Brevet FR3129176A1 — publié le 20230519

Cette aube (9, 10) pour soufflante (4) de turbomachine (3) d’aéronef, comprenant au moins une zone de renfoncement (11) remplie par une mousse (12) ayant un poids volumique inférieur à celui de l’aube (10), l’aube étant caractérisée en ce que la zone de renfoncement (11) comporte : - au moins un capteur d’humidité (13) apte à acquérir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube (10) et, - un moyen de transmission (14), couplé au(x) moyen(s) de mesure (13) et apte à transmettre à distance ledit paramètre. Figure pour l’abrégé : Fig 5 Procédé et système de détection d’humidité à l’intérieur d’une pièce composite, turbomachine correspondante et aéronef équipé d’une telle turbomachine L’invention concerne les turbomachines pour aéronef, et se rapporte plus particulièrement aux soufflantes de telles turbomachines. L’invention concerne également une turbomachine comprenant une telle soufflante et un aéronef équipé d’une telle turbomachine. Techniques antérieures Un aéronef comprend généralement un groupe motopropulseur formé par une pluralité de turbomachines destinées à fournir la poussée nécessaire à une mise en mouvement de l’aéronef. A cet effet, chaque turbomachine est logée dans une nacelle et comprend des équipements, localisés à l’extérieur d’un canal d’air du groupe motopropulseur, des compresseurs, des chambres de combustion, des turbines ainsi qu’une soufflante positionnée en amont d’une entrée d’air de la turbomachine et localisée dans le flux d’air. Une telle soufflante comporte une pluralité d’aubes principales aptes à séparer le flux d’air entrant dans la turbomachine en un flux primaire et un flux secondaire, ce qui permet d’assurer la compression initiale du flux d’air. Ainsi, le flux d’air primaire traverse la turbomachine en traversant divers équipements, tels que les compresseurs, les chambres de combustion et les turbines alors que le flux d’air secondaire contourne les divers équipements, tels que les compresseurs, les chambres de combustion et les turbines de la turbomachine. Le flux d’air secondaire est redressé par des aubes directrices (« Outlet Guide Vane » en anglais) disposées sur la surface interne de la soufflante. Dans un turboréacteur à double flux, dans un turboréacteur à soufflante non carénée (couramment appelé open rotor), ou encore dans un turbopropulseur, la poussée et le rendement du moteur augmentent avec le diamètre de la soufflante ou de l’hélice. En conséquence, la tendance actuelle est d’augmenter autant que possible ce diamètre. Toutefois, on comprend qu’une telle augmentation de diamètre du rotor entraîne mécaniquement une augmentation de la masse de la machine tournante, en raison de l’accroissement de la taille des aubes, mais également de l’ensemble des structures mécaniques du rotor et, le cas échéant, des structures destinées à retenir les aubes en cas d’avarie. De plus, cette augmentation du diamètre du rotor génère de fortes contraintes sur la tenue mécanique des aubes. En particulier, l’accroissement des envergures des aubes tend à abaisser les fréquences propres de ces aubes, ce qui nécessite d’augmenter leur épaisseur afin de relever ces fréquences propres, augmentant encore la masse des aubes. Compte tenu des exigences croissantes en matière de consommation notamment, il est souhaité de réduire la masse de ces aubes. Pour cela, une solution consiste à réaliser une aube composite formée au moyen d’une préforme, avec une zone de renfoncement interne où la matière a été retirée, dans la partie la moins sollicitée mécaniquement, essentiellement au cœur de l’aube. Dans cette zone de renfoncement, il est possible d’ajouter un matériau ayant un poids volumique moindre que celui de l’aube, afin d’alléger l’aube sans diminuer en pratique sa tenue mécanique. Ce matériau peut être par exemple constitué par une mousse en polyimides ou polyméthacrylimides. On pourra par exemple se référer au document WO202148484 A1. L’épaisseur de la peau de l’aube est susceptible de diminuer localement au cours de la vie de la pièce, suite à des impacts répétés. Une épaisseur de peau d’une aube composite de 5mm autour de la mousse est suffisante pour empêcher une infiltration de l’eau. Une diminution de l’épaisseur de peau est donc susceptible d’augmenter le risque d’infiltrations. Or, une infiltration d’eau dans une aube partiellement creuse s’accompagne d’une modification de porosité du matériau et par conséquent d’un défaut de tenue mécanique de la pièce. Une infiltration est également susceptible de provoquer une modification de la masse de la mousse et une altération consécutive de la rotation du rotor suite à la création d’un balourd à cause de l’augmentation du poids de l’aube, voire l’endommagement de la pièce en cas de présence de givre. Au vu de ce qui précède, le but de l’invention est de permettre une détection d’humidité dans une pièce composite, qui ne nécessite pas un démontage de la pièce et qui soit non destructif. Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet une aube principale ou directrice pour soufflante de turbomachine, qui comprend au moins une zone de renfoncement remplie par une mousse de poids volumique inférieur à celui de l’aube, afin d’alléger l’aube. La zone de renfoncement comporte : - au moins un capteur d’humidité apte à acquérir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube et, - un moyen de transmission couplé au(x) capteur(s) d’humidité et apte à transmettre à distance ledit paramètre. Pour détecter la présence ou l’absence d’humidité à l’intérieur de l’aube, il est proposé d’utiliser un capteur d’humidité configuré pour mesurer la valeur d’humidité dans l’aube. Par exemple, le capteur d’humidité est placé dans une zone Z1 située entre 60% et 70% de la longueur totale de l’aube, mesurée sur un axe longitudinal Y-Y’ à partir du pied de l’aube. Par exemple, le capteur d’humidité est placé dans une zone Z2 à proximité de l’interface entre la mousse et le joint. Le moyen de transmission est intégré à l’aube et couplé au capteur d’humidité de manière à recevoir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube et apte à transmettre ledit paramètre à distance, sans fil. Par exemple, le moyen de transmission est placé en surface extérieure de l’aube. Par exemple, le moyen de transmission est placé dans le joint d’étanchéité situé en pied de l’aube entre la mousse et la contreplaque. Avantageusement, le moyen de transmission est de type radio-étiquette métal. De préférence, la radio-étiquette est passive. Autrement dit, la radio-étiquette ne dispose pas d’une source d’alimentation susceptible d’augmenter sa masse. Son alimentation électrique peut se faire par l’absorption d’ondes électromagnétiques émises par un lecteur type radio-identification ou RFID (pour « Radio Frequency Identification » en anglais) par exemple. Avantageusement, la radio-étiquette est configurée pour émettre des ondes électromagnétiques ultra haute fréquence ou haute fréquence. Par « ultra haute fréquence » on entend une bande de spectre radioélectrique comprise entre 860 MHz et 930 MHz. Par « haute fréquence » on entend une bande de spectre radioélectrique équivalente à 13,56 MHz. L’invention a encore pour objet une soufflante pour turbomachine qui comprend une pluralité d’aubes telles que définies ci-dessus. L’invention a encore pour objet une turbomachine comprenant une telle soufflante et/ou au moins une aube telle que définie ci-dessus. L’invention a encore pour objet un aéronef comprenant une telle turbomachine, une telle soufflante et/ou au moins une aube telle que définie ci-dessus. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un procédé d’acquisition à distance d’un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur d’une aube telle que définie ci-dessus. Le procédé comprend les étapes suivantes : - positionnement d’un lecteur à une distance prédéterminée du moyen de transmission ; - émission à distance d’une requête de lecture par le lecteur au moyen de transmission et, - transfert à distance dudit paramètre par le moyen de transmission vers le lecteur. On entend par « lecteur » tout dispositif apte à réceptionner des données sans fil. Ainsi, lorsque le lecteur est à une distance prédéterminée de la soufflante, celui-ci est apte à collecter un paramètre indiquant l’absence ou la présence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice. De préférence, la distance prédéterminée est inférieure à 2m. Avantageusement, le lecteur est de type radio-identification. En d’autres termes, lorsque la radio-étiquette est passive, le lecteur est apte à émettre des radiofréquences de manière à alimenter en énergie électrique le capteur d’humidité et le moyen de transmission et de manière à communiquer avec le moyen de transmission et ainsi à obtenir ledit paramètre de mesure d’humidité. