Brevet FR3134139A1 — publié le 20231006

La présente demande concerne un renfort (6) pour une aube (1) de turbomachine (100), l’aube (1) comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite comprenant chacune une partie d’extrémité interne (21, 31) distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5), dans lequel le renfort (6) est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5), et dans lequel le renfort (6) comprend un empilement de plis (61) superposés suivant une direction d’empilement (De) correspondant à une direction d’épaisseur (Pe) des plis (61), au moins deux plis (61) présentant des longueurs (Pl) et/ou des largeurs (PL) différentes de sorte que le renfort (6) présente un profil de dimensions variables. Figure pour l’abrégé : Fig. 3a Renfort pour une aube composite d’une turbomachine, comprenant un empilement de plis La présente demande concerne les turbomachines d’aéronefs, notamment les turboréacteurs ou les turbopropulseurs. La demande concerne un renfort pour une aube composite de turbomachine, une aube composite munie d’un tel renfort, et un procédé de fabrication d’un tel renfort et d’une telle aube composite. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un aéronef comprend classiquement au moins une turbomachine pour en assurer la propulsion. La turbomachine comprend au moins une soufflante ou hélice, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’échappement des gaz. Par exemple, la turbomachine peut comprendre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, et la turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression. La soufflante comprend un moyeu et des aubes solidaires du moyeu, les aubes de la soufflante étant mobiles en rotation autour d’un axe longitudinal de la turbomachine. Un redresseur de flux secondaire peut être disposé en aval de la soufflante. Le redresseur comprend des aubes de redresseur situées en aval des aubes de soufflante, les aubes de redresseur étant statiques, c’est-à-dire étant fixes en rotation par rapport à l’axe longitudinal de rotation des aubes de soufflante. Dans une turbomachine carénée, ou turboréacteur, la soufflante est logée dans un carter de soufflante, en amont du reste de la turbomachine. Dans une turbomachine non carénée, ou turbopropulseur, (en anglais « Open rotor » ou « Unducted fan »), la soufflante est une hélice non carénée placée à l’extérieur de la nacelle, dans le flux d’air environnant la turbomachine. Une turbomachine non carénée peut comprendre deux soufflantes, ou hélices, non carénées et contrarotatives (connue sous l’acronyme anglais UDF pour « UnDucted Fan »), ou en variante une seule soufflante non carénée et un redresseur comprenant plusieurs aubes de redresseur (connue sous l’acronyme anglais USF pour « Unducted Single Fan »). La soufflante peut être placée à l’arrière du générateur de gaz de sorte à être du type pousseur ou à l’avant du générateur de gaz de sorte à être du type tracteur. Une turbomachine non carénée permet d’augmenter le taux de dilution de façon très importante sans être pénalisé par la masse des carters ou nacelles destinées à entourer les pales de la soufflante. La turbomachine peut être une turbomachine double flux, dans laquelle la masse d’air aspirée par la soufflante est divisée en un flux primaire, qui traverse l’au moins un compresseur, la chambre de combustion et l’au moins une turbine, et un flux secondaire, qui est concentrique avec le flux primaire. Le taux de dilution d’une turbomachine correspond au ratio entre le débit du flux primaire et le débit du flux secondaire. Augmenter le taux de dilution permet d’améliorer les performances de la turbomachine et de réduire sa consommation spécifique de carburant. Ceci se traduit par une hausse du diamètre des aubes à iso poussée moteur, en particulier des aubes de la soufflante et des aubes du redresseur associé. Cette augmentation de dimensions est encore plus importante pour les turbomachines non carénées, dans lesquelles les aubes sont de plus grandes dimensions et les vitesses de rotation sont plus faibles. L’accroissement des dimensions des aubes entraîne une augmentation de la masse des aubes, en particulier des aubes du redresseur, ce qui est préjudiciable pour les performances de la turbomachine. En vue de réduire la masse des aubes, les aubes peuvent être conçues en matériau composite à matrice organique comprenant un renfort fibreux noyé dans une matrice organique. En outre, la matrice organique peut être partiellement creuse, en ne renforçant que les parties structurales. On connaît de l’art antérieur, ainsi qu’illustré en , une aube 100 de redresseur d’une turbomachine carénée s’étendant radialement entre une plateforme interne, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter interne de la turbomachine, et une plateforme externe, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter externe de la turbomachine. Chaque aube 100 comprend un corps de pale en matériau composite constitué d’un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel et densifié par une matrice. Le renfort fibreux présente une partie d'extrémité comprenant deux segments 200 déliés l'un de l'autre jusqu'à une extrémité libre du renfort fibreux. L’aube 100 comporte en outre un sous-composant de remplissage (« Gap filler » ou « roving » en anglais) sous la forme d’insert rapporté 300 