Brevet FR3126448A1 — publié le 20230303

L’invention concerne une aube de soufflante (3) d’une turbomachine (15) comprenant une structure en matériau composite (4) obtenue par tissage tridimensionnel de torons de trame (10) et de torons de chaine (9). Par ailleurs, dans au moins 50 % des plans de chaîne et au plus 90 % des plans de chaîne, les torons de surface (9a) sont entrecroisés avec les torons de trame (10) sur une épaisseur (E3) comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur totale (E), et dans au moins 10% et au plus 30 % des plans de chaîne, les torons de surface (9a) sont libres. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Embuvage différencié des torons du renfort fibreux d’une aube de soufflante DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne de manière générale le domaine des turbomachines, et plus particulièrement celui des aubes de soufflante en matériau composite de ces turbomachines et leur procédé de fabrication. L’invention s’applique plus particulièrement aux aubes de soufflante carénées, notamment pour des turbomachines présentant un très fort taux de dilution, ainsi qu’aux aubes (ou hélices) de soufflante non carénée de type à calage variable ou stator par exemple à calage variable dans une turbomachine de type « USF » (acronyme anglais de Unducted Single Fan, pour soufflante unique non carénée) ayant un rotor et un stator ou open rotor à deux rotors assimilables à une aube de module de soufflante. Ainsi, outre un rotor de soufflante de turbomachine open rotor l’invention peut aussi s’appliquer à une hélice constituant une soufflante dans le cadre d’un turbopropulseur. ETAT DE LA TECHNIQUE Les aubes de turbomachine, et notamment les aubes de soufflante, subissent d'importantes contraintes mécaniques et thermiques et doivent satisfaire à des conditions strictes de poids et d'encombrement. Il a donc été proposé d’utiliser des aubes dans un matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère, qui sont plus légères par rapport à des aubes métalliques à caractéristiques propulsives équivalentes et qui ont une tenue à la chaleur satisfaisante. La zone d’échasse des aubes est fortement sollicitée en utilisation, en particulier dans la zone d’interface de l’aube avec le disque de soufflante. L’effort centrifuge résultant de la rotation du rotor de soufflante endommage en effet l’aube dans cette zone d’interface. En fonction des formes/designs retenus pour l’intégration de cette pièce par rapport au disque, il peut en résulter des sollicitations locales multi-axiales de type traction hors plan (c’est-à-dire suivant une direction sensiblement normale à l’intrados) et en cisaillement hors plan entre les différentes couches du matériau composite. Afin d’éviter que ces contraintes multiaxiales ne soient trop localisées, il a été proposé de rallonger le pied d’aube vers l’amont. Toutefois, cela implique de rallonger également le disque de soufflante et impacte donc négativement la masse totale du module de soufflante. Un objectif de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant une aube de soufflante pour une turbomachine comprenant un matériau composite renforcé par une matrice, dont la résistance à l’endommagement est améliorée, en particulier dans la zone d’échasse, sans créer pour autant de zone fragilité ni alourdir la masse de la section de soufflante. Pour cela, selon un premier aspect, l’invention propose une Aube de soufflante d’une turbomachine comprenant une structure en matériau composite comprenant un pied configuré pour être inséré dans une empreinte d’un disque de soufflante, une pale propre à s’étendre dans un flux d’air et une échasse s’étendant entre le pied et la pale ; dans laquelle la structure en matériau composite présente un intrados et un extrados et une épaisseur totale au niveau de l’échasse, l’épaisseur totale étant mesurée entre l’intrados et l’extrados dans la partie d’échasse dans un plan normal à un axe d’empilement de l’aube ; dans laquelle la structure en matériau composite est obtenue par tissage tridimensionnel de torons de trame et de torons de chaine ; la structure en matériau composite comprenant des torons de chaîne et des torons de trame, les torons de chaîne étant distribués dans des plans de chaîne juxtaposés entre le bord d’attaque et le bord de fuite, chaque plan de chaîne comprenant des colonnes de torons de chaîne s’étendant suivant l’axe d’empilement, les colonnes de torons de chaîne définissant l’intrados et l’extrados au sein du pied et/ou de l’échasse correspondant à des torons de surface, l’aube de soufflante étant caractérisée en ce que, dans au moins 50 % des plans de chaîne et au plus 90 % des plans de chaîne, les torons de surface sont entrecroisés avec les torons de trame sur une épaisseur comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur totale, et dans au moins 10% et au plus 30 % des plans de chaîne, les torons de surface sont libres. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube de soufflante selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - l’aube comprend en outre une première couche comprenant l’intrados et présentant une première épaisseur comprise entre 10 % et 25 % de l’épaisseur totale, une deuxième couche comprenant l’extrados et présentant une deuxième épaisseur comprise entre 10 % et 25 % de l’épaisseur totale, et une couche centrale s’étendant entre la première couche et la deuxième couche, et en ce qu’en dehors des torons de surface, un embuvage des torons de chaîne dans les première et deuxième couches est supérieur à un embuvage des torons de chaîne dans la couche centrale ; - le pied et l’échasse se joignent au niveau d’une interface, les torons de surface étant entrecroisés avec les torons de trame dans une zone comprenant l’interface ; - une zone comprenant les torons de surface entrecroisés avec les torons de trame s’étend sur une hauteur comprise entre au moins 10 % d’une hauteur totale du pied d’aube et au plus 30 % de la hauteur totale du pied de l’aube ; - une zone comprenant les torons de surface entrecroisés avec les torons de trame s’étend sur une hauteur correspondant à au moins un plan de trame et au plus trois plans de trame ; - la première couche, la deuxième couche et la couche centrale s’étendent au sein de l’échasse et du pied ; - la première épaisseur et la deuxième épaisseur sont sensiblement égales ; et/ou - les torons de trame et/ou de chaîne dans la première couche et dans la deuxième couche présentent un module d’élasticité compris entre 150 GPa et 190 GPa et peuvent comprendre des fibres de verre ou de basalte, et les torons de trame et/ou de chaîne dans la couche centrale présentent un module d’élasticité compris entre 240 GPa et 350 GPa, de préférence supérieur ou égal à 250 GPa, et peuvent comprendre des fibres de carbone. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une soufflante pour une turbomachine comprenant une pluralité d’aubes de soufflante conformes au premier aspect. Selon un troisième aspect, l’invention propose une turbomachine comprenant une telle soufflante et un aéronef comprenant cette turbomachine. Selon un quatrième aspect, l’invention propose un aéronef comprenant au moins une turbomachine selon le troisième aspect. Selon un cinquième aspect, l’invention propose un métier à tissé configuré pour tisser une structure en matériau composite d’une aube selon le premier aspect. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La illustre un exemple de soufflante conforme à un mode de réalisation de l’invention ; La est une vue schématique d’un exemple d’aéronef pouvant comprendre au moins une turbomachine conforme à mode de réalisation de l’invention ; La est une vue schématique d’un exemple d’aube de soufflante conforme à un mode de réalisation de l’invention ; et La est une vue partielle et en coupe de la structure en matériau composite de l’aube de soufflante la sur laquelle ont été représentés de manière très schématique les torons de surface, ainsi que les torons chaîne et les torons de trame dans la première couche, la deuxième couche et la couche centrale conformément à un mode de réalisation de l’invention. La est une vue partielle et schématique dans la zone adjacente aux portées d’un exemple de premier plan de chaîne pour une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention. La est une vue partielle et schématique dans la zone adjacente aux portées d’un autre exemple de premier plan de chaîne pour une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention. La est une vue partielle et schématique dans la zone adjacente aux portées d’un exemple de deuxième premier plan de chaîne pour une aube conforme à un mode de réalisation de l’invention. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Aube de soufflante (3) d’une turbomachine (15) comprenant une structure en matériau composite (4) comprenant un pied (5) configuré pour être inséré dans une empreinte d’un disque de soufflante, une pale (7) propre à s’étendre dans un flux d’air et une échasse (6) s’étendant entre le pied (5) et la pale (7) ; dans laquelle la structure en matériau composite (4) présente un intrados (16) et un extrados (17) et une épaisseur totale (E) au niveau de l’échasse (6), l’épaisseur totale (E) étant mesurée entre l’intrados (16) et l’extrados (17) dans la partie d’échasse (6) dans un plan normal à un axe d’empilement (Y) de l’aube ; dans laquelle la structure en matériau composite (4) est obtenue par tissage tridimensionnel de torons de trame (10) et de torons de chaine (9) ; la structure en matériau composite (4) comprenant des torons de chaîne (9) et des torons de trame (10), les torons de chaîne (9) étant distribués dans des plans de chaîne juxtaposés entre le bord d’attaque (18) et le bord de fuite (19), chaque plan de chaîne comprenant des colonnes de torons de chaîne (9) s’étendant suivant l’axe d’empilement (Y), les colonnes de torons de chaîne (9) définissant l’intrados (16) et l’extrados (17) au sein du pied (5) et/ou de l’échasse (6) correspondant à des torons de surface (9a), l’aube de soufflante (3) étant caractérisée en ce que, dans au moins 50 % des plans de chaîne et au plus 90 % des plans de chaîne, les torons de surface (9a) sont entrecroisés avec les torons de trame (10) sur une épaisseur (E3) comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur totale (E), et dans au moins 10% et au plus 30 % des plans de chaîne, les torons de surface (9a) sont libres. Aube de soufflante (3) selon la revendication 1, comprenant en outre une première couche (11) comprenant l’intrados (16) et présentant une première épaisseur (E1) comprise entre 10 % et 25 % de l’épaisseur totale (E), une deuxième couche (12) comprenant l’extrados (17) et présentant une deuxième épaisseur (E2) comprise entre 10 % et 25 % de l’épaisseur totale (E), et une couche centrale (13) s’étendant entre la première couche (11) et la deuxième couche (12), et en ce qu’en dehors des torons de surface (9a), un embuvage des torons de chaîne (9) dans les première et deuxième couches (11, 12) est supérieur à un embuvage des torons de chaîne (9) dans la couche centrale (13). Aube de soufflante (3) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle le pied (5) et l’échasse (6) se joignent au niveau d’une interface (14), les torons de surface (9a) étant entrecroisés avec les torons de trame (10) dans une zone comprenant l’interface. Aube de soufflante (3) selon la revendication 3, dans laquelle une zone comprenant les torons de surface (9a) entrecroisés avec les torons de trame (10) s’étend sur une hauteur comprise entre au moins 10 % d’une hauteur totale du pied d’aube (5) et au plus 30 % de la hauteur totale du pied de l’aube (5). Aube de soufflante (3) selon la revendication 3, dans laquelle une zone comprenant les torons de surface (9a) entrecroisés avec les torons de trame (10) s’étend sur une hauteur correspondant à au moins un plan de trame et au plus trois plans de trame. Aube de soufflante (3) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle la première couche (11), la deuxième couche (12) et la couche centrale (13) s’étendent au sein de l’échasse (6) et du pied (5). Aube de soufflante (3) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la première épaisseur (E1) et la deuxième épaisseur (E2) sont sensiblement égales. Aube de soufflante (3) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle les torons de trame (10) et/ou de chaîne (9) dans la première couche (11) et dans la deuxième couche (12) présentent un module d’élasticité compris entre 150 GPa et 190 GPa et peuvent comprendre des fibres de verre ou de basalte, et les torons de trame (10) et/ou de chaîne dans la couche centrale (13) présentent un module d’élasticité compris entre 240 GPa et 350 GPa, de préférence supérieur ou égal à 250 GPa, et peuvent comprendre des fibres de carbone. Soufflante (1) comprenant une pluralité d’aubes de soufflante (3) selon l’une des revendications 1 à 8. Turbomachine (15) comprenant une soufflante (1) selon la revendication 9.