Brevet FR3128156A1 — publié le 20230421

Procédé de fabrication d’une aube comprenant une cavité renforcée L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube (300) en matériau composite ayant une cavité, comprenant au moins : - la réalisation d’un noyau (1 ; 2 ; 3 ; 4) ayant la forme de la cavité de l’aube (300) à fabriquer, ledit noyau comprenant une structure de renfort (10 ; 20 ; 30 ; 40) occupant seulement une partie du volume du noyau, le volume restant du noyau étant occupé par un matériau à caractère fugace (6), - la formation d’une peau en matériau composite autour du noyau (1 ; 2 ; 3 ; 4), et - l’élimination du matériau à caractère fugace (6) pour obtenir une aube (300) en matériau composite (300) ayant une cavité renforcée par la structure de renfort (10 ; 20 ; 30 ; 40). Figure pour l’abrégé : Fig. 11 Procédé de fabrication d’une aube comprenant une cavité renforcée La présente invention se rapporte au domaine général des aubes, hélices ou aubages en matériau composite ayant une cavité interne. Dans le domaine des moteurs aéronautiques, les aubes de turbomachines peuvent être réalisées en matériau composite afin d’acquérir une résistance équivalente ou supérieure au métal, mais une masse globale inférieure. En effet, l’amélioration des performances de la turbomachine, en particulier par rapport à la consommation, nécessite une diminution de masse. Dans le cas des aubes en matériau composite obtenues par tissage tridimensionnel, le matériau composite situé au cœur de l’aube n’a qu’une influence réduite sur les performances mécaniques de la pièce, alors qu’il compte pour une part non négligeable de la masse de l’aube. Ainsi, il est intéressant de fabriquer des aubes creuses, comprenant une peau en matériau composite obtenue par tissage tridimensionnel. Un tel procédé de fabrication est par exemple décrit dans le document US2015040396A1. Toutefois la présence d’une cavité à l’intérieur de l’aube peut être pénalisante, particulièrement dans le cas d’une aube longue et d’une cavité de taille importante. En effet, dans ce cas, les peaux fines en matériau composite de l’aube présentent des modes propres de vibration bas qui se rapprochent des modes propres du moteur en fonctionnement. Ainsi, les peaux fines en matériau composite peuvent se mettre à vibrer, voire à entrer en résonnance. En outre, la présence d’une cavité de taille importante à l’intérieur de l’aube diminue la résistance à la torsion et aux efforts aérodynamiques. La présente invention a pour but de proposer une solution qui permet de réaliser des aubes de turbomachine en matériau composite ayant une cavité interne renforcée, en remédiant aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine en matériau composite ayant une cavité, comprenant au moins : - la réalisation d’un noyau ayant la forme de la cavité de l’aube à fabriquer, ledit noyau comprenant une structure de renfort occupant seulement une partie du volume du noyau, le volume restant du noyau étant occupé par un matériau à caractère fugace, - la formation d’une peau en matériau composite autour du noyau, et - l’élimination du matériau à caractère fugace pour obtenir une aube en matériau composite ayant une cavité renforcée par la structure de renfort. Ainsi, la cavité de l’aube obtenue est renforcée par une structure de renfort, conférant à l’aube une meilleure résistance mécanique et diminuant les risques de vibration des peaux. En occupant un volume limité de la cavité de l’aube, la structure de renfort n’ajoute pas une masse trop importante à l’aube. Par « matériau à caractère fugace », on entend ici un matériau qui peut être éliminé mécaniquement, chimiquement ou thermiquement. Selon une caractéristique particulière de l’invention, la structure de renfort présente au moins en partie une architecture en treillis. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la structure de renfort comprend au moins un élément de soutien joignant deux parois de la cavité en regard l’une de l’autre. Cet élément de soutien peut par exemple prendre la forme d’une coque, d’une plaque ou d’un corps plein. Sur l’aube finale, ces éléments de soutien peuvent permettre de soutenir simultanément les deux peaux formant l’intrados et l’extrados de l’aube, de sorte à augmenter la résistance mécanique de l’aube et à limiter les risques de vibration des peaux. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’élément de soutien est positionné sur un ou plusieurs ventres des modes propres de vibration des parois de la cavité. En plaçant un ou plusieurs éléments de soutien sur les ventres des modes propres de vibration, on peut renforcer efficacement la cavité de l’aube ou de l’aubage avec des éléments de soutien réduits et légers. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’élément de soutien est un corps plein épousant la forme d’une partie de la cavité. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la structure de renfort comprend des protubérances en saillie vers l’extérieur du noyau. Ces protubérances en saillie assurent une meilleure liaison mécanique entre la structure de renfort et la peau en matériau composite de l’aube. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la peau en matériau composite est réalisée par l’injection d’une résine précurseur de matrice dans une préforme fibreuse recouvrant le noyau, le procédé comprenant en outre le traitement de ladite résine pour obtenir une peau comprenant un renfort fibreux densifié par ladite matrice. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la préforme fibreuse est réalisée par insertion du noyau dans une déliaison d’une ébauche fibreuse réalisée en une seule pièce par tissage tridimensionnel de fils. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la préforme fibreuse est obtenue par drapage de strates fibreuses autour du noyau. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la peau en matériau composite est réalisée par drapage de strates fibreuses pré-imprégnées d’une résine précurseur de matrice autour du noyau, le procédé comprenant en outre le traitement de ladite résine pour obtenir une peau comprenant un renfort fibreux densifié par ladite matrice. La est une vue schématique en trois dimensions d’une structure de renfort en treillis conformément à l’invention. La est une vue schématique en trois dimensions d’un noyau conformément à l’invention comprenant la structure de renfort de la . La est une vue schématique en trois dimensions d’une structure de renfort comprenant une coque conformément à l’invention. La est une vue schématique en trois dimensions d’un noyau conformément à l’invention comprenant la structure de renfort de la . La est une vue schématique en trois dimensions d’une structure de renfort comprenant une coque et un corps plein conformément à l’invention. La est une vue schématique en trois dimensions d’un noyau conformément à l’invention comprenant la structure de renfort de la . La est une vue schématique en trois dimensions d’une structure de renfort comportant un treillis, une coque et un corps plein conformément à l’invention. La est une vue schématique en trois dimensions d’un noyau conformément à l’invention comprenant la structure de renfort de la . La est une vue schématique en plan d’une ébauche fibreuse tissée destinée à la réalisation d’une aube par injection RTM conformément à un mode de réalisation de l’invention. La est une vue en coupe de l’ébauche fibreuse de la . La est une vue schématique d’une préforme fibreuse réalisée par l’insertion d’un noyau selon l’invention dans l’ébauche fibreuse des figures 9 et 10. La est une vue schématique en trois dimensions d’une aube réalisée à partir de la préforme fibreuse de la . Procédé de fabrication d’une aube (300) de turbomachine en matériau composite ayant une cavité, comprenant au moins : - la réalisation d’un noyau (1 ; 2 ; 3 ; 4) ayant la forme de la cavité de l’aube (300) à fabriquer, ledit noyau comprenant une structure de renfort (10 ; 20 ; 30 ; 40) occupant seulement une partie du volume du noyau, le volume restant du noyau étant occupé par un matériau à caractère fugace (6), - la formation d’une peau en matériau composite autour du noyau (1 ; 2 ; 3 ; 4), et - l’élimination du matériau à caractère fugace (6) pour obtenir une aube (300) en matériau composite (300) ayant une cavité renforcée par la structure de renfort (10 ; 20 ; 30 ; 40). Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la structure de renfort (10 ; 40) présente au moins en partie une architecture en treillis. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la structure de renfort (20 ; 30 ; 40) comprend au moins un élément de soutien (20 ; 31 ; 32 ; 41 ; 42) joignant deux parois de la cavité en regard l’une de l’autre. Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel l’élément de soutien (20 ; 31 ; 41) est positionné sur un ou plusieurs ventres des modes propres de vibration des parois de la cavité. Procédé de fabrication selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’élément de soutien (32 ; 42) est un corps plein épousant la forme d’une partie de la cavité. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la structure de renfort (10) comprend des protubérances (11) en saillie vers l’extérieur du noyau (1). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la peau en matériau composite est réalisée par l’injection d’une résine précurseur de matrice dans une préforme fibreuse (200) recouvrant le noyau (1), le procédé comprenant en outre le traitement de ladite résine pour obtenir une peau comprenant un renfort fibreux densifié par ladite matrice. Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel la préforme fibreuse (200) est réalisée par insertion du noyau (1) dans une déliaison (102) d’une ébauche fibreuse (100) réalisée en une seule pièce par tissage tridimensionnel de fils. Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel la préforme fibreuse est obtenue par drapage de strates fibreuses autour du noyau. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la peau en matériau composite est réalisée par drapage de strates fibreuses pré-imprégnées d’une résine précurseur de matrice autour du noyau, le procédé comprenant en outre le traitement de ladite résine pour obtenir une peau comprenant un renfort fibreux densifié par ladite matrice.