Brevet FR3127984A1 — publié le 20230414

Aube de turbine de turbomachine avec un effort de contact de prétorsion en fonctionnement auto-généré Aube (100) de turbine (1) d’une turbomachine comprenant une pale (110) s’étendant selon une première direction (Z) entre une extrémité intérieure et une extrémité extérieure, un pied solidaire de ladite extrémité intérieure, et un talon (120) solidaire de ladite extrémité extérieure et s’étendant, selon une deuxième direction (X) perpendiculaire à ladite première direction (Z), entre un bord amont (122) et un bord aval (123), et, selon une troisième direction (Y) orthogonale aux première et deuxième directions (Z, X), entre des premier et second bords latéraux (i124, 125), le premier bord latéral (124) ayant, dans un plan comprenant les deuxième et troisième directions (X, Y), une forme complémentaire à celle du second bord latéral (125). Le premier bord latéral (124) comprend une première portion (1241) s’étendant depuis le bord amont (122), et une seconde portion (1242) en saillie externe selon la troisième direction (Y) en formant un angle aigu (α 1 ) avec la première portion (1241). Figure pour l’abrégé : Fig. 5 Aube de turbine de turbomachine avec un effort de contact de prétorsion en fonctionnement auto-généré L’invention concerne les aubes mobiles d’une turbine de turbomachines, notamment des turbomoteurs aéronautiques ou des turbines industrielles, et plus particulièrement à des aubes mobiles à talon réalisées en matériau composite à matrice céramique, désigné ci-après par matériau CMC. L’invention s’applique notamment pour des aubes mobiles de turbine basse pression d’une turbomachine d’un aéronef, mais peut également s’appliquer pour des aubes mobiles d’autre module, des aubages fixes, des pièces multi-pales, à condition d’intégrer un talon ou une plateforme. Par aubes mobiles, on entend des aubes d’une roue à aubes qui tourne autour d’un axe de rotation. Dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers une turbomachine. On appelle également « axe de la turbomachine » ou « axe moteur », l'axe de rotation du rotor de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la turbomachine, et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Dans une turbomachine telle que représentée sur la , une turbine basse pression 4 récupère une partie de l'énergie issue de la combustion des gaz pour le fonctionnement de la soufflante, du compresseur et des accessoires de la turbomachine. Un des éléments constitutifs de la turbine basse pression 4 est le rotor 1 qui est un assemblage de disques et d'aubes 10 sur un arbre. Le rotor 1 comporte une pluralité d'étages d'aubes mobiles 10, les aubes mobiles étant agencées radialement autour de l'axe XX de rotation du rotor 1. Une aube mobile 10, telle que représentée sur la , comporte une pale 11 qui s'étend selon une direction radiale Z entre une extrémité proximale 10b (extrémité radialement interne) et une extrémité distale 10a (extrémité radialement externe) de l'aube 10. Autrement dit, la pale 11 s’étend selon une direction orthogonale à l’axe XX de rotation du rotor 1. La pale 11 comporte une face extrados (non visible sur la ) et une face d'intrados 43 reliées en amont par un bord d'attaque 48 et en aval par un bord de fuite 47. A l'extrémité proximale 10b de la pale 11, l'aube 10 comprend un pied 14 permettant de la fixer à un disque 3 du rotor 1, et plus particulièrement dans une alvéole complémentaire du disque 3. Le disque 3 comporte classiquement une pluralité d'alvéoles réparties radialement sur sa circonférence pour recevoir plusieurs pieds 14 d'aube 10. La pale 11 permet de récupérer les efforts des gaz traversant la turbomachine pour les transmettre au disque 3 du rotor 1. A l'extrémité distale 10a de la pale 11, l'aube 10 comporte une plateforme transversale 26, appelée plus couramment talon. Les aubes 10 de turbines sont classiquement sujettes à des excitations vibratoires en fonctionnement moteur. Une solution connue pour limiter les réponses et contraintes vibratoires est l’introduction d’une technologie de contact frottant entre les talons 26 des aubes 10 adjacentes, afin d’apporter de l’amortissement au système. Cette technologie est dite de pré-torsion ou « interlock » en anglais. Cette technologie se caractérise par une découpe spécifique des faces latérales du talon, avec