Brevet FR3128658A1 — publié le 20230505

Fabrication d’une préforme d’une partie d’aube ou d’hélice par enroulement d’une texture obtenue par tissage en forme L’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse d’une partie d’aube ou d’hélice de turbomachine comprenant au moins un pied de fixation prolongé par une portion de montage d’un profil aérodynamique, le procédé comprenant au moins l’enroulement d’une texture fibreuse (12) obtenue par tissage en forme sur un substrat de section évolutive présentant au moins une première région de surépaisseur à la forme du pied de fixation et une deuxième région à la forme de la portion de montage du profil aérodynamique. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Fabrication d’une préforme d’une partie d’aube ou d’hélice par enroulement d’une texture obtenue par tissage en forme La présente invention concerne la fabrication d’une préforme d’une partie d’aube ou d’hélice présentant une épaisseur évolutive dans laquelle un tissage en forme est utilisé pour former la texture fibreuse qui va être enroulée sur un substrat présentant la forme à obtenir. L’invention vise également des procédés de fabrication de pièces en matériau composite associés. Des parties d’hélice de turbopropulseur ayant un pied de fixation présentant une surépaisseur, dit « pied bulbe » ou « pied tulipe », prolongé par un longeron sur lequel un profil aérodynamique est destiné à être emmanché peuvent être obtenues en superposant des couches de tresses fibreuses autour d’un mandrin en mousse. Avec cette méthode, on peut constater des déviations par rapport à ce qui est attendu pour les orientations des fibres notamment dans les zones de variation de diamètre de la pièce ce qui peut affecter les performances mécaniques. Il peut, en outre, être recherché d’augmenter la quantité de fibres selon l’axe longitudinal de l’hélice à obtenir. La tresseuse ne pouvant stocker qu’une quantité limitée de fibres axiales, il peut être recouru à un drapage manuel de couches fibreuses unidirectionnelles supplémentaires durant le tressage, ce qui rallonge et complexifie le procédé. A cela peuvent s’ajouter des opérations de pré-compaction intermédiaires pour limiter le foisonnement de la préforme ainsi construite, avant sa mise en moule pour l’injection de résine par technique de moulage par transfert de résine. Il est, par conséquent, souhaitable de disposer de procédés de fabrication de parties d’hélices, et également d’aubes, de turbopropulseur qui permettent de s’affranchir des inconvénients associés à la technique de tressage sur un mandrin. L’invention propose un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse d’une partie d’aube ou d’hélice de turbomachine comprenant au moins un pied de fixation prolongé par une portion de montage d’un profil aérodynamique, le procédé comprenant au moins : - l’enroulement d’une texture fibreuse, obtenue par tissage en forme, sur un substrat de section évolutive présentant au moins une première région de surépaisseur à la forme du pied de fixation et une deuxième région à la forme de la portion de montage du profil aérodynamique. L’invention propose de réaliser par technique de tissage en forme (technique désignée par « contour weaving » en anglais) la texture qui est destinée à être enroulée pour former la préforme de la partie de l’aube ou de l’hélice. Le tissage en forme est une technique connue en soi pour l’obtention d’autres types de pièces et met en œuvre un mandrin d’appel en sortie du métier à tisser qui présente une forme non cylindrique de sorte à appeler la texture avec une longueur locale de fils circonférentiels au mandrin d’appel (correspondant aux fils de chaîne) adaptée pour permettre à la texture d’épouser lors de l’enroulement la forme du substrat sans déformation de celle-ci. L’invention permet ainsi de s’affranchir des inconvénients associés à la technique de tressage pour réaliser une partie de pièce de forme complexe et obtenir les orientations fibreuses souhaitées même dans les zones de variation d’épaisseur. L’invention permet également une cadence de production élevée et présente un coût de mise en œuvre maîtrisé en ne nécessitant pas d’usinage complexe mais seulement un éventuel détourage après formation de la matrice. Dans un exemple de réalisation, la texture fibreuse est co-enroulée sur le substrat avec une nappe multiaxiale présentant des fibres orientées différemment des fibres de la texture fibreuse. Dans ce cas, la nappe multiaxiale peut être présente sur tout ou partie de l’enroulement de la texture fibreuse comme il sera rappelé plus bas. Une telle caractéristique permet avantageusement d’améliorer la tenue en cisaillement de la pièce obtenue. En particulier, la nappe multiaxiale peut comprendre au moins une première couche fibreuse unidirectionnelle orientée à +45° par rapport à un axe longitudinal du substrat, superposée à au moins une deuxième couche fibreuse unidirectionnelle orientée à -45° par rapport à l’axe longitudinal du substrat. Dans un exemple de réalisation, le pied de fixation de la préforme fibreuse est axisymétrique. Dans un exemple de réalisation, la texture est obtenue par tissage en forme en utilisant un mandrin d’appel en sortie de métier à tisser distinct du substrat et ayant au moins une première zone d’appel de fils ayant un premier rayon et une deuxième zone d’appel de fils ayant un deuxième rayon, le premier rayon étant supérieur au deuxième rayon, les fils appelés sur la première zone étant enroulés sur la première région du substrat et ceux appelés sur la deuxième zone étant enroulés sur la deuxième région du substrat. Une telle caractéristique permet avantageusement de favoriser la proportion de fils de chaîne en sens circonférentiel sur le pied de fixation, ce qui améliore la tenue de la pièce aux sollicitations rencontrées en fonctionnement. