Brevet FR3134744A1 — publié le 20231027

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite, comportant les étapes suivantes : (a) empiler successivement plusieurs couches de fibres pour former une ébauche fibreuse (200) ayant des première et seconde portions reliées entre elles de façon continue, (b) mettre en forme l’ébauche fibreuse (200) par pliage le long d’une ligne (P) de façon à former, de part et d’autre de la ligne (P), des peaux intrados et extrados d’une préforme fibreuse (220) d’une pale d’aube ; le bord d’attaque, ou alternativement le bord de fuite, de la pale étant situé au niveau et le long de cette ligne (P), et (d) densifier la préforme fibreuse (220) avec une résine pour former l’aube en matériau composite. Figure abrégé : figure 6 PROCEDE DE FABRICATION D’UNE AUBE EN MATERIAU COMPOSITE Domaine technique de l’invention La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication des aubes pour les turbomachines, en particulier d’aéronefs. Arrière-plan technique Il est connu des turbomachines, en particulier des turbomachines à double flux, comportant une soufflante disposée en amont d’un générateur de gaz selon la circulation des gaz dans la turbomachine. Le générateur de gaz est logé dans un carter annulaire interne tandis que la soufflante est logée dans un carter annulaire extérieur solidaire généralement d’une nacelle. La soufflante génère un flux primaire ou flux chaud circulant dans une veine primaire traversant le générateur de gaz, et un flux secondaire ou flux froid circulant dans une veine secondaire autour du générateur de gaz. La soufflante comprend des aubes de soufflante avec chacune une extrémité libre en regard du carter extérieur de manière à comprimer un flux d’air incident au moins dans la veine secondaire et, de préférence, également dans la veine primaire. Une aube de turbomachine comprend typiquement une pale qui présente une forme aérodynamique. La pale comprend une face intrados et une face extrados reliées entre elles par un bord d’attaque et un bord de fuite de la pale. Les aubes peuvent être métalliques ou bien en matériau composite, tel qu’un matériau composite à matrice organique, notamment pour en diminuer la masse. Un matériau composite classiquement utilisé comprend une préforme fibreuse noyée dans une résine polymérique. La préforme fibreuse peut être issue d’un tissage en trois dimensions (3D) ou peut être obtenue par empilement (ou dit autrement par drapage) et superposition de plusieurs couches/plis de fibres (par exemple sous forme de bandes ou rubans). La résine peut être injectée dans la préforme fibreuse ou bien la préforme fibreuse peut être préalablement imprégnée avec la résine (également désignée par « pré-imprégnée » ou « prepreg » en anglais). L’empilement des couches de fibres peut être réalisé manuellement ou de manière automatique par une machine adaptée, notamment selon la technique AFP (acronyme anglais de « Automated Fiber Laying » pour pose de fibres automatisée), la technique ATL (acronyme anglais de « Automated Tape Laying » pour pose de rubans automatisée) ou la technique P&P (acronyme anglais de « Pick&Place » pour système de saisie et de positionnement). Un procédé de fabrication des aubes en matériau composite est de réaliser une peau intrados à partir d’une première préforme fibreuse pour former l’intrados de la pale, puis de réaliser une peau extrados à partir d’une seconde préforme fibreuse pour former l’extrados de la pale. Les première et seconde préformes fibreuses sont obtenues par empilement successif de plusieurs couches de fibres. Puis, les extrémités opposées des peaux intrados et extrados sont fixées entre elles pour former le bord d’attaque et le bord de fuite de la pale après densification par une résine polymérique afin d’obtenir l’aube finale. Un autre procédé de fabrication des aubes en matériau composite est d’empiler les plis de fibres pour réaliser une préforme fibreuse formant une peau destinée à former de l’intrados jusqu’à l’extrados de la pale. Puis, les extrémités opposées de la peau sont fixées entre elles. Par exemple, la fixation des extrémités de peau(x) peut être réalisée par collage ou directement par polymérisation de la résine lors de la densification. Une telle fixation des peaux intrados et extrados présente l’inconvénient d’être une liaison faible