Brevet FR3128484A1 — publié le 20230428

La présente invention concerne une aube comprenant une pale (7) à profil aérodynamique comprenant une première peau (21) et une deuxième peau (21) en vis-à-vis, les peaux (21) présentant chacune une face interne (22) délimitant entre elles une cavité (23) et étant réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux (20) obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice comprenant une matière plastique dans laquelle est noyé le renfort fibreux (20). L’aube comprend également un ensemble de raidisseurs (30) monolithique avec les peaux (21) et s’étendant à travers la cavité (23) en étant fixé sur la face interne (22) de la première peau (21) et de la deuxième peau (21) de sorte à les relier. Figure pour l’abrégé : Fig. 3a Aube comprenant une structure en matériau composite et procédé de fabrication associé DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne une aube d’un système propulsif pouvant comprendre une structure en matériau composite. L’invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, une aube destinée à être utilisée dans un rotor ou un stator de soufflante d’un moteur d’aéronef, la soufflante pouvant être carénée ou non-carénée. ETAT DE LA TECHNIQUE La conception des aubes de soufflante nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes. D’un côté, le dimensionnement de ces aubes doit permettre des performances aérodynamiques optimales (maximiser le rendement et fournir la poussée tout en minimisant les pertes). L’amélioration des performances aérodynamiques de la soufflante tendant vers une augmentation du taux de dilution (ou BPR, acronyme anglais de bypass ratio) implique une augmentation du diamètre externe et donc de l’envergure de ces aubes. D’un autre côté, il est également nécessaire de garantir une résistance aux contraintes mécaniques pouvant s’exercer sur ces aubes tout en limitant leur signature acoustique. L’intérêt des moteurs à soufflante (ou hélice) non-carénée est que le diamètre de la soufflante n’est pas limité par la présence d’un carénage, de sorte qu’il est possible de concevoir un moteur présentant un fort taux de dilution, et par conséquent une consommation réduite de carburant. Ainsi, dans ce type de moteur, les aubes de la soufflante peuvent présenter une grande envergure. Il a été proposé de réaliser ces aubes en matériau métallique. Si les aubes en matériau métallique ont une bonne résistance mécanique, elles présentent toutefois l’inconvénient d’avoir une masse relativement importante. Afin de réduire cette masse, il est souhaitable de pouvoir fabriquer ces aubes en matériau composite. A cet effet, le matériau composite des aubes de soufflante comprend généralement un renfort fibreux réalisé par tissage tridimensionnel densifié par une matrice polymère. Le cas échéant, les aubes peuvent comprendre des peaux réalisées en matériau composite et définissant la structure à profil aérodynamique de l’aube, et une ou plusieurs pièces de remplissage (mousses, nid d’abeilles, etc.) logées dans une cavité délimitée par les peaux, afin de limiter leur déformation sous chargement aérodynamique et leurs modes vibratoires spécifiques. Il ressort toutefois que les pièces de remplissage et leur interface entre avec le matériau composite sont susceptibles de s’endommager lors du fonctionnement du moteur sous l’effet des chargements répétés en statique et/ou en dynamique. De tels endommagements ont cependant pour conséquence de modifier la réponse vibratoire de l’aube et donc de réduire sa durée de vie ainsi que sa certification. Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant une aube, notamment une aube mobile de soufflante ou une aube de guidage (stator) externe, en matériau composite qui soit simple à réaliser tout en limitant de manière efficace la déformation du profil de l’aube en fonctionnement. Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, une aube comprenant une pale à profil aérodynamique comprenant une première peau et une deuxième peau en vis-à-vis, les première et deuxième peaux présentant chacune une face interne délimitant entre elles une cavité et étant réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice comprenant une matière plastique dans laquelle est noyé le renfort fibreux. L’aube comprend en outre un ensemble de raidisseurs dont un matériau constitutif est identique à la matière plastique de la matrice, chaque raidisseur étant monolithique avec la première peau et la deuxième peau et s’étendant à travers la cavité en étant fixé sur la face interne de la première peau et de la deuxième peau de sorte à les relier. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - les faces internes des peaux sont directement reliées entre elles au niveau d’une jonction qui délimite la cavité, les peaux étant disjointes au niveau d’une limite inférieure de la cavité qui est adjacente à un pied de l’aube, chaque raidisseur étant configuré de sorte à mettre en communication fluidique la jonction avec la limite inférieure de la cavité ; - la cavité présente une limite inférieure adjacente à un pied de l’aube et une limite supérieure adjacente à un sommet de l’aube, tout ou partie des raidisseurs s’étendant radialement dans la cavité de la limite inférieure à la limite supérieure de la cavité ; - les raidisseurs s’étendant radialement dans la cavité sont rectilignes ou incurvés ; - la cavité présente une limite inférieure adjacente à un pied de l’aube et une limite supérieure adjacente à un sommet de l’aube, une hauteur totale de la cavité étant égale à une distance maximale entre la limite inférieure et la limite supérieure, tout ou partie des raidisseurs présentant une hauteur strictement inférieure à la hauteur de la cavité ; - les raidisseurs présentant une hauteur strictement inférieure à la hauteur de la cavité comprennent des pontets de section circulaire ou parallélépipédique dont une hauteur est préférentiellement inférieure ou égale à 40 % de la hauteur totale de la cavité, de préférence inférieure ou égale à 10 % de la hauteur totale, par exemple entre 2 % et 5 % de la haute totale ; et/ou - l’aube présente une hauteur supérieure ou égale à 50 cm et inférieure ou égale à 160 cm, de préférence supérieure ou égale à 70 cm, par exemple de 80 cm à 100 cm. Selon un deuxième aspect, l’invention propose une soufflante comprenant un aubage rotorique ou statorique comportant des aubes selon le premier aspect. L’aubage (rotorique ou statorique) peut présenter un diamètre supérieur ou égal à 150 cm, de préférence supérieur ou égal à 200 cm, par exemple inférieur ou égal à 400 cm. Selon un troisième aspect, l’invention propose un système propulsif comprenant une soufflante comportant des aubes selon le premier aspect et un carter, les aubes étant montées sur un moyeu de soufflante et configurées pour être mobiles en rotation autour d’un axe de la soufflante, ou fixées sur le carter du système propulsif. Selon un quatrième aspect, l’invention propose un aéronef comprenant au moins un système propulsif conforme au troisième aspect. Selon un cinquième aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’une aube selon le premier aspect comprenant les étapes suivantes : - tissage du renfort fibreux de sorte à former la première peau, la deuxième peau et la cavité ; - insertion d’un noyau dans la cavité, le noyau formant des passages traversants dont la forme et l’agencement correspondent à la forme et à l’agencement des raidisseurs ; - placement du renfort fibreux comprenant le noyau dans un moule et injection de matière plastique dans le moule de manière à remplir les passages traversants pour former les raidisseurs et à noyer le renfort fibreux dans la matière plastique ; et - dissolution du noyau. 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 représente de manière schématique un exemple de moteur incluant une soufflante non-carénée ; La illustre un exemple d’aéronef comprenant des moteurs conformes à un mode de réalisation de l’invention ; La est une vue en coupe d’une aube conforme à un premier mode de réalisation, dans un plan comprenant la corde de l’aube en pied d’aube et l’axe d’extension de l’aube ; La est une vue en coupe de l’aube de la dans un plan normal à l’axe d’extension de l’aube ; La est une vue en coupe d’une aube conforme à un deuxième mode de réalisation, dans un plan comprenant la corde de l’aube en pied d’aube et l’axe d’extension de l’aube ; et La est un organigramme illustrant des étapes d’un exemple de procédé de fabrication d’une aube conforme à l’invention. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Aube (7) comprenant une pale (7) à profil aérodynamique comprenant une première peau (21) et une deuxième peau (21) en vis-à-vis, les première et deuxième peaux (21) présentant chacune une face interne (22) délimitant entre elles une cavité (23) et étant réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux (20) obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice comprenant une matière plastique dans laquelle est noyé le renfort fibreux (20), l’aube étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un ensemble de raidisseurs (30) dont un matériau constitutif est identique à la matière plastique de la matrice, chaque raidisseur étant monolithique avec la première peau (21) et la deuxième peau (21) et s’étendant à travers la cavité (23) en étant fixé sur la face interne (22) de la première peau (21) et de la deuxième peau (21) de sorte à les relier. Aube (7) selon la revendication 1, dans laquelle les faces internes (22) des peaux (21) sont directement reliées entre elles au niveau d’une jonction (24) qui délimite la cavité (23), les peaux (21) étant disjointes au niveau d’une limite inférieure (26) de la cavité (23) qui est adjacente à un pied de l’aube (7), chaque raidisseur (30) étant configuré de sorte à mettre en communication fluidique la jonction (24) avec la limite inférieure (26) de la cavité (23). Aube (7) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle la cavité (23) présente une limite inférieure (26) adjacente à un pied de l’aube (7) et une limite supérieure (25) adjacente à un sommet (9) de l’aube (7), tout ou partie des raidisseurs (30) s’étendant radialement dans la cavité (23) de la limite inférieure (26) à la limite supérieure (25) de la cavité (23). Aube (7) selon la revendication 3, dans laquelle les raidisseurs (30) s’étendant radialement dans la cavité (23) sont rectilignes ou incurvés. Aube (7) selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle la cavité (23) présente une limite inférieure (26) adjacente à un pied de l’aube (7) et une limite supérieure (25) adjacente à un sommet (9) de l’aube (7), une hauteur totale de la cavité (23) étant égale à une distance maximale entre la limite inférieure (26) et la limite supérieure (25), tout ou partie des raidisseurs (30) présentant une hauteur strictement inférieure à la hauteur de la cavité (23). Aube (7) selon la revendication 5, dans laquelle les raidisseurs (30) présentant une hauteur strictement inférieure à la hauteur de la cavité (23) comprennent des pontets de section circulaire ou parallélépipédique dont une hauteur est préférentiellement inférieure ou égale à 40 % de la hauteur totale de la cavité (23), de préférence inférieure ou égale à 10 % de la hauteur totale, par exemple entre 2 % et 5 % de la haute totale. Aube (7) selon l’une des revendications 1 à 6 présentant une hauteur supérieure ou égale à 50 cm et inférieure ou égale à 160 cm, de préférence supérieure ou égale à 70 cm, par exemple de 80 cm à 100 cm. Soufflante (3) comprenant un aubage rotorique ou statorique comportant des aubes (7) selon l’une des revendications 1 à 7. Soufflante (3) selon la revendication 8, dans lequel l’aubage présente un diamètre supérieur ou égal à 150 cm, de préférence supérieur ou égal à 200 cm, par exemple inférieur ou égal à 400 cm. Système propulsif (1) comprenant une soufflante comportant des aubes selon l’une des revendications 1 à 7 et un carter (2), les aubes (7) étant montées sur un moyeu (6) de soufflante (3) et configurées pour être mobiles en rotation autour d’un axe (X) de la soufflante, ou fixées sur le carter du système propulsif (1). Procédé de fabrication (S) d’une aube (7) selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : - tissage (S1) du renfort fibreux (20) de sorte à former la première peau (21), la deuxième peau (21) et la cavité (23) ; - insertion (S2) d’un noyau dans la cavité (23), le noyau formant des passages traversants dont la forme et l’agencement correspondent à la forme et à l’agencement des raidisseurs (30) ; - placement (S3) du renfort fibreux (20) comprenant le noyau dans un moule et injection de matière plastique dans le moule de manière à remplir les passages traversants pour former les raidisseurs (30) et à noyer le renfort fibreux (20) dans la matière plastique ; et - dissolution (S4) du noyau.