Brevet FR3134337A1 — publié le 20231013

Pièce de révolution en matériau composite à capacité de rétention améliorée Un procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite (100) comprend : - la réalisation d’une préforme fibreuse sur un mandrin (200) ayant un profil correspondant à celui de la pièce à fabriquer, et - la densification de la préforme fibreuse par une matrice. La réalisation de la préforme fibreuse comprend la formation d’une ébauche fibreuse (140) sous forme de bande comprenant au moins une couche de fibres continues et au moins une couche de fibres discontinues, l’ébauche fibreuse étant mise en forme sur le mandrin, la couche de fibres continues de l’ébauche fibreuse s’étendant au moins sur un tour complet autour du mandrin (200). Figure pour l’abrégé : Fig. 7. Pièce de révolution en matériau composite à capacité de rétention améliorée La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces de révolution exposées aux impacts et plus particulièrement, mais non exclusivement, les carters de soufflante de turbine à gaz pour moteurs aéronautiques. Dans un moteur aéronautique à turbine à gaz, le carter de soufflante remplit plusieurs fonctions. Il définit la veine d'entrée d'air dans le moteur, supporte un matériau abradable en regard des sommets d'aubes de la soufflante, supporte une structure éventuelle d'absorption d'ondes sonores pour le traitement acoustique en entrée du moteur et incorpore ou supporte un bouclier de rétention. Le bouclier de rétention constitue un piège à débris retenant les débris, tels que des objets ingérés ou des fragments d'aubes endommagées, projetés par centrifugation, afin d'éviter qu'ils traversent le carter et atteignent d'autres parties de l'aéronef. Précédemment réalisés en matériau métallique, les carters, comme le carter de soufflante, sont maintenant réalisés en matériau composite, c’est-à-dire à partir d’une préforme fibreuse densifiée par une matrice organique, ce qui permet de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique tout en présentant une résistance mécanique au moins équivalente sinon supérieure. La fabrication d’un carter de soufflante en matériau composite à matrice organique est notamment décrite dans le document US 8 322 971. Dans le carter divulgué dans le document US 8 322 971, le bouclier de rétention est constitué par une portion de surépaisseur obtenue au niveau du renfort fibreux du carter qui présente une épaisseur évolutive. Le renfort fibreux est obtenu par enroulement d’une texture fibreuse tissée 3D qui présente une portion de surépaisseur apte à former un bouclier de rétention. Cependant, afin d’être en mesure de contenir des débris projetés avec une très grande énergie comme dans le cas de la perte d’une aube, la portion de surépaisseur doit toujours présenter une dimension importante dans la direction radiale, ce qui augmente significativement la masse globale de la pièce en matériau composite. Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d’une solution pour disposer d’une pièce de révolution en matériau composite présentant une masse globale inférieure à celle des carters en matériau composite de l’art antérieur tout en ayant une capacité de rétention au moins équivalente sinon supérieure. A cet effet, selon l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite comprenant : - la réalisation d’une préforme fibreuse sur un mandrin ayant un profil correspondant à celui de la pièce à fabriquer, et - la densification de la préforme fibreuse par une matrice, caractérisé en ce que la réalisation de la préforme fibreuse comprend la formation d’une ébauche fibreuse sous forme de bande comprenant au moins une couche de fibres continues et au moins une couche de fibres discontinues, l’ébauche fibreuse étant mise en forme sur le mandrin, ladite au moins une couche de fibres continues de l’ébauche fibreuse s’étendant au moins sur un tour complet autour du mandrin. Le procédé de l’invention permet ainsi d’obtenir une pièce en matériau composite ayant une capacité de rétention accrue grâce à la présence d’une ou plusieurs couches de fibres discontinues dans son renfort fibreux. La ou les couches de fibres discontinues sont en effet aptes à s’endommager pour dissiper l’énergie en cas d’impact avec un objet projeté tel qu’une aube dans le cas d’un carter de moteur aéronautique (FBO pour « Fan Blade Out »). La ou les couches de fibres continues assurent quant à elles la cohésion et la résistance mécaniques de la pièce. Il est ainsi possible de fabriquer des pièces de révolution en matériau composite ayant une très bonne capacité de rétention sans nécessiter une augmentation d’épaisseur