qui peut facilement fragiliser le bord d’attaque et le bord de fuite, notamment en cas de chocs ou d’impact d’un corps étranger en fonctionnement. Ceci peut dissuader souvent les concepteurs de réaliser les aubes en matériau composite par empilement de couches de fibres. Afin de remédier à cet inconvénient, il peut être nécessaire de réaliser un empilement de couches avec des fibres continues pour former une liaison forte entre l’intrados et l’extrados de la pale d’aube. Pour cela, l’empilement de couches de fibres peut être réalisé en forme de longeron sur un support de renfort (tel qu’un mandrin). Cependant, la forme aérodynamique de la pale (c’est-à-dire une forme vrillée) peut rendre complexe, voire impossible, le retrait du support de renfort disposé à l’intérieur du longeron. L’utilisation d’un support de renfort pouvant être fissible ou démontable, n’est pas fiable notamment lors d’une étape de mise en forme (également désignée par « formage ») du longeron. En effet, le support fissible ou démontable ne permet pas de résister à une pression de compactage exercée localement sur le support de renfort par une tête de dépôt de la technique AFP. De plus, certaines zones de la pale d’aube peuvent être fines (par exemple avec un contact direct entre les peaux intrados et extrados pour former notamment le bord de fuite) pour y loger le support de renfort. Or, l’absence de support de renfort (c’est-à-dire dans le vide) peut empêcher de réaliser l’aube par empilement de plis, notamment à l’aide d’une machine automatisée telle qu’avec la technique AFP. Il existe donc un besoin pour optimiser la fabrication des aubes en matériau composite par empilement de couches de fibres, tout en assurant une bonne tenue mécanique des aubes aux impacts en fonctionnement. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. L’invention propose un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite pour une turbomachine d’aéronef, l’aube comportant une pale ayant un intrados et un extrados reliés entre eux par un bord d’attaque et un bord de fuite, le procédé comportant les étapes suivantes : (a) empiler successivement plusieurs couches de fibres pour former une ébauche fibreuse, (b) mettre en forme ladite ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse de la pale, ladite préforme fibreuse comprenant une peau intrados et une peau extrados réunies entre elles et destinées à former, respectivement, l’intrados et l’extrados de la pale, et (d) densifier ladite préforme fibreuse avec une résine pour former l’aube en matériau composite. Selon l’invention, l’ébauche fibreuse comporte des première et seconde portions reliées entre elles de façon continue à l’étape (a). De plus, l’étape (b) comprend un pliage de l’ébauche fibreuse le long d’une ligne s’étendant entre lesdites première et seconde portions de façon à former, de part et d’autre de la ligne de pliage, lesdites peaux intrados et extrados. Le bord d’attaque, ou alternativement le bord de fuite, de la pale est situé au niveau et le long de cette ligne de pliage, et des bords des peaux intrados et extrados, opposés à cette ligne de pliage, étant réunis pour former le bord d’attaque, ou alternativement le bord de fuite, de la pale. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. De manière générale, le procédé selon l’invention permet de simplifier et optimiser la fabrication d’une aube en matériau composite par la technique d’empilement de couches de fibres. En particulier, l’étape (a) du procédé permet d’empiler les couches de fibres pour former une ébauche fibreuse avec des fibres continues. L’étape (b) de pliage de cette ébauche fibreuse le long d’une ligne de pliage permet de réunir les peaux intrados et extrados de la préforme fibreuse et former le bord d’attaque, ou alternativement le bord de fuite, de la pale d’aube au niveau de cette ligne de pliage. La ligne de pliage permet ainsi de former une zone de liaison robuste entre les peaux intrados et extrados, puisque cette zone de liaison est formée par des fibres continues. Ainsi, l’aube en matériau composite réalisée par un tel procédé présente une liaison forte, notamment au niveau du bord d’attaque et/ou du bord de fuite, de façon à renforcer la tenue mécanique de l’aube particulièrement en cas de chocs ou d’impact d’un corps étranger en fonctionnement. Dans