permettant de combler un espace libre au niveau de la jonction entre les segments 200 du renfort fibreux. L’insert 300 peut notamment être fabriqué à partir d’une tresse mise en forme. Le document FR 3 063 514 A1 décrit une telle aube de redresseur, l’aube comprenant en outre un insert rapporté présentant une section en forme de pi. Ainsi, l’aube peut être fabriquée en un matériau composite plein en lieu et place de matériaux métalliques tels que le titane, et l’accroissement de la masse de l’aube est réduit. Toutefois, l’insert rapporté ne permet pas de répondre aux nouvelles contraintes géométriques et structurales d’une aube composite, en particulier d’une aube composite à matrice organique tissée 3D d’un redresseur de flux secondaire. En effet, l’évolution de la géométrie cible de l’insert rapporté, qui doit présenter une variation d’épaisseur très importante, rend infaisable sa fabrication à partir des techniques connues, telles qu’à partir d’une tresse mise en forme. En outre, dans les turbomachines non carénées, le fait de fixer l’aube, en particulier l’aube de redresseur, à un carter de la turbomachine uniquement par son extrémité radiale interne située au niveau du pied d’aube, a pour conséquence de faire transiter l’ensemble des efforts dans la zone du pied d’aube, ce qui se traduit par des niveaux élevés de contraintes dans les parties composites du pied de l’aube. Les inserts rapportés connus ne permettent pas de renforcer localement suffisamment la zone du pied d’aube, et ainsi ne limitent pas suffisamment l’ouverture et les contraintes au niveau des segments déliés du renfort fibreux sous sollicitation de traction, compression et flexion. En outre, les inserts connus fabriqués à partir d’une tresse présentent une rigidité trop faible et ne permettent donc pas d’augmenter suffisamment la raideur globale de l’aube, ce qui entraîne un risque accru de flambage et une dégradation du placement fréquentiel du redresseur. Un but de la présente demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine permettant de réduire les contraintes s’exerçant sur l’aube au niveau d’une zone structurale de l’aube, et permettant de limiter l’augmentation de la masse de l’aube. Un autre but de la demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine présentant une géométrie complexe et des propriétés de résistance mécanique satisfaisantes. Un autre but de la demande est de proposer un procédé de fabrication d’un tel renfort qui permette de créer rapidement un renfort présentant une géométrie complexe. Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect, un renfort pour une aube de turbomachine, l’aube comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, dans lequel le renfort est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture, et dans lequel le renfort comprend un empilement de plis, chaque pli présentant une longueur, une largeur et une épaisseur, un pli étant superposé à un pli adjacent suivant une direction d’empilement correspondant à une direction de l’épaisseur des plis, au moins deux des plis de l’empilement présentant des longueurs et/ou des largeurs différentes de sorte que le renfort présente un profil de dimensions variables. Optionnellement, l’empilement de plis du renfort peut comprendre un premier pli présentant une première longueur et un deuxième pli présentant une deuxième longueur strictement inférieure à la première longueur, et : - le deuxième pli peut être disposé plus proche d’un centre du renfort que le premier pli, la direction d’empilement étant adaptée pour correspondre à une direction d’épaisseur de l’aube, ou - le premier pli peut être adapté pour être disposé plus proche de l’extrémité interne de l’aube que le deuxième pli lorsque le renfort est disposé dans la cavité intérieure de l’aube, la direction d’empilement étant adaptée pour correspondre à une direction de hauteur de l’aube. Selon un deuxième aspect, la présente demande concerne une aube de turbomachine, comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, l’aube comprenant en outre un renfort selon le premier aspect, le renfort présentant des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture, le renfort étant disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le deuxième aspect sont les suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement envisageable : - l’aube comprend une pale à profil aérodynamique propre à être placée dans un flux d’air lorsque la turbomachine est en fonctionnement afin de générer une portance, et un pied configuré pour être fixé au moyeu d’un aubage comprenant l’aube au niveau de l’extrémité interne de l’aube, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant adaptées pour définir ensemble des parois extérieures du pied et d’au moins une partie de la pale de l’aube, de sorte que la cavité intérieure comprend une partie de pied et une partie de pale, et le renfort comprenant une partie de pied disposée dans la partie de pied de la cavité intérieure et une partie de pale disposée dans la partie de pale de la cavité intérieure ; - l’aube comprend en outre un matériau de remplissage disposé dans la cavité intérieure radialement entre le renfort et l’extrémité externe de l’aube. Selon un troisième aspect, la présente demande concerne une turbomachine non carénée, comprenant : - un carter ; - une soufflante ayant un moyeu de