forme de l’aube ou de la pale d’hélice à fabriquer, la densification comprenant en outre l’injection d’une résine (360) dans la préforme fibreuse maintenue dans l’outillage d’injection (300), la transformation de la résine en matrice par traitement thermique et le démoulage de l’aube (10) ou de la pale d’hélice, le démoulage comprenant le retrait dudit au moins un élément d’insertion (130) de manière à obtenir un pied creux (12). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la densification de la préforme comprend le placement de la préforme fibreuse (200) dans un outillage d’injection (300) présentant la forme de l’aube ou de la pale d’hélice à fabriquer, la densification comprenant en outre l’injection d’une résine (360) dans la préforme fibreuse maintenue dans l’outillage d’injection (300), la transformation de la résine en matrice par traitement thermique et le démoulage de l’aube ou de la pale d’hélice de manière à obtenir un pied (22) comprenant une cavité (24) avec ledit au moins un élément d’insertion (130) collé à l’intérieur de ladite cavité. Procédé selon la revendication 3, dans lequel une portion inférieure de la partie de profil aérodynamique(411) de l’ébauche fibreuse (400) comprend une déliaison (407) délimitant un passage (450) entre un bord (400b) de ladite partie de profil aérodynamique et le logement interne de pied (440), ledit logement interne de pied comportant suivant la direction longitudinale (DL) une première portion (441) dont la section décroît entre l’extrémité libre (4122) de la partie de pied (412) et une partie intermédiaire (443) du logement et une deuxième portion (442) dont la section croît entre ladite portion intermédiaire et la partie de profil aérodynamique (411), une première partie (431) de l’élément d’insertion (430) présentant une forme évasée étant positionnée dans la première portion (441) du logement interne de pied (440), une deuxième partie (432) de l’élément d’insertion présentant une forme évasée étant positionnée dans la deuxième portion (442) du logement interne de pied via le passage (450) présent dans la partie de profil aérodynamique (411). Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’élément d’insertion (130, 430) est constitué d’un des matériaux suivants : matériau métallique, résine et sel. Aube ou pale d’hélice (10) de turbopropulseur en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, l’aube ou la pale d’hélice comportant suivant une direction d’envergure (D L ) un pied (12) et un profil aérodynamique (11), le renfort fibreux comprenant une préforme fibreuse (200) présentant un tissage tridimensionnel avec une partie de préforme de pied (212) présente dans le pied (12) et une partie de préforme de profil aérodynamique (211) présente dans le profil aérodynamique (11), les parties de préforme de pied et de profil aérodynamique étant liées l’une à l’autre par le tissage tridimensionnel, caractérisée en ce que la partie de préforme de pied (212) de la préforme fibreuse (200) comprend une déliaison (106) délimitant un logement interne de pied (140) formant une cavité (14) débouchant à une extrémité libre (12a) du pied (12). Aube ou pale d’hélice (20) selon la revendication 6, comprenant en outre au moins un élément d’insertion (130) collé à l’intérieur de la cavité (24) présente dans le pied (22) de l’aube ou de la pale d’hélice. Aube ou pale d’hélice (30) selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle la cavité (34) du pied (32) comporte suivant la direction d’envergure (DL) une première portion (341) dont la section décroît entre l’extrémité libre du pied (32) et une partie intermédiaire du logement et une deuxième portion (342) dont la section croît entre ladite portion intermédiaire et le profil aérodynamique (31), une première partie (431) de l’élément d’insertion (430) présentant une forme évasée étant présent dans la première portion (341) de la cavité (34), une deuxième partie (432) de l’élément d’insertion présentant une forme évasée étant présent dans la deuxième portion (342) de ladite cavité. Moteur aéronautique comprenant une pluralité d’aubes ou de pales d’hélice selon l’une quelconque des revendications 6 à 8. Aéronef comprenant au moins un moteur selon la revendication 9.