la présente demande, une aube de turbomachine peut-être carénée, comme c’est le cas d’une soufflante par exemple, ou peut être non carénée, comme c’est le cas d’une hélice d’une architecture du type open-rotor par exemple. Le procédé de fabrication selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - à l’étape (a) ou (b), l’ébauche fibreuse présente une forme générale plane et/ou incurvée en U ou en V ; - l’ébauche fibreuse et/ou la préforme fibreuse sont formées sur une surface d’un support qui est plane, incurvée en U ou incurvée en V ; - ladite surface du support comprend en outre une portion en saillie en forme de U ou V et configurée pour définir ladite ligne de pliage ; - il comprend, à l’étape (a), une étape (i) de préformage d’au moins une partie de l’ébauche fibreuse formée sur ladite portion en saillie en forme de U ou V du support ; - l’étape (a) est réalisée manuellement ou par une machine ; - l’étape (d) comprend une imprégnation de la préforme fibreuse avec la résine et la polymérisation de la résine par traitement thermique ; - la résine est injectée dans la préforme fibreuse avant l’étape (d), ou l’ébauche fibreuse est préalablement imprégnée avec la résine ; - la résine est thermodurcissable, et est par exemple une résine époxy ; - la résine est thermoplastique, et par exemple une résine polyéther-éther-cétone, le polyaryléthercétone ou le poly-éther-imide ; - il comprend une étape (c) d’ajout d’au moins un insert de renfort dans un espace interne délimité par les peaux intrados et extrados de la préforme fibreuse, par exemple l’insert de renfort est en mousse, en matériau alvéolaire ou en matériau composite. -- l’étape (b) est une étape de formage de l’ébauche fibreuse ; -- à l’étape (b), le pliage de l’ébauche fibreuse est réalisé par compaction, par exemple avec une pression comprise entre 300 et 800 Pascal ; -- l’étape (b) est réalisée à une température prédéterminée qui peut être variable en fonction de la résine choisie, par exemple la température prédéterminée est comprise entre 30°C et 100°C notamment dans le cas de couches de fibres pré-imprégnés d’une résine thermodurcissable; -- le procédé comprend une étape (i) de préformage d’au moins une partie de l’ébauche fibreuse formée sur ladite portion en saillie ; -- cette étape (i) est réalisée pendant l’étape (a) ; -- les couches de fibres comprennent chacune des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d’aramide, des fibres de polyamide, des fibres céramique, des fibres métalliques, des fibres en oxyde, ou un mélange d’au moins deux de ces fibres ; -- l’insert de renfort comprend une enveloppe d’étanchéité enrobant le matériau alvéolaire ; -- le matériau alvéolaire de l’insert de renfort est choisi parmi une mousse polymère, une mousse d’aluminium, un nida métallique et/ou un polymère d’aramide; -- l’insert de renfort peut être réalisée par fabrication additive ; -- l’insert de renfort peut être réalisé dans une structure thermoplastique. L’invention concerne également une aube en matériau composite pour une turbomachine d’aéronef, réalisée par un procédé de fabrication tel que décrit dans ce qui précède. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une demi vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef : la est une vue schématique en perspective d’une aube de la turbomachine de la ; la est un schéma en bloc d’un procédé de fabrication selon l’invention, de l’aube de la réalisée en matériau composite ; la est vue schématique en coupe d’une ébauche fibreuse obtenue par le procédé de fabrication de l’invention ; la est une vue schématique en coupe de l’ébauche fibreuse de la repliée ; la est une vue schématique en coupe d’une préforme fibreuse obtenue par le procédé de fabrication de l’invention ; la est une vue schématique d’une partie des étapes du procédé de fabrication de la selon un premier mode de réalisation, dans lesquelles le procédé utilise un support de forme générale plane ; la est une vue schématique du support de forme générale plane de la , comportant une portion en saillie selon une première variante ; la est une vue schématique du support de forme générale plane de la , comportant une portion en saillie selon une seconde variante ; la est une vue schématique d’une partie des étapes du procédé de fabrication de la selon un second mode de