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une représentation schématique d’une nacelle de turbomachine pour aéronef selon l’état de la technique ; illustre une aube directrice équipée d’un moyen de détection d’humidité ; illustre une vue en coupe de profil de l’aube selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre une vue en coupe de profil de l’aube selon un autre mode de réalisation de l’invention ; illustre une vue en coupe de profil de l’aube selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; représente un organigramme d’un procédé de détection d’humidité dans une aube composite selon l’invention ; illustre un exemple de mise en œuvre du procédé de détection de la et, est une représentation détaillée du lecteur selon un mode de réalisation de l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation La est une représentation schématique d’une nacelle 2 d’une turbomachine 3 pour aéronef selon l’état de la technique, sur laquelle est représenté un ensemble propulsif 1 comprenant une nacelle 2, généralement de structure tubulaire s’étendant selon un axe longitudinal X-X’. La turbomachine 3 est de type double flux (ou également dénommée « turbofans » en anglais), et génère en fonctionnement un flux d’air primaire et un flux d’air secondaire par l’intermédiaire d’une soufflante 4 en rotation. Plus précisément, le flux d’air primaire traverse une partie chaude de la turbomachine 3 en passant notamment par divers équipements, tels que des compresseurs, des chambres de combustion et des turbines. Le flux d’air secondaire circule à l’extérieur de la turbomachine 3 à travers une veine annulaire 5 formée entre des parois de la nacelle 2. Le flux primaire et le flux secondaire se rejoignent ensuite pour être éjectés de la turbomachine 3 par une tuyère d’éjection 6 située en aval de la nacelle 2, en considérant une circulation du flux d’air le long de l’axe longitudinal X-X’. A cet effet, la tuyère d’éjection 6 comprend une tuyère primaire 61 apte à éjecter le flux primaire ainsi qu’une tuyère secondaire 62 destinée à éjecter le flux secondaire pour générer une poussée supplémentaire. Pour garantir la compression de l’air, la soufflante 4 comprend une pluralité d’aubes dites principales 9, chacune s’étendant selon un axe radial R par rapport à l’axe longitudinal X-X’. L’aube principale 9 est réalisée dans un matériau composite électriquement conducteur comprenant une pluralité de fibres de carbone noyées dans une résine de sorte à résister à des efforts importants sans se déformer et tout en restant solidaire de la soufflante 4. Bien entendu, l’aube principale 9 peut être réalisée dans tout autre matériau destiné à un tel usage, en matière métallique (Aluminium, Titane), en composite polymère fibre de verre résines (époxy, polyimide, etc.) et en toute combinaison de ces matériaux par exemple. La soufflante 4 comporte en outre une pluralité d’aubes directrices 10 disposées sur la surface interne de la soufflante 4 et destinées à redresser le flux d’air secondaire. La description qui suit concerne les aubes directrices 10. On notera toutefois que l’invention concerne également les aubes principales 9, de sorte que la description suivante s’applique également aux aubes principales 9. La illustre schématiquement une vue de face d’une aube directrice 10. L’aube 10 s’étend selon un axe Y-Y’ radial par rapport à l’axe longitudinal X-X’ de l’ensemble propulsif représenté dans la . L’aube directrice 10 comprend une peau externe 16, formée par tissage d’un matériau composite, solidarisée au pied 19 de l’aube 10 sur une contreplaque 17. L’aube directrice 10 comprend au moins une zone de renfoncement 11 remplie d’un matériau 12 de densité moindre que celle de l’aube 10, tel qu’une mousse en polyimides ou polyméthacrylimides. Un joint 15, placé entre la contreplaque 17 et la mousse 12 assure l’étanchéité de l’aube 10. La zone de renfoncement 11 comporte au moins un capteur d’humidité 13 situé dans la mousse 12 et couplé à un moyen de transmission à distance 14. L’emplacement dudit capteur d’humidité 13 est ici illustré à titre d’exemple et peut correspondre à la zone d’endommagement probable Z1 située entre 60% et 70% de la longueur totale de l’aube 10, mesurée selon l’axe Y-Y’ en partant du pied 19 de l’aube. D’autres positions du capteur d’humidité 13 sont illustrées dans les figures 3, 4 et 5. La illustre schématiquement un détail de la vue en coupe près du pied 19 d’une aube directrice 10. Dans le mode de réalisation illustré dans la , le ou chaque capteur d’humidité 13 est installé en pied 19 de l’aube directrice 10 dans la zone Z2 à proximité de l’interface entre la mousse 12 et le joint 15. Dans ce mode de réalisation, le moyen de transmission 14 est installé à la surface de la peau 16 de l’aube 10. La illustre schématiquement un détail de la vue en coupe près du pied 19 d’une aube directrice 10. Dans le mode de réalisation illustré dans la , le capteur d’humidité 13 est installé en pied 19 de l’aube directrice 10 dans la zone Z2 à proximité de l’interface entre la