soufflante et des pales périphériques de soufflante, solidaires du moyeu de soufflante, le moyeu de soufflante ayant une partie aval de moyeu qui est entourée par une surface interne d’une partie amont du carter et qui dépasse de la partie amont du carter, le moyeu de soufflante étant monté à rotation par rapport à la partie amont du carter autour de l’axe longitudinal ; et - au moins une aube de redresseur selon le deuxième aspect, ladite aube étant située en aval par rapport aux pales périphériques de soufflante, ladite aube étant montée sur une surface externe de la partie amont du carter au niveau d’une extrémité interne de l’aube, le renfort étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube. Selon un quatrième aspect, la présente demande concerne un procédé de fabrication d’un renfort selon le premier aspect pour une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : E1 : Découpe d’un ensemble de plis dans un mat carbone, chaque pli présentant une longueur, une largeur et une épaisseur, au moins deux des plis de l’ensemble présentent des longueurs et/ou des largeurs différentes ; E3 : Empilement des plis de l’ensemble par superposition d’un pli sur un pli adjacent suivant une direction de l’épaisseur des plis, de sorte à créer un empilement présentant un profil de dimensions variables ; et E4 : Compactage de l’empilement de plis. Optionnellement, le procédé peut comprendre en outre les étapes suivantes : E2 : Humidification des plis après l’étape de découpe E1 et avant l’étape d’empilement E3 ; et E5 : Séchage de l’empilement de plis compactés lors de l’étape E4 ; Optionnellement, les plis peuvent être empilés lors de l’étape E3 dans un moule de formage, les plis peuvent être compactés lors de l’étape E4 dans le moule de formage, et le procédé peut comprendre en outre une étape E6 de démoulage à froid de l’empilement de plis compacté. Selon un cinquième aspect, la demande concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon le deuxième aspect, comprenant les étapes suivantes : Réalisation d’une préforme composite de l’aube composite, ladite préforme comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe ; Fabrication d’un renfort au moyen d’un procédé selon le quatrième aspect, le renfort présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture ; Mise en place du renfort dans la cavité intérieure de la préforme d’aube de sorte à boucher l’ouverture ; et Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube et le renfort. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La illustre une vue en perspective schématique en coupe d’une aube selon l’art antérieur. La illustre une vue en perspective schématique d’un renfort selon un mode de réalisation, le renfort présentant une deuxième géométrie différente de la première géométrie. La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une aube selon un mode de réalisation. La illustre une vue schématique en coupe longitudinale radiale d’une aube selon un mode de réalisation. La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une partie d’extrémité d’une aube comprenant un renfort selon un mode de réalisation, le renfort comprenant des plis empilés suivant une direction d’empilement De correspondant à une direction d’épaisseur de l’aube. La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une partie d’extrémité d’une aube comprenant un renfort selon un mode de réalisation, le renfort comprenant des plis empilés suivant une direction d’empilement De correspondant à une direction radiale de l’aube. La illustre une vue en perspective schématique partielle d’une aube selon un mode de réalisation. La illustre une vue schématique en perspective d’un exemple de turbomachine non carénée comportant une aube selon un mode de réalisation. La est un schéma bloc illustrant un procédé de fabrication d’une aube selon un mode de réalisation. Renfort (6) pour une aube (1) de turbomachine (100), l’aube (1) comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31), la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11) de l’aube (1), l’extrémité interne (11) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12), dans lequel le renfort (6) est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5), et dans lequel le renfort (6) comprend un empilement de plis (61), chaque pli (61) présentant une longueur (Pl), une largeur (PL) et une épaisseur (Pe), un pli (61) étant superposé à un pli (61) adjacent suivant une direction d’empilement (De) correspondant à une direction de l’épaisseur (Pe) des plis (61), au moins deux des plis (61) de l’empilement présentant des longueurs (Pl) et/ou des largeurs (PL) différentes de sorte que le renfort (6) présente un profil de dimensions variables. Renfort selon la revendication 1, dans lequel l’empilement de plis du renfort (6) comprend un premier pli (611) présentant une première longueur (Pl1) et un deuxième pli (612) présentant une deuxième longueur (Pl2) strictement inférieure à la première longueur (Pl1), et dans lequel : - le deuxième pli (612) est disposé plus proche d’un centre du renfort (6) que le premier pli (611), la direction d’empilement (De) étant adaptée pour correspondre à une direction d’épaisseur (Y) de l’aube (1), ou dans lequel - le premier pli (611) est adapté pour être disposé plus proche de l’extrémité interne (11) de l’aube (1) que le deuxième pli (612) lorsque le renfort (6) est disposé dans la cavité intérieure (4) de l’aube (1), la direction d’empilement (De) étant adaptée pour correspondre à une direction de hauteur (R) de l’aube (1). Aube (1) de turbomachine (100), comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31), la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11) de l’aube (1), l’extrémité interne (11) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12), l’aube (1) comprenant en outre un renfort (6) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le renfort (6) présente des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure (4) au niveau de l’ouverture (5), le renfort (6) étant disposé dans la cavité intérieure (4) de sorte à boucher l’ouverture (5). Aube (1) selon la revendication 3, comprenant une pale (13) à profil aérodynamique propre à être placée dans un flux d’air lorsque la turbomachine (100) est en fonctionnement afin de générer une portance, et un pied (14) configuré pour être fixé au moyeu d’un aubage comprenant l’aube (1) au niveau de l’extrémité interne (11) de l’aube (1), dans lequel la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) sont adaptées pour définir ensemble des parois extérieures du pied (14) et d’au moins une partie de la pale (13) de l’aube (1), de sorte que la cavité intérieure (4) comprend une partie de pied et une partie de pale, et dans lequel le renfort (6) comprend une partie de pied disposée dans la partie de pied de la cavité intérieure (4) et une partie de pale disposée dans la partie de pale de la cavité intérieure (4). Aube (1) selon la revendication 3 ou la revendication 4, comprenant en outre un matériau de remplissage (41) disposé dans la cavité intérieure (4) radialement entre le renfort (6) et l’extrémité externe (12) de l’aube (1). Turbomachine (100) non carénée, comprenant : - un carter (101) ; - une soufflante (200) ayant un moyeu (201) de soufflante (200) et des pales périphériques (202) de soufflante (200), solidaires du moyeu (201) de soufflante (200), le moyeu (201) de soufflante (200) ayant une partie aval (203) de moyeu (201) qui est entourée par une surface interne (102) d’une partie amont (103) du carter (101) et qui dépasse de la partie amont (103) du carter (101), le moyeu (201) de soufflante (200) étant monté à rotation par rapport à la partie amont (103) du carter (101) autour de l’axe longitudinal (X) ; et - au moins une aube (1) de redresseur selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, ladite aube (1) étant située en aval par rapport aux pales périphériques (202) de soufflante (200), ladite aube (1) étant montée sur une surface externe de la partie amont (103) du carter (101) au niveau d’une extrémité interne de l’aube (1), le renfort (6) étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube (1). Procédé de fabrication d’un renfort (6) selon la revendication 1 ou la revendication 2 pour une aube (1) de turbomachine (100), comprenant les étapes suivantes : E1 : Découpe d’un ensemble de plis (61) dans un mat carbone, chaque pli (61) présentant une longueur (Pl), une largeur (PL) et une épaisseur (Pe), au moins deux des plis (61) de l’ensemble présentent des longueurs (Pl) et/ou des largeurs (PL) différentes ; E3 : Empilement des plis (61) de l’ensemble par superposition d’un pli (61) sur un pli (61) adjacent suivant une direction de l’épaisseur (Pe) des plis (61), de sorte à créer un empilement présentant un profil de dimensions variables ; et E4 : Compactage de l’empilement de plis (61). Procédé de fabrication selon la revendication 7, comprenant en outre les étapes suivantes : E2 : Humidification des plis (61) après l’étape de découpe E1 et avant l’étape d’empilement E3 ; et E5 : Séchage de l’empilement de plis (61) compactés lors de l’étape E4. Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel les plis (61) sont empilés lors de l’étape E3 dans un moule de formage, les plis (61) sont compactés lors de l’étape E4 dans le moule de formage, et dans lequel le procédé comprend en outre une étape E6 de démoulage à froid de l’empilement de plis (61) compacté. Procédé de fabrication d’une aube (1) de turbomachine (100) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant les étapes suivantes : Réalisation d’une préforme composite de l’aube (1) composite (E0), ladite préforme comprenant une première peau (2) extérieure et une deuxième peau (3) extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe (12) de l’aube (1), la première peau (2) comprenant une première partie d’extrémité interne (21), la deuxième peau (3) comprenant une deuxième partie d’extrémité interne (31), la première partie d’extrémité interne (21) et la deuxième partie d’extrémité interne (31) étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure (4) de l’aube (1) débouchant dans une ouverture (5) au niveau d’une extrémité interne (11) de l’aube (1), l’extrémité interne (11) étant radialement opposée à l’extrémité externe (12) ; Fabrication d’un renfort (6) au moyen d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, le renfort (6) présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure (4) au niveau de l’ouverture (5) ; Mise en place du renfort (6) dans la cavité intérieure (4) de la préforme d’aube (1) de sorte à boucher l’ouverture (5) ; et Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube (1) et le renfort (6) (E11).