réalisation, dans lesquelles le procédé utilise un support de forme générale incurvée ; la est une vue schématique du support de forme générale incurvée de la , comportant une portion en saillie selon une première variante ; la est une vue schématique du support de forme générale incurvée de la , comportant une portion en saillie selon une seconde variante ; la est une vue schématique d’une partie des étapes du procédé de fabrication de la selon un autre mode de réalisation ; la est une vue schématique en coupe axiale d’une préforme fibreuse comportant un insert de renfort selon une première variante ; la est une vue schématique en coupe axiale d’une préforme fibreuse comportant un insert de renfort selon une seconde variante. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Procédé de fabrication d’une aube en matériau composite (2) pour une turbomachine (1) d’aéronef, l’aube (2) comportant une pale (20) ayant un intrados (21) et un extrados (22) reliés entre eux par un bord d’attaque (23) et un bord de fuite (24), le procédé comportant les étapes suivantes : (a) empiler successivement plusieurs couches de fibres (202) pour former une ébauche fibreuse (200), (b) mettre en forme ladite ébauche fibreuse (200) pour obtenir une préforme fibreuse (220) de la pale (20), ladite préforme fibreuse (220) comprenant une peau intrados (222) et une peau extrados (224) réunies entre elles et destinées à former, respectivement, l’intrados (21) et l’extrados (22) de la pale (20), et (d) densifier ladite préforme fibreuse (220) avec une résine pour former l’aube en matériau composite (2), caractérisé en ce que l’ébauche fibreuse (200) comporte des première (204) et seconde (206) portions reliées entre elles de façon continue à l’étape (a), et en ce que l’étape (b) comprend un pliage de l’ébauche fibreuse (200) le long d’une ligne (P) s’étendant entre lesdites première (204) et seconde (206) portions de façon à former, de part et d’autre de la ligne (P) de pliage, lesdites peaux intrados (222) et extrados (224),et en ce que le bord d’attaque (23), ou alternativement le bord de fuite (24), de la pale est situé au niveau et le long de cette ligne (P) de pliage, et des bords (226, 228) des peaux intrados (222) et extrados (224), opposés à cette ligne (P) de pliage, étant réunis pour former le bord d’attaque (23), ou alternativement le bord de fuite (24), de la pale (20). Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l’étape (a) ou (b), l’ébauche fibreuse (200) présente une forme générale plane et/ou incurvée en U ou en V. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l’ébauche fibreuse (200) et/ou la préforme fibreuse (220) sont formées sur une surface (44, 50) d’un support (42, 5) qui est plane, incurvée en U ou incurvée en V. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface (44, 50) du support (42, 5) comprend en outre une portion en saillie (46, 52) en forme de U ou V et configurée pour définir ladite ligne (P) de pliage. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comprend, à l’étape (a), une étape (i) de préformage d’au moins une partie de l’ébauche fibreuse (200) formée sur ladite portion en saillie (46, 52) en forme de U ou V du support (42, 5). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape (a) est réalisée manuellement ou par une machine (4). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’étape (d) comprend une imprégnation de la préforme fibreuse (220) avec la résine et la polymérisation de la résine par traitement thermique. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que la résine est injectée dans la préforme fibreuse (220) avant l’étape (d), ou l’ébauche fibreuse (200) est préalablement imprégnée avec la résine. Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la résine est thermodurcissable, et est par exemple une résine époxy. Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la résine est thermoplastique, et par exemple une résine polyéther-éther-cétone, le polyaryléthercétone ou le poly-éther-imide. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape (c) d’ajout d’au moins un insert de renfort (232) dans un espace interne (230) délimité par les peaux intrados (222) et extrados (224) de la préforme fibreuse (220), par exemple l’insert de renfort (232) est en mousse, en matériau alvéolaire ou en matériau composite.