Brevet FR3134138A1 — publié le 20231006

L’invention concerne une pièce (10), notamment pour une turbomachine (100) d’aéronef, comportant : - un corps (40) creux délimitant une cavité interne en matériau composite réalisé à base de fibres noyées dans une résine, la cavité interne étant remplie d’un matériau de remplissage (43), - un capteur de fissuration (50) apte à détecter une fissuration de la pièce (10) entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, et comprenant un fil conducteur (51) agencé dans le matériau composite et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone (Z1) de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillée, et - un élément de liaison (60) relié au capteur de fissuration et configuré pour transmettre un signal (S) lorsqu’une fissuration est détectée en mesurant la résistance du fil et la comparant à un seuil prédéterminé. Figure pour l'abrégé : Figure 3 PIÈCE COMPOSITE, NOTAMMENT POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une pièce composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle pièce composite. Arrière-plan technique De manière connue, une turbomachine s’étendant selon un axe de turbomachine permet de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine et circulant d’amont en aval. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à l’axe de turbomachine orienté d’amont en aval. De même, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis selon une direction radiale définie par rapport à l’axe de la turbomachine. Par ailleurs, la turbomachine comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine pour entraîner en rotation le compresseur. La turbomachine comporte, en amont, une soufflante permettant d’accélérer le flux d’air de l’amont vers l’aval dans la turbomachine et comprenant des aubes s’étendant généralement dans un même plan transversal à l’axe de turbomachine. Les aubes peuvent être creuses afin de minimiser leur masse. Toutefois, afin de ne pas laisser un vide dans lequel des éléments solides (poussières) ou liquide (eau) peuvent s’installer, il est connu de remplir la pièce par un matériau de remplissage léger, mais non structural, également appelé mousse. Dans le cas des aubes en matériau composite (CMO), le matériau de remplissage est déposé après fabrication de la préforme en CMO. Cependant, le matériau composite et le matériau de remplissage ont des propriétés mécaniques différentes. Ainsi, à l‘usage c’est-à-dire soumis à des contraintes thermiques et mécaniques, il peut y avoir une décohésion, fissuration ou délaminage entre les deux matériaux. Une telle décohésion, fissuration ou délaminage peut également avoir lieu après démoulage de l’aube à cause de la dilatation thermique différente des deux matériaux. Un tel délaminage peut sanctionner la pièce comme non opérable puisque des modes vibratoires de peau peuvent modifier le profil aérodynamique de l’aube et avoir un effet majeur sur le rendement du moteur. Par conséquent, il est important de pouvoir détecter un délaminage ou la formation d’une fissure entre les deux matériaux. Ceci est réalisé par des méthodes conventionnelles non destructives, telles que l’observation visuelle, par mesure acoustique (contrôle ultrasonore) ou par tomographie à rayon X. Toutefois, l’observation visuelle est limitée aux défauts détectables à l’œil à la surface de la pièce. Ces méthodes conventionnelles ont l’inconvénient d’être longues à mettre en œuvre, pouvant notamment nécessiter plusieurs heures d’intervention pour une seule pièce. En outre, ces méthodes peuvent nécessiter de recourir à des appareils spécifiques et/ou sont difficiles à mettre en œuvre lorsque la pièce est montée sur le moteur. Également, la mise en place de telles méthodes est réalisée de façon périodique, définie au moment de la conception de la pièce, ou après un événement, en particulier lorsque l’on soupçonne la pièce d’avoir été impactée, notamment lors d’une inspection d’une aube suite à l’ingestion d’un FOD, acronyme anglais pour « Foreign Object Debris », désignant tout type de substance, de débris ou d’élément, mécanique ou non, totalement étranger à un aéronef mais pouvant lui causer des dommages. Cette inspection spécifique demande alors de démonter la pièce et de l’envoyer dans un centre agrée pour la réalisation de cette inspection, entrainant une non-disponibilité du moteur pendant l’inspection. L’invention a pour objectif de proposer une solution permettant de remédier à au moins certains de ces inconvénients. L’invention concerne une pièce, notamment pour une turbomachine d’aéronef, comportant un corps creux délimitant une cavité interne, le corps étant en matériau composite réalisé à base de fibres et noyées dans une résine et la cavité interne étant remplie d’un matériau de remplissage, la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comporte en outre : - au moins un capteur de fissuration apte à détecter une fissuration de la pièce entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, le capteur de fissuration comprenant au moins un fil conducteur agencé dans le matériau composite du corps et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillé, et - au moins un élément de liaison relié au capteur de fissuration et configuré pour transmettre un