Brevet FR3132862A1 — publié le 20230825

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine comportant une enveloppe annulaire (30) et au moins une cartouche annulaire (4) qui est disposée à l’intérieur de l’enveloppe (30), le procédé comprend les étapes suivantes : a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse (40) dans une première empreinte annulaire (90) d’un moule (9), cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former une cartouche (4), b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse (300) dans une seconde empreinte annulaire (91) du moule (9), sur et autour de ladite première préforme (40), cette seconde préforme comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe (30), c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses (40, 300) de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde la résines polymériques, et d) démouler le carter (3) ainsi obtenu. Figure pour l'abrégé : Fig. 7b PROCEDE DE FABRICATION D’UN CARTER DE TURBOMACHINE ET MOULE DE FABRICATION MISE EN ŒUVRE DANS UN TEL PROCEDE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine des carters de turbomachine, en particulier d’aéronef. La présente invention concerne particulièrement la fabrication d’un carter pour une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un moule de fabrication pour la mise en œuvre de ce procédé. Arrière-plan technique De façon classique, une turbomachine, en particulier d’aéronef, comprend d’amont en aval (c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz), une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines et une tuyère d’éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines. La illustre schématiquement et partiellement une soufflante 1 d’une turbomachine 10. La soufflante 1 comprend une roue à aubes 2 qui est entourée par un carter 3 de soufflante, encore appelé carter de rétention du fait de sa fonction de rétention des aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d’entrée de débris dans la soufflante. Comme cela est visible sur la , le carter de soufflante 3 comprend typiquement une enveloppe annulaire 30 d’axe de révolution A qui s’étend autour des aubes 2 de soufflante de la turbomachine. Le carter 3 comprend une bride annulaire de fixation 31, 32 à chacune des extrémités axiales de l’enveloppe annulaire 30. Ces brides 31,32 sont utilisées pour fixer le carter 3 à des parois annulaires d’une nacelle de la turbomachine 10. En référence à la , le carter de soufflante 3 est lié d’une part à une manche d’entrée d’air 6a, et d’autre part, à une virole de carter intermédiaire 6b de la turbomachine. Il porte également des panneaux acoustiques amont 7 (aussi appelée OPB pour « One Piece Barrel », ce qui signifie « fût en une pièce) situés en amont des aubes de la soufflante, un panneau médian 4 situé en regard des aubes de soufflante et des panneaux acoustiques aval 8 situés en aval des aubes de la soufflante. Le panneau médian 4 (ou désigné par cartouche ci-après) supporte une couche annulaire 5 de matière abradable contre laquelle les extrémités radialement externes des aubes sont destinées à frotter en fonctionnement. Le panneau médian est appelé « cartouche abradable » 4 ou « cartouche annulaire » 4 dans la suite de la demande. La cartouche abradable 4 peut comprend un corps annulaire soit en continu soit d’un ou plusieurs secteurs. La cartouche abradable 4 peut être pleine ou présentant une structure en nid d’abeille. Cette cartouche abradable 4 est destinée à être fixée par collage sur la surface interne 34 de l’enveloppe 30. En plus de la fonction de rétention, le carter de soufflante 3 est également conçu pour : - assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d’entrée d’air 6a et la virole de carter intermédiaire 6b ; - permettre la fixation des panneaux d’une veine aérodynamique délimitée par la cartouche abradable 4, la zone des panneaux acoustiques amont 7 et la zone des panneaux acoustiques aval 8 assurant ainsi une continuité de la veine aérodynamique ; - permettre la fixation d’équipements et de supports connus en soi ; - tenir les spécifications de règlementation au feu et aux fuites ; - permettre la continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc. L’enveloppe annulaire 30 et la cartouche abradable 4 sont deux pièces distinctes du carter 3, et sont par conséquent réalisées par des techniques différentes, dans des différents outillages et par différents opérateurs. Il est connu de fabriquer l’enveloppe 30 du carter 3 en matériau composite à partir de fibres tissées et noyées dans une résine polymérique. Le procédé de fabrication peut être du type moulage par injection de résine « RTM » (acronyme anglais de « Resin Transfert Molding ») ou une injection flexible (connue sous le terme anglophone « Polyflex ») qui sont des procédés de fabrication par moulage liquide « LCM » (acronyme anglais de « Liquid composite molding »). De manière classique, les fibres sont tissées en trois dimensions et forment une préforme fibreuse qui est insérée dans une cavité d’un premier moule entre deux demi-coquilles, avant injection de la résine. La polymérisation de la résine est réalisée en maintenant fermées les deux demi-coquilles. Selon la cadence de production souhaitée, la polymérisation est réalisée à température ambiante ou par chauffage. L'utilisation d'un tel procédé