une excroissance coté extrados, et une empreinte complémentaire coté intrados. Lors du montage, une mise en contact est générée sur ces motifs par le biais d’une déformée angulaire de la pale (= la prétorsion). Les vibrations de l’aube en fonctionnement induisent des glissements relatifs au niveau de cette zone de contact, qui, couplées aux pressions de contact, créent de l’amortissement par friction. L’amortissement apporté par la technologie dite de pré-torsion est fortement lié à la valeur de l’effort de contact inter-aubes. Un effort est classiquement installé par conception dès le montage, cependant, les formes des aubes déformées en fonctionnement et les déplacements relatifs des talons adjacents peuvent faire varier cet effort, notamment à haut régime où les sollicitations vibratoires sont exacerbées. Dans le cas d’une variation à la baisse, il est nécessaire d’amplifier l’effort au montage, ce qui se traduit par des sur-contraintes statiques induites. Ce cas de figure est particulièrement gênant pour des aubes en matériau CMC dont les admissibles mécaniques sont faibles, et peut même s’avérer bloquant. Pour illustrer cela, la présente plus précisément la partie supérieure de l'aube 10 et plus précisément une vue de dessus du talon 26 de l'aube 10 représentée en . Le talon 26 comporte une plateforme 28 présentant un becquet amont 281 et un becquet aval 282 s'étendant transversalement par rapport au sens d'écoulement des gaz (selon l'axe X). Les deux becquets 281 et 282 sont reliés entre eux par deux bords latéraux 283 et 284 présentant un profil dit en V, ou encore Z. La plateforme 28 présente un premier bord latéral 283 positionné du coté extrados de la pale 11 et un deuxième bord latéral 284 positionné du coté intrados de la pale 11. Pour différencier ces deux bords latéraux, on nommera par la suite « bord latéral extrados 283 » le bord latéral de la plateforme 28 situé coté extrados de la pale 11, et « bord latéral intrados 284» le bord latéral de la plateforme 28 situé coté intrados de la pale 11. Le talon 26 comporte en outre deux léchettes 30 et 31 faisant saillies par rapport à la plateforme 28 et s'étendant selon une direction transversale par rapport au sens d'écoulement des gaz (selon l'axe X). Les léchettes 30 et 31 assurent l'étanchéité par complémentarité avec un stator 2, visible sur la , lors du fonctionnement de la turbine basse pression 4. Lorsque les aubes mobiles 10 sont montées en couronne sur le disque 3, chaque plateforme 28 est en contact avec deux autres plateformes 28 de deux aubes 10 adjacentes, et plus précisément par contact des bords latéraux 283, 284 comme illustré sur la . La forme des plateformes 28 permet de mettre les aubes 10 mobiles en contrainte de torsion lorsque celles-ci sont en position sur le disque 3, notamment par la mise en appui d'une aube avec les aubes voisines au niveau des bords latéraux 283, 284 des plateformes 28. Cette mise en contrainte permet notamment d'amortir les vibrations auxquelles elles sont soumises en fonctionnement. Une particularité de l’état de la technique est le fait qu’en fonctionnement moteur, l’effort de contact inter-talon peut évoluer par rapport au cas montage. Cet effet peut être causé soit par la rotation naturelle de la pale (sens horaire ou antihoraire), soit par le mouvement relatif des talons adjacents (rapprochement ou écartement). Dans le cas d’une variation de l’effort de contact inter-talon à la baisse, il est nécessaire d’amplifier l’effort au montage pour viser l’effort cible à haut régime où l’on cherche à amortir. Cette adaptation se traduit par des sur-contraintes statiques. Le problème principal est rencontré dans le cas d’aubes en matériau CMC, du fait des admissibles mécaniques faibles sur cette famille de matériau qui rendent les aubes peu tolérantes à la prétorsion. Ainsi, pour une aube en CMC, une forte prétorsion au montage induit des contraintes statiques fortes au regard de l’admissible, et parfois même au-delà. A noter également que le CMC se dilate trois fois moins que les matériaux métalliques usuels pour les aubes. Cela se traduit par un écartement des talons adjacents à chaud, et donc, pour la configuration de l’état de l’art, à une diminution de l’effort de contact en fonctionnement. L'invention vise à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et à passer