signal, en particulier à un organe extérieur à la pièce, lorsqu’une fissuration de la pièce est détectée, l’élément de liaison étant relié à des extrémités du fil conducteur et étant configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur et pour transmettre sans fil le signal, lorsque la résistance du fil conducteur mesurée est supérieure à un seuil prédéterminé. Ainsi, l’invention propose une pièce notamment en matériau composite dans laquelle sont intégrés un premier élément sensible, le capteur de fissuration, permettant de détecter la fissuration interne du composite, et un second élément, l’élément de liaison, connecté au premier élément et permettant ainsi de transférer l’information de la mesure par un moyen sans fil à un élément externe. Le fil conducteur de l’invention s’étendant entre les matériaux composites et de remplissage le long de toute la zone de la pièce dans laquelle on cherche à savoir s’il y a une fissuration, il permet de détecter la présence d’un tel délaminage ou fissuration sur un endroit quelconque de la pièce et l’élément de liaison permet de transmettre cette information. L’invention permet ainsi de pouvoir statuer sur l’opérabilité de la pièce par un moyen in-situ comprenant notamment le capteur de fissuration et l’élément de liaison. Par ailleurs, ce moyen est non destructif et ne nécessite pas de démonter la pièce. En outre, ce moyen a un impact sur la masse sur la pièce très réduit. D’autre part, l’élément de liaison permettant de mesurer la résistance du fil conducteur et de transmettre cette mesure à un organe extérieur à la pièce, est un moyen sans fil, permettant de faciliter la détection d’une formation d’une fissure et/ou d’un délaminage, notamment sur des pièces mobiles, telles que des aubes. Grâce notamment à la technologie RFID, on peut se passer des raccordements de fils et bénéficier d’une solution ayant un impact sur la masse très faible. De plus, l’intégration du capteur de fissuration et de l’élément de liaison au cœur de la pièce à l’interface entre les deux matériaux est réalisée de façon à ne pas modifier le nombre d’étapes de fabrication de la pièce. Le capteur de fissuration et l’élément de liaison sont localisés dans la pièce afin que les contraintes du procédé de fabrication soient les moins contraignantes possible et que leurs présences ne modifient pas le comportement que l’on souhaite caractériser. La pièce selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres selon toute combinaison techniquement possible : - le fil conducteur forme au moins une boucle en C et/ou en U selon une direction sensiblement parallèle à un interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ; - le fil conducteur forme au moins un maillage de boucles en C et/ou en U s’étendant entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ; - le fil conducteur présente une ondulation selon une direction sensiblement normale à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage ; - l’ondulation du fil conducteur comporte plusieurs alternances d’une courbe concave dans l’un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage et d’une courbe convexe dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage ; - les alternances de courbes concaves et convexes forment un maillage régulier dans un plan sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, deux courbes concaves consécutives étant séparées d’au moins 10 mm et deux courbes convexes consécutives étant séparées d’au moins 10 mm ; - l’ondulation présente une amplitude dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une amplitude dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm ; l’ondulation présente une longueur de fil conducteur dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une longueur de fil conducteur dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm ; - les fibres sont en carbone et le fil conducteur est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine ; - le fil conducteur a un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm ; - le fil conducteur est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages ; - l’élément de liaison comprend une étiquette RFID, notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz ; - l’élément de liaison est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur. L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant une pièce telle que décrite précédemment. Spécifiquement, la pièce étant une aube de soufflante et/ou un aubage fixe notamment du type OGV selon l’acronyme de l’expression anglaise « Outlet Guide Vane », la turbomachine comprend un carter de soufflante entourant l’aube de soufflante et portant un dispositif de lecture, tel qu’un lecteur RFID. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce telle que décrite précédemment, le procédé comprenant : a) une étape d’insertion consistant à insérer le fil conducteur partiellement dans un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage de sorte qu’au moins une portion libre de fil conducteur dépasse librement du matériau, le fil conducteur s’étendant le long de la zone dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée, b) une étape d’intégration de l’élément de liaison consistant à intégrer l’élément de liaison dans le matériau dans lequel est intégré le fil conducteur, et à le relier au fil conducteur de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur, et c) une étape d’intégration du fil conducteur consistant à intégrer le fil conducteur dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage, et à injecter une résine dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule, de façon à réaliser la pièce et à solidifier l’ensemble. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres selon toute combinaison techniquement possible : - le fil conducteur est inséré dans le matériau de remplissage au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de juxtaposition d’une préforme en matériau composite sur le matériau de remplissage du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur ; - le fil conducteur est inséré dans une préforme en matériau composite au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de dépôt du matériau de remplissage sur la préforme en matériau composite du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur ; - le fil conducteur est tissé avec les fibres de la préforme au cours de l’étape d’insertion. L’invention concerne également un procédé de détection d’une fissure et/ou d’un délaminage d’une pièce telle que décrite ci-dessus ou obtenue par le procédé tel que décrit ci-dessus. Spécifiquement, la pièce est une aube de soufflante et/ou un aubage fixe notamment du type OGV entourée par un carter de soufflante qui porte un dispositif de lecture dudit élément de liaison. Le procédé comprend une étape de réception par un dispositif de lecture des données de fissuration de la pièce mesurées par le capteur de fissuration intégré dans la pièce et transmises sans fil par l’élément de liaison intégré dans la pièce. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation, donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées et présentés en tant qu’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles : la est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine à laquelle l’invention s’applique; la est une vue schématique tridimensionnelle d’une pièce comportant un capteur de délaminage et un élément de liaison selon l’invention ; la est une vue en coupe de la pièce de la selon un plan perpendiculaire à un interface entre le corps en matériau composite et la mousse de la pièce ; la est une vue en coupe de la pièce de la selon l’interface entre le corps en matériau composite et la mousse de la pièce ; la est une vue en coupe d’un autre mode de réalisation de la pièce de la selon l’interface entre le corps en matériau composite et la mousse de la pièce ; la est une représentation schématique d’une étape de lecture de l’élément de liaison selon l’invention ; la est une représentation schématique en perspective d’une soufflante de turbomachine avec un élément de liaison et un dispositif de lecture selon l’invention ; la est un ordinogramme d’un procédé de détection d’un délaminage dans la pièce selon l’invention ; les figures 9a, 9b, 9c sont des représentations schématiques du principe de détection de la formation d’une fissure et/ou d’un délaminage sur une pièce selon l’invention ; la est un ordinogramme d’un procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention ; et les et sont des représentations schématiques du procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Pièce (10), notamment pour une turbomachine (100) d’aéronef, comportant un corps (40) creux délimitant une cavité interne, le corps étant en matériau composite réalisé à base de fibres (41) et noyées dans une résine et la cavité interne étant remplie d’un matériau de remplissage (43), la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comporte en outre : - au moins un capteur de fissuration (50) apte à détecter une fissuration de la pièce (10) entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, le capteur de fissuration (50) comprenant au moins un fil conducteur (51) agencé dans le matériau composite du corps et le matériau de remplissage et s’étendant dans une zone (Z1) de la pièce dans laquelle la présence d’une fissuration doit être surveillée, et - au moins un élément de liaison (60) relié au capteur de fissuration (50) et configuré pour transmettre un signal (S), en particulier à un organe extérieur (70) à la pièce (10), lorsqu’ une fissuration de la pièce (10) est détectée, l’élément de liaison (60) étant relié à des extrémités du fil conducteur (51) et étant configuré pour mesurer la résistance du fil conducteur (51) et pour transmettre sans fil le signal (S), lorsque la résistance du fil conducteur (51) mesurée est supérieure à un seuil prédéterminé. Pièce (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le fil conducteur (51) forme au moins une boucle en C et/ou en U selon une direction sensiblement parallèle à un interface (44) entre le matériau composite du corps (40) et le matériau de remplissage (43). Pièce (10) selon la revendication précédente 1 ou 2, dans laquelle le fil conducteur (51) forme au moins un maillage de boucles (52) en C et/ou en U s’étendant entre le matériau composite du corps (40) et le matériau de remplissage (43). Pièce (10) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le fil conducteur (51) présente une ondulation (53) selon une direction (Z) sensiblement normale à l’interface (44) entre le matériau composite du corps (40) et le matériau de remplissage (43). Pièce (10) selon la revendication précédente 4, dans laquelle l’ondulation (53) du fil conducteur comporte plusieurs alternances d’une courbe concave (54) dans l’un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage (43) et d’une courbe convexe (55) dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage. Pièce (10) selon la revendication précédente 5, dans laquelle les alternances de courbes concaves et convexes forment un maillage régulier dans un plan sensiblement parallèle à l’interface entre le matériau composite du corps et le matériau de remplissage, deux courbes concaves consécutives étant séparées d’au moins 10 mm et deux courbes convexes consécutives étant séparées d’au moins 10 mm. Pièce (10) selon l’une des revendications 4 à 6, dans laquelle l’ondulation (53) présente une amplitude (a) dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une amplitude (a) dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm. Pièce (10) selon l’une des revendications 4 à 7, dans laquelle l’ondulation présente une longueur de fil conducteur dans le matériau composite supérieure ou égale à 2 mm et une longueur de fil conducteur dans le matériau de remplissage supérieure ou égale à 2 mm. Pièce (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les fibres (41) sont en carbone et le fil conducteur (51) est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la résine. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) a un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le fil conducteur (51) est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages. Pièce (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de liaison (60) comprend une étiquette RFID (62), notamment configurée pour fonctionner à une fréquence comprise entre 860 et 960 MHz. Pièce (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de liaison (360) est configuré pour mesurer la résistance par une mesure « dite quatre points » sur le fil conducteur (51). Turbomachine (100) d’aéronef comprenant une pièce (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Turbomachine (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la pièce (10) est une aube (1) de soufflante (110) et/ou un aubage fixe et la turbomachine (100) comporte un carter (5) de soufflante (110) entourant l’aube (1) de soufflante et portant un dispositif de lecture (70). Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon l’une des revendications précédentes 1 à 13, le procédé comprenant : a) une étape d’insertion (S20) consistant à insérer le fil conducteur (51) partiellement dans un des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage de sorte qu’au moins une portion libre de fil conducteur dépasse librement du matériau, le fil conducteur (51) s’étendant le long de la zone (Z1) dans laquelle la présence d’une fissure ou d’un délaminage doit être surveillée, b) une étape d’intégration (S30) de l’élément de liaison (360) consistant à intégrer l’élément de liaison dans le matériau dans lequel est intégré le fil conducteur, et à le relier au fil conducteur (51) de façon à réaliser une mesure « dite quatre points » de la résistance du fil conducteur (51), et c) une étape d’intégration (S40) du fil conducteur consistant à intégrer le fil conducteur dans l’autre des matériaux parmi le matériau composite et le matériau de remplissage, et à injecter une résine dans l’ensemble formé par le matériau composite, le matériau de remplissage, le fil conducteur et l’élément de liaison préalablement disposé dans un moule, de façon à réaliser la pièce (10) et à solidifier l’ensemble. Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon la revendication 16, dans lequel le fil conducteur est inséré dans le matériau de remplissage au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de juxtaposition d’une préforme en matériau composite sur le matériau de remplissage du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur. Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon la revendication 16, dans lequel le fil conducteur est inséré dans une préforme en matériau composite au cours de l’étape d’insertion et l’étape d’intégration du fil conducteur comporte une étape de dépôt du matériau de remplissage sur la préforme en matériau composite du côté de la au moins une portion libre de fil conducteur. Procédé de fabrication d’une pièce (10) selon la revendication 18, dans lequel le fil conducteur est tissé avec les fibres de la préforme au cours de l’étape d’insertion. Procédé de détection d’une fissure et/ou d’un délaminage d’une pièce (10) selon l’une des revendications 1 à 13 ou obtenue par le procédé selon l’une des revendications 16 à 19, le procédé comprenant une étape de réception par un dispositif de lecture (70) des données de fissuration de la pièce (10) mesurées par le capteur de fissuration (50) intégré dans la pièce (10) et transmises sans fil par l’élément de liaison (60) intégré dans la pièce (10). Procédé de détection selon la revendication 20, dans lequel la pièce est une aube de soufflante et/ou un aubage fixe et est entourée par un carter de soufflante qui porte le dispositif de lecture dudit élément de liaison.