est particulièrement avantageuse car il permet de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique, tout en présentant une résistance mécanique au moins équivalente sinon supérieure. La ou les cartouches abradable 4 sont quant à elles réalisées dans un second moule spécifique et distinct du premier moule. Enfin, les cartouches abradable 4 (généralement au nombre de cinq) sont usinées à façon, puis elles sont collées autour de la surface annulaire interne 34 de l’enveloppe 30. La couche annulaire 5 de matière abradable peut être déposée directement sur la cartouche abradable 4, et étalée manuellement. Puis la couche annulaire 5 de matière abradable est usinée après polymérisation de cette couche 5. Cette méthode actuelle de fabrication du carter 3 présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, la fabrication de l’enveloppe annulaire 30 et de la cartouche abradable 4, qui sont des pièces de grandes dimensions, dans des moules différents amènent des tolérances géométriques non compatibles à leur montage. L’enveloppe 30 réalisée doit être mesurée, puis la cartouche abradable 4 doit être usinée à façon, afin d’assurer un jeu minime pour assurer un bon accostage des deux pièces lors de leurs assemblage. Cependant, des erreurs d’usinage peuvent se produire en production et amènent à rebuter la cartouche abradable viable pour incompatibilité de montage. S’ajoute à cela, une épaisseur de colle optimale (environ de 300µm +/- 100µm) pour assurer un collage correct de la ou des cartouches abradable sur l’enveloppe annulaire. Cette opération de collage peut être aussi difficile à mettre en place et générer un surcoût : - la ou les cartouches abradable doivent être usinées en fonction des dimensions de l’enveloppe sur laquelle elles vont être collées, nécessitant une étape de prise de cote et un usinage individuelle de chaque cartouche abradable, - la mise en place de la ou des cartouches abradable nécessite un outillage spécifique et supplémentaire de maintien de ces derniers sur l’enveloppe; - une grande quantité de consommables peut être nécessaire pour le collage, tels qu’une colle, bâche à vide, tissus techniques absorbant (par exemple molleton, tissus d’arrachage, démoulant, etc.), - le cycle de cuisson permettant la polymérisation de la colle nécessite l’utilisation d’un autoclave, - la mise en œuvre de ces différentes étapes nécessite donc plusieurs dizaines d’heures, plusieurs opérateurs et une logistique lourde de production. Il existe par conséquent un besoin pour simplifier et améliorer la réalisation d’un carter de turbomachine, tout en conservant les fonctionnalités du carter. La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients précités en proposant une solution qui est simple, efficace et économique. A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’un carter de turbomachine, en particulier d’aéronef, ce carter comportant une enveloppe annulaire s’étendant autour d’un axe A et au moins une cartouche annulaire qui est disposée à l’intérieur de l’enveloppe annulaire et qui recouvre une surface annulaire interne d’un tronçon intermédiaire de l’enveloppe, ladite enveloppe et ladite au moins une cartouche annulaire étant réalisées dans des matériaux composites comportant des fibres tissées et noyées dans des résines polymériques. Selon l’invention, le procédé comporte les étapes consistant à : a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse dans une première empreinte annulaire d’un moule, cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former la cartouche annulaire, b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse dans une seconde empreinte annulaire du moule, sur et autour de ladite première préforme, cette seconde préforme comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe annulaire, c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde résines polymériques, et d) démouler le carter ainsi obtenu. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En effet, le procédé selon l’invention combine en un seul outillage la réalisation de l’enveloppe annulaire du carter et de la cartouche abradable sous forme d’un corps annulaire continu. Les différentes cartouches abradable de l’art antérieur sont donc formées en un anneau unique qui est directement réalisé sur l’enveloppe annulaire du carter. Pour cela, le moule présente deux empreintes annulaires spécifiques dans lesquelles sont réalisées distinctement la cartouche annulaire d’abradable et l’enveloppe annulaire du carter. En outre, le procédé selon l’invention offre les avantages suivants : - supprimer les étapes d’usinage et de collage des cartouches abradable sur le carter, - faciliter le démoulage de la cartouche annulaire abradable et l’enveloppe annulaire formant le carter, - réduire ou supprimer les consommables (tels qu’une bâche à vide et tissus techniques) utilisés pour le collage des cartouches abradable sur le carter, - réduire ou supprimer la manutention et le transport des cartouches abradable et du carter fabriqués individuellement, - réduire de manière générale l’utilisation de plusieurs outillages, le nombre d’étapes et d’opérateurs pour produire un carter de turbomachine, et - limiter le coût de fabrication en une unique pièce par rapport à celui de la production individuelle des cartouches abradable et du carter et leur assemblage. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : -- à l’étape a) ladite première résine est injectée dans ladite première préforme ou ladite première préforme est préalablement imprégnée (pré-imprégnée) avec ladite première résine ; et/ou à l’étape b), ladite seconde résine est injectée dans ladite seconde préforme ou ladite seconde préforme est préalablement imprégnée avec ladite première résine, -- ladite première préforme est pré-imprégnée de la première résine à l’étape a), et la seconde résine est injectée dans la seconde préforme à l’étape b), -- la première et la seconde préformes sont chacune obtenue par un tissage tridimensionnel 3D ou par un drapage et/ou par un enroulement de plusieurs couches/plis, -- la compaction et le chauffage de la première préforme de l’étape c) sont réalisées avant la compaction et le chauffage de la seconde préforme, -- la compaction et le chauffage de la première préforme et de la seconde préforme sont réalisées de façon simultanée, - le moule a une forme générale cylindrique autour d’un axe B et comporte deux parties annulaires configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires comportant : - une première paroi cylindrique comportant un premier diamètre et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte, - une seconde paroi cylindrique qui comporte un second diamètre inférieur au premier diamètre et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte, - ladite seconde paroi de chacune de ces parties annulaires s’étend entre la première paroi et une bride annulaire de fixation à la bride annulaire de l’autre des parties annulaires, - ladite première paroi de chacune de ces parties annulaires s’étend entre la seconde paroi et un rebord annulaire radialement externe configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter, - le carter comprenant en outre une couche annulaire réalisée dans un matériau abradable, le procédé comprend une étape de montage de la couche annulaire sur la cartouche annulaire du carter obtenu à l’étape d), - la cartouche annulaire comprend un matériau alvéolaire et dans lequel la première préforme annulaire fibreuse comprend au moins un film d’étanchéité, par exemple à base de fibres de carbone, enveloppant la cartouche annulaire, - avant l’étape b), le procédé comprend, une étape e) de compaction et/ou de chauffage de ladite première préforme, - le procédé comprend en outre, avant l’étape b), une étape f) d’ajout d’au moins un pli de colle entre lesdites première et seconde préformes fibreuses, - les première et seconde résines polymériques sont identiques, et sont par exemple un époxyde, - les première et seconde résines polymérique sont différentes, et sont par exemple choisies parmi un époxyde, un bismaléimide ou un polyester, -- à l’étape e), une bâche enveloppe le moule contenant la première préforme annulaire fibreuse et la bâche est reliée à un appareil de mise sous vide pour compacter ladite première préforme. L’invention concerne aussi un moule de fabrication d’un carter de turbomachine, ledit moule étant configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des particularités de l’invention. Selon l’invention, le moule a une forme générale cylindrique d’un axe B et comporte deux parties annulaires configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires comportant : - une première paroi cylindrique comportant un premier diamètre et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte, - une seconde paroi cylindrique qui comporte un second diamètre inférieur au premier diamètre et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte. La seconde paroi de chacune de ces parties annulaires peut s’étendre entre la première paroi et une bride annulaire de fixation à la bride annulaire de l’autre des parties annulaires. La première paroi de chacune de ces parties annulaires peut s’étendre entre la seconde paroi et un rebord annulaire radialement externe configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter. L’invention concerne également un carter en matériau composite pour une turbomachine, notamment d’aéronef, réalisé par un procédé de fabrication selon l’invention. La présente invention concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un carter en matériau composite selon l’invention. La turbomachine peut être un turboréacteur, turbopropulseur ou turbomoteur d’aéronef. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle d’une soufflante d’une turbomachine d’aéronef, la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un carter de soufflante, la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle d’un carter de soufflante, la est une représentation schématique d’une vue de en perspective d’un outillage de fabrication selon l’invention désassemblé, la est une représentation schématique d’une vue en perspective de l’outillage de la assemblé, la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle de l’outillage de la , la est un organigramme représentant des étapes d’un procédé de fabrication d’un carter en matériau composite selon l’invention, la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’une étape de réalisation de la première préforme fibreuse dans l’outillage de la , la est une représentation schématique d’une vue en coupe et partielle de la dans laquelle la première préforme est compactée, la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’une étape de réalisation de la seconde préforme fibreuse du procédé de la , la est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle de la dans laquelle la seconde préforme est compactée, et la est une représentation schématique d’une vue en perspective d’une étape de démoulage du carter formé. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Procédé de fabrication d’un carter (3) de turbomachine, en particulier d’aéronef, ce carter (3) comportant une enveloppe annulaire (30) s’étendant autour d’un axe (A) et au moins une cartouche annulaire (4) qui est disposée à l’intérieur de l’enveloppe annulaire (30) et qui recouvre une surface annulaire interne (34) d’un tronçon intermédiaire (30b) de l’enveloppe (30), ladite enveloppe (30) et ladite au moins une cartouche annulaire (4) étant réalisées dans des matériaux composites comportant des fibres tissées et noyées dans des résines polymériques, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à : a) réaliser une première préforme annulaire fibreuse (40) dans une première empreinte annulaire (90) d’un moule (9), cette première préforme comportant des fibres imprégnées d’une première résine polymérique et étant destinée à former la cartouche annulaire (4), b) réaliser une seconde préforme annulaire fibreuse (300) dans une seconde empreinte annulaire (91) du moule (9), sur et autour de ladite première préforme (40), cette seconde préforme (300) comportant des fibres imprégnées d’une seconde résine polymérique et étant destinée à former l’enveloppe annulaire (30), c) compacter et chauffer lesdites première et seconde préformes fibreuses (40, 300) de façon à entraîner la polymérisation des première et seconde résines polymériques, et d) démouler le carter (3) ainsi obtenu. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (9) a une forme générale cylindrique autour d’un axe (B) et comporte deux parties annulaires (9a, 9b) configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) comportant : - une première paroi cylindrique (93a, 93b) comportant un premier diamètre (D 93 ) et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte (91), - une seconde paroi cylindrique (94a, 94b) qui comporte un second diamètre (D 94 ) inférieur au premier diamètre (D 93 ) et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte (90). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite seconde paroi (94a, 94b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la première paroi (93a, 93b) et une bride annulaire de fixation (95a, 95b) à la bride annulaire (95a, 95b) de l’autre des parties annulaires (9a, 9b). Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite première paroi (93a, 93b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la seconde paroi (94a, 94b) et un rebord annulaire radialement externe (92a, 92b) configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le carter (3) comprenant en outre une couche annulaire (5) réalisée dans un matériau abradable, le procédé comprend, une étape de montage i) de la couche annulaire (5) sur la cartouche annulaire (4) du carter (3) formée à l’étape d). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cartouche annulaire (4) comprend un matériau alvéolaire, et dans lequel la première préforme (40) comprend au moins un film d’étanchéité, par exemple à base de fibres de carbone, enveloppant la cartouche annulaire (4). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, avant l’étape b), le procédé comprend une étape e) de compaction et/ou de chauffage de ladite première préforme (40). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce le procédé comprend en outre, avant l’étape b), une étape f) d’ajout d’au moins un pli de colle entre lesdites première et seconde préformes fibreuses (40, 300). Procédé selon la revendication l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et seconde résines polymériques sont identiques et sont par exemple un époxyde, ou différentes et sont par exemple choisies parmi un époxyde, un bismaléimide ou un polyester. Moule (9) de fabrication d’un carter (3) de turbomachine, ledit moule (9) étant configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule (9) a une forme générale cylindrique d’un axe (B) et comporte deux parties annulaires (9a, 9b) configurées pour être fixées coaxialement l’une à l’autre, chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) comportant : - une première paroi cylindrique (93a, 93b) comportant un premier diamètre (D 93 ) et configurée pour former une partie de ladite seconde empreinte (91), - une seconde paroi cylindrique (94a, 94b) qui comporte un second diamètre (D 94 ) inférieur au premier diamètre (D 93 ) et qui est configurée pour former une partie de ladite première empreinte (90). Moule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite seconde paroi (94a, 94b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la première paroi (93a, 93b) et une bride annulaire de fixation (95a, 95b) à la bride annulaire (95a, 95b) de l’autre des parties annulaires (9a, 9b). Moule selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ladite première paroi (93a, 93b) de chacune de ces parties annulaires (9a, 9b) s’étend entre la seconde paroi (94a, 94b) et un rebord annulaire radialement externe (92a, 92b) configuré pour former une bride annulaire externe à une extrémité axiale du carter.