outre les difficultés mentionnées ci-dessus en proposant des aubes de turbine de turbomachine présentant des topologies de contacts inter-talon permettant d’augmenter naturellement l’effort de contact en fonctionnement du moteur, et particulièrement à régime élevé où les sollicitations vibratoires sont les plus importantes. Un objet de l’invention propose une aube d’une turbomachine, l’aube comprenant une pale s’étendant selon une première direction entre une extrémité intérieure et une extrémité extérieure, un pied d’aube solidaire de l’extrémité intérieure de la pale, et un talon solidaire de l’extrémité extérieure de la pale, le talon comportant une plateforme délimitée, d’une part, selon une deuxième direction perpendiculaire à ladite première direction par un bord amont et un bord aval, et, d’autre part, selon une troisième direction orthogonale à la première direction et à la deuxième direction par un premier bord latéral et un second bord latéral, le premier bord latéral ayant, dans un plan comprenant la deuxième et la troisième directions, une forme complémentaire de la forme du second bord latéral. Selon une caractéristique générale de l’invention, le premier bord latéral comprend une première portion s’étendant depuis le bord amont ou le bord aval, et une seconde portion en saillie externe selon la troisième direction en formant un angle aigu avec la première portion, et le second bord latéral comprend une forme complémentaire à celle du premier bord latéral pour coopérer par emboîtement avec un premier bord latéral d’une aube identique à ladite aube. Le second bord latéral ayant une forme complémentaire à celle du premier bord latéral, il comprend donc une première portion de second bord latéral s’étendant depuis le bord amont ou le bord aval, et une seconde portion de second bord latéral en saillie interne selon la troisième direction en formant un angle aigu avec ladite première portion de second bord latéral. L’invention offre ainsi une technologie d’aube mobile permettant d’auto-générer l’effort de contact nécessaire à haut régime, afin de s’astreindre d’un surdimensionnement de cet effort au montage et à bas régime, surdimensionnement particulièrement sévère pour la tenue statique des aubes en CMC. En effet, lorsqu’une première et une seconde aubes adjacentes sont emboîtées l’une avec l’autre, la seconde portion du premier bord latéral de la première aube, autrement dit la portion en saillie externe, s’emboite dans la seconde portion du second bord latéral de la seconde aube, c’est-à-dire dans la portion en saillie interne de la seconde aube. L’angle aigu formé entre la première portion et la seconde portion du premier bord latéral de la première aube coopère avec l’angle aigu formé entre la première portion et la seconde portion du second bord latéral de la seconde aube pour coincer les deux aubes ensembles. Les talons des deux aubes sont ainsi maintenus ensembles par contact notamment lorsque des mouvements relatifs tendent à séparer les deux talons selon la troisième direction. En outre, la première portion du premier bord latéral et le bord amont ou le bord aval forment préférentiellement un autre angle compris entre 65° et 115°. Autrement dit, la première portion du premier bord latéral s’étend depuis le bord amont ou le bord aval en formant un angle compris entre 65° et 115°, par exemple un angle de 90°. Selon un premier aspect de l’aube, ledit bord aval peut s’étendre parallèlement audit bord amont et posséder une longueur, selon la troisième direction, identique à celle dudit bord amont, ledit bord aval comportant une première extrémité et une seconde extrémité et ledit bord amont comportant une première extrémité et une seconde extrémité, la première extrémité dudit bord aval étant située, selon la troisième direction, entre les première et seconde extrémités dudit bord amont, la seconde extrémité dudit bord amont étant située, selon la troisième direction, entre les première et seconde extrémités dudit bord aval. Le décalage entre le bord amont et le bord aval permet de suivre la courbure de la pale. Selon un deuxième aspect de l’aube, le premier bord latéral peut comprendre un profil en Z et le second bord latéral peut comprendre un profil en Z complémentaire du profil en Z du premier bord latéral. Le profil en Z permet de former un angle aigu du premier