trop importante, les pièces présentant une masse globale inférieure à celle des pièces en matériau composite de l’art antérieur. Selon un aspect du procédé de l’invention, la ou les couches de fibres discontinues sont une texture non tissée à fibres longues discontinues ou un mat de fibres aléatoires. Selon un autre aspect du procédé de l’invention, la ou les couches de fibres continues sont choisies parmi au moins une des structures fibreuses suivantes : structure tissée tridimensionnelle, empilement de strates unidirectionnelles, empilement de strates tissées bidimensionnelles, tresse. L’ébauche fibreuse peut comprendre une seule couche de fibres continues correspondant à une structure fibreuse en forme de bande présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame. Dans ce cas, la réalisation de la préforme fibreuse comprend l’enroulement sur le mandrin de l’ébauche fibreuse sur un ou plusieurs tours. L’ébauche fibreuse peut comprendre une seule couche de fibres continues correspondant également à une structure fibreuse en forme de bande présentant un tissage tridimensionnel qui comporte dans le sens de la longueur une première partie dans laquelle les fils de chaîne sont liés par les fils de trame sur toute l’épaisseur de la structure fibreuse et une deuxième partie comprenant une zone de déliaison présente à une position intermédiaire dans l’épaisseur de la structure fibreuse et s’étendant dans la structure fibreuse suivant un plan parallèle à la surface de la structure fibreuse, la zone de déliaison séparant la structure fibreuse en des première et deuxième peaux, la couche de fibres discontinues étant disposée entre les première et deuxième peaux. Dans ce cas, la réalisation de la structure fibreuse comprend l’enroulement sur le mandrin de l’ébauche fibreuse sur un ou plusieurs tours. L’invention a également pour objet une pièce de révolution en matériau composite comprenant un renfort fibreux, ledit renfort fibreux étant densifié par une matrice, caractérisée en ce que le renfort fibreux comprend dans le sens de l’épaisseur au moins une couche de fibres continues et au moins une couche de fibres discontinues. Comme expliqué ci-avant, la pièce en matériau composite de l’invention offre une très bonne capacité de rétention tout en ayant une épaisseur maîtrisée et, par conséquent, une masse globale réduite par rapport à celle des pièces en matériau composite de l’art antérieur. Selon un aspect de la pièce de l’invention, la ou les couches de fibres discontinues sont une texture non tissée à fibres longues discontinues ou un mat de fibres aléatoires. Selon un autre aspect de la pièce de l’invention, la ou les couches de fibres continues sont choisies parmi au moins une des structures fibreuses suivantes : structure tissée tridimensionnelle, empilement de strates unidirectionnelles, empilement de strates tissées bidimensionnelles, tresse. Le renfort fibreux peut comprendre une seule couche de fibres continues constituée d’une structure fibreuse en forme de bande présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche comportant une première partie dans laquelle des fils de chaîne sont liés par des fils de trame sur toute l’épaisseur de la structure fibreuse et une deuxième partie comprenant une zone de déliaison présente à une position intermédiaire dans l’épaisseur de la structure fibreuse, la zone de déliaison séparant la structure fibreuse en des première et deuxième peaux, la couche de fibres discontinues étant présente entre les première et deuxième peaux. Selon un autre aspect de la pièce de l’invention, celle-ci correspond à un carter comprenant une virole comportant une portion de surépaisseur formant une zone de rétention, la virole comportant en outre à ses extrémités axiales une bride. La est une vue en perspective et en coupe partielle d’un moteur aéronautique équipé d’un carter de soufflante en matériau composite conformément à un mode de réalisation de l’invention, La est une vue en coupe selon le plan II-II du carter de la , La est une vue schématique en perspective d’un métier à tisser montrant le tissage d’une texture fibreuse utilisée pour la formation du renfort fibreux du carter des figures 1 et 2, La est une vue schématique en perspective d’une couche à fibres continues, La est une vue schématique en perspective d’une couche à fibres discontinues, La est une vue schématique en perspective d’une ébauche fibreuse formée avec les couches des figures 4 et 5 conformément à 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 en coupe d’une préforme fibreuse obtenue à partir de l’ébauche fibreuse de la , La est une vue schématique montrant un