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention si, en variante, la proportion de fils de trame est favorisée. De façon générale, le rapport chaîne / trame est déterminé selon les zones de la pièce en fonction des sollicitations. Dans un exemple de réalisation, le tissage en forme de la texture et son enroulement sur le substrat sont réalisés en continu. Une telle caractéristique permet avantageusement d’augmenter davantage encore la cadence de production. Dans un exemple de réalisation, le substrat est obtenu par tissage tridimensionnel. Dans ce cas, le substrat forme une partie structurale qui est destinée à rester dans l’hélice ou l’aube montée dans la turbomachine afin d’améliorer ses performances mécaniques. L’invention vise également un procédé de fabrication d’une partie d’aube ou d’hélice de turbomachine en matériau composite, comprenant au moins : - la fabrication d’une préforme fibreuse de la partie d’aube ou d’hélice de turbomachine par mise en œuvre d’un procédé tel que décrit plus haut, et - la formation d’une matrice dans une porosité de la préforme fibreuse ainsi obtenue. L’invention vise également un procédé de fabrication d’une aube ou d’une hélice de turbomachine en matériau composite, comprenant au moins : - la formation d’une préforme fibreuse de la partie d’aube ou d’hélice de turbomachine telle que décrite plus haut, - le positionnement d’une préforme fibreuse d’un profil aérodynamique sur la portion de montage, et - la co-densification de la préforme fibreuse de la partie d’aube ou d’hélice de turbomachine et de la préforme fibreuse du profil aérodynamique positionnée sur cette préforme afin d’obtenir l’aube ou l’hélice de turbomachine. Dans un exemple de réalisation, on obtient une aube de soufflante, par exemple une aube de soufflante à calage variable, mais l’invention n’est pas limitée à cet exemple comme il sera décrit plus bas. La représente, de manière schématique et en perspective, un exemple de préforme de partie d’aube ou d’hélice de turbomachine pouvant être obtenue par mise en œuvre de l’invention. La représente, de manière schématique, une coupe longitudinale de la préforme de la avec emmanchement d’une préforme de profil aérodynamique. La représente, de manière schématique, la formation de la texture fibreuse par tissage en forme en vue de former la préforme de la . La représente une coupe longitudinale du mandrin d’appel utilisé en . La représente, de manière schématique, le co-enroulement de la texture fibreuse formée par tissage en forme selon la avec une nappe multiaxiale. La représente un détail de la nappe multiaxiale. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse (1) d’une partie d’aube ou d’hélice de turbomachine comprenant au moins un pied de fixation (3) prolongé par une portion de montage (5) d’un profil aérodynamique, le procédé comprenant au moins : - l’enroulement d’une texture fibreuse (12), obtenue par tissage en forme, sur un substrat (20) de section évolutive présentant au moins une première région de surépaisseur à la forme du pied de fixation et une deuxième région à la forme de la portion de montage du profil aérodynamique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la texture fibreuse (12) est co-enroulée sur le substrat (20) avec une nappe multiaxiale (22) présentant des fibres (22a ; 22b) orientées différemment des fibres de la texture fibreuse. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la nappe multiaxiale (22) comprend au moins une première couche fibreuse unidirectionnelle (22a) orientée à +45° par rapport à un axe longitudinal du substrat, superposée à au moins une deuxième couche fibreuse unidirectionnelle (22b) orientée à -45° par rapport à l’axe longitudinal (X20) du substrat (20). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le pied de fixation (3) de la préforme fibreuse (1) est axisymétrique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la texture (12) est obtenue par tissage en forme en utilisant un mandrin d’appel (14) en sortie de métier à tisser distinct du substrat (20) et ayant au moins une première zone (15) d’appel de fils ayant un premier rayon (R1) et une deuxième zone (19) d’appel de fils ayant un deuxième rayon (R2), le premier rayon étant supérieur au deuxième rayon, les fils appelés sur la première zone étant enroulés sur la première région du substrat et ceux appelés sur la deuxième zone étant enroulés sur la deuxième région du substrat. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le tissage en forme de la texture (12) et son enroulement sur le substrat (20) sont réalisés en continu. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le substrat (20) est obtenu par tissage tridimensionnel. Procédé de fabrication d’une partie d’aube ou d’hélice de turbomachine en matériau composite, comprenant au moins : - la fabrication d’une préforme fibreuse (1) de la partie d’aube ou d’hélice de turbomachine par mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, et - la formation d’une matrice dans une porosité de la préforme fibreuse ainsi obtenue. Procédé de fabrication d’une aube ou d’une hélice de turbomachine en matériau composite, comprenant au moins : - la formation d’une préforme fibreuse (1) de la partie d’aube ou d’hélice de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, - le positionnement d’une préforme fibreuse (7) d’un profil aérodynamique sur la portion de montage (5), et - la co-densification de la préforme fibreuse de la partie d’aube ou d’hélice de turbomachine et de la préforme fibreuse du profil aérodynamique positionnée sur cette préforme afin d’obtenir l’aube ou l’hélice de turbomachine. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on obtient une aube de soufflante.