bord latéral ouvert en regard du bord aval de l’aube. L’orientation de l’angle aigu du premier bord latéral est ainsi adaptée pour une configuration d’aube avec une torsion naturelle de la pale dans le sens antihoraire que les aubes se rapprochent ou s’éloignent l’une de l’autre lors du fonctionnement de la roue à aubes sur laquelle l’aube est montée. Selon un troisième aspect de l’aube, la première portion du premier bord latéral peut s’étendre depuis ledit bord aval entre une extrémité aval de la première portion solidaire du bord aval et une extrémité amont de la première portion, et la seconde portion du premier bord latéral peut comprendre un premier tronçon et un second tronçon, ledit premier tronçon s’étendant depuis ledit bord amont entre une extrémité amont du premier tronçon solidaire dudit bord amont et une extrémité aval du premier tronçon, et ledit second tronçon s’étendant entre ladite extrémité aval dudit premier tronçon et ladite extrémité amont de ladite première portion, ledit second tronçon formant un premier angle aigu avec ladite première portion et un second angle aigu avec ledit premier tronçon. Selon un quatrième aspect de l’aube différent du deuxième et troisième aspects, la première portion du premier bord latéral peut s’étendre depuis ledit bord amont entre une extrémité amont de la première portion solidaire dudit bord amont et une extrémité aval de la première portion, et la seconde portion peut comprendre une première partie s’étendant en saillie externe selon la troisième direction depuis l’extrémité aval de la première portion en formant un angle aigu avec la première portion, et une seconde partie entre ledit bord aval et la première partie, la seconde partie dudit premier bord latéral étant située, selon la troisième direction, entre les première et seconde extrémités dudit bord amont. Ce profil permet de former un angle aigu du premier bord latéral ouvert en regard du bord amont de l’aube cette fois. L’orientation de l’angle aigu du premier bord latéral est ainsi adaptée pour une configuration d’aube avec une torsion naturelle de la pale dans le sens antihoraire que les aubes se rapprochent ou s’éloignent l’une de l’autre lors du fonctionnement de la roue à aubes sur laquelle l’aube est montée. Selon un cinquième aspect de l’aube, l’aube peut être en matériau composite à matrice céramique. Selon un sixième aspect de l’aube, l’aube peut être une aube mobile pour une roue à aubes mobile de turbine de turbomachine. L’invention a également pour objet, une turbine de turbomachine comprenant une roue mobile à aubes montée en rotation autour d’un axe central, la roue à aubes comprenant une couronne annulaire d’aubes telles que définies ci-dessus. L’invention a également pour objet, une turbomachine comprenant une turbine de turbomachine telle que définie ci-dessus. L’invention a aussi pour objet, un aéronef comprenant au moins une turbomachine telle que définie ci-dessus. La , déjà décrite, est une vue schématique d’une portion de turbine basse pression d’une turbomachine selon l’état de la technique. La , déjà décrite, est une vue en perspective d’une aube mobile de la turbine basse pression de la . La , déjà décrite, est une vue schématique de dessus de l’aube mobile illustrée sur la . La , déjà décrite, est une vue schématique en perspective de la partie supérieure d’une portion de couronne assemblée de la turbine basse pression de la . La présente une vue schématique en coupe d’une aube selon un premier mode de réalisation de l’invention. La présente une vue schématique en coupe d’un assemblage d’aubes de la . La présente une vue schématique en coupe d’une aube selon un second mode de réalisation de l’invention. La présente une vue schématique en coupe d’un assemblage d’aubes de la . Aube (100, 200) de turbomachine, l’aube (100, 200) comprenant une pale (110) s’étendant selon une première direction (Z) entre une extrémité intérieure et une extrémité extérieure, un pied d’aube solidaire de l’extrémité intérieure de la pale (110), et un talon (120, 220) solidaire de l’extrémité extérieure de la pale (110), le talon (120, 220) comportant une plateforme (121, 221) délimitée, selon une deuxième direction (X) perpendiculaire à ladite première direction (Z), par un bord amont (122) et un bord aval (123), et délimitée, selon une troisième direction (Y) orthogonale à la première direction (Z) et à la deuxième direction (X), par un premier bord latéral (124, 224) et un second bord latéral (125, 225), le premier bord latéral (124, 224) ayant, dans un plan comprenant la deuxième et la troisième directions (X, Y), une forme complémentaire de la forme du second bord latéral (125, 225), caractérisée en ce que le premier bord latéral (124, 224) comprend une première portion (1241, 2241) s’étendant depuis le bord amont (122) ou le bord aval (123), et une seconde portion (1242, 2242) en saillie externe selon la troisième direction (Y) en formant un angle aigu (α, α 1 , α 2 ) avec la première portion (1241, 2241), et le second bord latéral (125, 225) comprend une forme complémentaire à celle du premier bord latéral (124, 224) pour coopérer par emboîtement avec un premier bord latéral (124, 224) d’une aube identique à la dite aube (100, 200). Aube (100, 200) selon la revendication 1, dans laquelle ledit bord aval (123) s’étend parallèlement audit bord amont (122) et possède une longueur, selon la troisième direction (Y), identique à celle dudit bord amont (122), ledit bord aval (123) comportant une première extrémité (1231) et une seconde extrémité (1232) et ledit bord amont (122) comportant une première extrémité (1221) et une seconde extrémité (1222), la première extrémité (1231) dudit bord aval (123) étant située, selon la troisième direction (Y), entre les première et seconde extrémités (1221, 1222) dudit bord amont (122), la seconde extrémité (1222) dudit bord amont (122) étant située, selon la troisième direction (Y), entre les première et seconde extrémités (1231, 1232) dudit bord aval (123). Aube (200) selon la revendication 2, dans laquelle le premier bord latéral (224) comprend un profil en Z et le second bord latéral (225) comprend un profil en Z complémentaire du profil en Z du premier bord latéral (224). Aube (200) selon la revendication 3, dans laquelle la première portion (2241) du premier bord latéral (224) s’étend depuis ledit bord aval (123) entre une extrémité aval (2244) de la première portion (2241) solidaire du bord aval (123) et une extrémité amont (2243) de la première portion (2241), et la seconde portion (2242) du premier bord latéral (224) comprend un premier tronçon (2246) et un second tronçon (2245), ledit premier tronçon (2246) s’étendant depuis ledit bord amont (122) entre une extrémité amont (2246a) du premier tronçon (2246) solidaire dudit bord amont (122) et une extrémité aval (2246b) du premier tronçon (2246), et ledit second tronçon (2245) s’étendant entre ladite extrémité aval (2246b) dudit premier tronçon (2246) et ladite extrémité amont (2243) de ladite première portion (2241), ledit second tronçon (2245) formant un premier angle aigu (α 1 ) avec ladite première portion (2241) et un second angle aigu (α 2 ) avec ledit premier tronçon (2246). Aube (100) selon la revendication 2, dans laquelle la première portion (1241) du premier bord latéral (124) s’étend depuis ledit bord amont (122) entre une extrémité amont (1243) de la première portion (1241) solidaire dudit bord amont (122) et une extrémité aval (1244) de la première portion (124), et la seconde portion (1242) comprend une première partie (1245) s’étendant en saillie externe selon la troisième direction (Y) depuis l’extrémité aval (1244) de la première portion (1241) en formant un angle aigu (α 1 ) avec la première portion (1241), et une seconde partie (1246) s’étendant entre ledit bord aval (123) et la première partie (1245), la seconde partie (1246) dudit premier bord latéral (124) étant située, selon la troisième direction (Y), entre les première et seconde extrémités (1221, 1222) dudit bord amont (122). Aube (100, 200) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle l’aube (100, 200) est en matériau composite à matrice céramique. Aube (100, 200) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle l’aube (100, 200) est une aube mobile pour une roue à aubes mobile de turbine de turbomachine. Turbine (1) de turbomachine comprenant une roue mobile à aubes montée en rotation autour d’un axe central, la roue à aubes comprenant une couronne annulaire d’aubes (100, 200) selon l’une des revendications 1 à 7. Turbomachine comprenant une turbine (1) selon la revendication 8. Aéronef comprenant au moins une turbomachine selon la revendication 9.