mousse 12 et le joint 15. Dans ce mode de réalisation, le moyen de transmission 14 est installé dans le joint 15. La illustre un segment d’aube directrice 10 se situant à l’intérieur de la zone Z1 définie dans la . Dans le mode de réalisation de la , il existe une pluralité de capteurs d’humidité 13 reliés en série et qui permettent de connaître la propagation de l’humidité à l’intérieur de l’aube 10. Dans ce mode de réalisation, le moyen de transmission 14 est installé à la surface de la peau 16 de l’aube 10. Le capteur d’humidité 13 est configuré pour acquérir un paramètre indiquant s’il y a une présence ou une absence d’humidité mesurée dans la zone de renfoncement 11 de l’aube directrice 10. Le capteur d’humidité 13 comporte un capteur de liquide, par exemple réalisé en utilisant deux électrodes de manière à mesurer une valeur capacitive du milieu entre les deux électrodes ou bien en utilisant un élément sensible à l’humidité, par exemple un polymère, dont l’impédance varie en fonction de l’humidité. Le capteur d’humidité 13 comprend également un moyen de calcul, tel qu’un microcontrôleur ou microprocesseur, configuré pour convertir une mesure physique du capteur de liquide en un niveau de liquide ou un autre paramètre représentatif de l’humidité mesurée. Un tel capteur d’humidité 13 est en outre configuré pour envoyer ledit paramètre au moyen de transmission 14 auquel il est connecté par l’intermédiaire de fils électriques 18. En variante, il est possible de substituer aux capteurs d’humidité 13 une pile qui, en présence d’humidité, produit un courant électrique qui alimente le moyen de transmission 14. Le moyen de transmission 14 est configuré pour émettre un signal lorsqu’il est sous tension, qui peut être un signal radio par exemple, signifiant la présence d’eau à l’intérieur de l’aube. En variante, il est possible de rajouter au capteur d’humidité 13 une pile qui, en présence d’humidité, produit un courant électrique qui alimente le moyen de transmission 14. Le moyen de transmission 14 est configuré pour émettre lorsqu’il est sous tension un signal, qui peut être un signal radio par exemple, signifiant la présence d’eau à l’intérieur de l’aube. Le moyen de transmission 14 est par exemple une radio-étiquette, en particulier une radio-étiquette passive, de préférence une radio-étiquette utilisant la technologie radio-identification ou RFID qui comporte un moyen de stockage du paramètre transmis par le capteur d’humidité 13 et une antenne radio configurée pour recevoir une requête de lecture et émettre en retour le paramètre à distance. Afin de ne pas perturber la transmission d’ondes radio et d’assurer ainsi une bonne communication entre le moyen de transmission 14 et le lecteur 28, le moyen de transmission 14 peut, par exemple, être placé en surface des trames de fibre de carbone de la peau 16 comme illustré dans les figures 2, 3 et 5, ou placé dans le joint 15 comme représenté dans la , lorsque le joint 15 n’est pas réalisé en matériau conducteur et qu’il n’est pas complétement recouvert par des trames de fibre de carbone de la peau 16. Par ailleurs, il est avantageux que le bord du moyen de transmission 14 soit maintenu à une distance minimale D des parties métalliques de la turbomachine 3 afin de ne pas perturber la transmission à distance, plus particulièrement l’antenne de l’étiquette RFID. Cette distance est équivalente à la hauteur de l’antenne du moyen de transmission 14. De préférence, cette distance est supérieure à 3 mm. La illustre un organigramme d’un procédé d’acquisition à distance d’un paramètre, indiquant s’il y a une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice 10, par le moyen de transmission 14. Pour réceptionner le paramètre envoyé à distance par le moyen de transmission 14, un opérateur 27 dispose d’un lecteur 28 tel qu’illustré dans la . En variante, le lecteur 28 peut être fixe et intégré par exemple dans le carter ou à l’extérieur et peut communiquer avec une base de données au sol, permettant ainsi d’avoir un résultat du test d’étanchéité avant ou en fin de mission et de surveiller à distance l’état des aubes 10 sans avoir à recourir à un opérateur de maintenance sur place. Plus particulièrement, lorsque le moyen de transmission 14 est sous la forme d’une radio-étiquette, le lecteur 28 comprend un lecteur RFID configuré pour émettre des ondes électromagnétiques destinées à activer la radio-étiquette du moyen de transmission 14. Ainsi, l’opérateur 27 positionne, à l’étape E1, le lecteur 28 à une distance inférieure à 2 m du moyen de transmission. Au cours de l’étape E2, le lecteur 28 émet à distance une requête de lecture