outillage de densification de la préforme de la , La est une vue schématique en perspective montrant la formation d’une ébauche fibreuse conformément à un autre mode de réalisation de l’invention, La est une vue en coupe d’un carter réalisé à partir de l’ébauche fibreuse de la . Procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite (100) comprenant : - la réalisation d’une préforme fibreuse (300) sur un mandrin (200) ayant un profil correspondant à celui de la pièce à fabriquer, et - la densification de la préforme fibreuse (300) par une matrice, caractérisé en ce que la réalisation de la préforme fibreuse comprend la formation d’une ébauche fibreuse (140) sous forme de bande comprenant au moins une couche de fibres continues et au moins une couche de fibres discontinues, l’ébauche fibreuse étant mise en forme sur le mandrin, ladite au moins une couche de fibres continues de l’ébauche fibreuse s’étendant au moins sur un tour complet autour du mandrin (200). Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une couche de fibres discontinues est une texture non tissée à fibres longues discontinues (80) ou un mat de fibres aléatoires (60). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite au moins une couche de fibres continue est choisie parmi au moins une des structures fibreuses suivantes : structure tissée tridimensionnelle, empilement de strates unidirectionnelles, empilement de strates tissées bidimensionnelles, tresse. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l’ébauche fibreuse (140) comprend une couche de fibres continues correspondant à une structure fibreuse en forme de bande (50) présentant un tissage tridimensionnel entre une pluralité de fils de chaîne (20) et une pluralité de fils de trame (30) et dans lequel la réalisation de la préforme fibreuse comprend l’enroulement sur le mandrin de l’ébauche fibreuse sur un ou plusieurs tours. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l’ébauche fibreuse comprend une couche de fibres continues correspondant à une structure fibreuse en forme de bande (70) présentant un tissage tridimensionnel comportant dans le sens de la longueur une première partie (76) dans laquelle les fils de chaîne sont liés par les fils de trame sur toute l’épaisseur de la structure fibreuse et une deuxième partie (75) comprenant une zone de déliaison (71) présente à une position intermédiaire dans l’épaisseur de la structure fibreuse et s’étendant dans la structure fibreuse suivant un plan parallèle à la surface de la structure fibreuse, la zone de déliaison (71) séparant la structure fibreuse en des première et deuxième peaux (73, 74), une couche de fibres discontinues étant disposée entre les première et deuxième peaux, et dans lequel la réalisation de la structure fibreuse comprend l’enroulement sur le mandrin de l’ébauche fibreuse sur un ou plusieurs tours. Pièce de révolution en matériau composite (100) comprenant un renfort fibreux, ledit renfort fibreux étant densifié par une matrice, caractérisée en ce que le renfort fibreux comprend dans le sens de l’épaisseur au moins une couche de fibres continues et au moins une couche de fibres discontinues. Pièce selon la revendication 6, dans laquelle ladite au moins une couche de fibres discontinues est une texture non tissée à fibres longues discontinues (80) ou un mat de fibres aléatoires (60). Pièce selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle ladite au moins une couche de fibres continue est choisie parmi au moins une des structures fibreuses suivantes : structure tissée tridimensionnelle, empilement de strates unidirectionnelles, empilement de strates tissées bidimensionnelles, tresse. Pièce selon la revendication 8, dans laquelle le renfort fibreux comprend une couche de fibres continues correspondant à une structure fibreuse en forme de bande (70) présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche comportant une première partie (76) dans laquelle des fils de chaîne sont liés par des fils de trame sur toute l’épaisseur de la structure fibreuse et une deuxième partie (75) comprenant une zone de déliaison (71) présente à une position intermédiaire dans l’épaisseur de la structure fibreuse, la zone de déliaison (71) séparant la structure fibreuse en des première et deuxième peaux (73, 74), la couche de fibres discontinues étant présente entre les première et deuxième peaux. Pièce selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, la pièce correspondant à un carter (600) comprenant une virole comportant une portion de surépaisseur (610) formant une zone de rétention, la virole comportant en outre à ses extrémités axiales une bride (604, 605).