au moyen de transmission afin de l’activer. Enfin, à l’étape E3, le moyen de transmission 14 transfère à distance ledit paramètre à l’intérieur de l’aube directrice 10 vers le lecteur 28. Par exemple, l’opérateur peut obtenir un résultat au test de type « OK » ou « NOK » pour une ou plusieurs aubes. Dans le cas d’un résultat « NOK », signalant un défaut, les informations affichées sur l’écran 39 du lecteur 28 lui permettront par exemple, d’identifier le capteur RFID ayant détecté l’humidité dans la mousse et ainsi de corréler avec l’identifiant de l’aube 10 en défaut. En outre, le moyen de transmission 14 peut envoyer à distance d’autres données telles que la référence de l’aube directrice 10 (« Serial Number » en anglais) et/ou l’identifiant de la configuration de l’aube directrice 10 (« Part Number » selon le vocable anglosaxon) et/ou l’identité du fabriquant de l’aube directrice 10 et/ou toute information d’identification unique d’une pièce de l’aube directrice 10. Pour afficher les données transmises par le moyen de transmission 14, le lecteur 28 comprend, tel qu’illustré dans la , un écran 39 comprenant des zones d’affichage 30 à 34 qui permettent respectivement d’indiquer quelle aube directrice 10 de la soufflante 4 est identifiée (« aube2 »), la référence de l’aube directrice 10 (« rf 43 »), la configuration de l’aube directrice 10 (« B734 »), l’identité du fabricant de l’aube directrice 10 (« Sb 1873 »), et le paramètre délivré par le capteur (« 30% »). La détection d’humidité peut en outre être visualisée sous forme de symboles ou de lettres soit en tant que lettre soit en tant que série de lettres. Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Par exemple, les aubes directrices 10 telles que décrites ci-dessus peuvent être utilisées dans le domaine de l’automobile. Aube (9, 10) pour soufflante (4) de turbomachine (3), comprenant au moins une zone de renfoncement (11) remplie par une mousse (12) ayant un poids volumique inférieur à celui de l’aube (10), l’aube étant caractérisée en ce que la zone de renfoncement (11) comporte : - au moins un capteur d’humidité (13) apte à acquérir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube (10) et, - un moyen de transmission (14), couplé au(x) capteur(s) d’humidité (13) et apte à transmettre à distance ledit paramètre. Aube (9, 10) selon la revendication 1, dans laquelle ledit capteur d’humidité (13) est placé dans une zone (Z1) située entre 60% et 70% de la longueur totale de l’aube (10), mesurée sur un axe longitudinal Y-Y’ à partir du pied (19) de l’aube. Aube (9, 10) selon la revendication 1, dans laquelle ledit au moins un capteur d’humidité (13) est placé dans une zone (Z2) à proximité de l’interface entre la mousse (12) et un joint (15). Aube (9, 10) selon la revendication 1, dans laquelle le moyen de transmission (14) est placé en surface extérieure de l’aube (10). Aube (9, 10) selon la revendication 1, dans laquelle le moyen de transmission (14) est placé dans un joint (15). Aube (9, 10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le moyen de transmission (14) est de type radio-étiquette métal. Aube (9, 10) selon la revendication 6, dans laquelle la radio-étiquette est passive. Aube (9, 10) selon la revendication 7, dans laquelle la radio-étiquette est configurée pour émettre des ondes électromagnétiques ultra haute fréquence ou haute fréquence. Soufflante (4) pour turbomachine (3) caractérisée en ce qu’elle comprend une pluralité d’aubes (9, 10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Turbomachine (3) caractérisée en ce qu’elle comprend une soufflante (4) selon la revendication 9 et/ou au moins une aube selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Aéronef caractérisé en ce qu’il comprend une turbomachine (3) selon la revendication 10, une soufflante (4) selon la revendication 9 et/ou au moins une aube selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé d’acquisition à distance d’un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur d’une aube selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de : - positionnement (E1) d’un lecteur (28) à une distance prédéterminée du moyen de transmission (14) ; - émission à distance (E2) d’une requête de lecture par le lecteur (28) au moyen de transmission (14) et, - transfert à distance (E3) dudit paramètre par le moyen de transmission (14) vers le lecteur (28). Procédé selon la revendication 12, dans lequel la distance prédéterminée entre le lecteur (28) et le moyen de transmission (14) est inférieure à 2m. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le lecteur (28) est de type radio-identification.