Brevet FR3127017A1 — publié le 20230317

L’invention concerne un bouclier de protection (26) pour un bord d’attaque (23) d’une aube (20) pour une turbomachine (1) d’aéronef, le bouclier de protection (26) présentant une forme allongée suivant une direction longitudinale (Z) et présentant une section en forme de dièdre, le bouclier de protection (26) comprenant : - une première ailette latérale (26a), - une seconde ailette latérale (26b), - une portion centrale (26c) reliant les première et seconde ailettes latérales (26a, 26b), - une cavité de réception (29) qui est destinée à recevoir le bord d’attaque (23) et qui est délimitée par les première et seconde ailettes latérales (26a, 26b), et - une cavité d’ajustement (28) ménagée dans la portion centrale (26c) et s’étendant suivant la direction longitudinale (Z) sur au moins une partie du bouclier de protection (26), la cavité d’ajustement (28) débouchant sur une extrémité du bouclier de protection (26). Figure d’abrégé : figure 3a BOUCLIER DE PROTECTION POUR UN BORD D’ATTAQUE D’UNE AUBE, AUBE ASSOCIEE ET PROCEDE DE FABRICATION DU BOUCLIER Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine technique des boucliers de protection pour le bord d’attaque des aubes. Les aubes sont en particulier des aubes pour les turbomachines d’aéronef. L’invention concerne également le domaine technique des procédés de fabrication de ces boucliers de protection. Arrière-plan technique De manière bien connue, une turbomachine d’aéronef s’étend selon un axe longitudinal et comprend d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre annulaire de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression et enfin une tuyère d’échappement des gaz. La soufflante est composée d’un disque central tournant autour d’un axe de rotation. L’axe de rotation est par exemple l’axe longitudinal de la turbomachine. Le disque central est surmonté par une pluralité d’aubes permettant la compression initiale de l’air entrant dans la turbomachine. Les aubes sont éventuellement entourées par un carter de rétention permettant de retenir les aubes en cas de rupture de ces dernières. Une aube de soufflante est généralement composée d’une pale présentant un profil aérodynamique comprenant un bord d’attaque et un bord de fuite reliés par une face intrados et une face extrados opposée à la face intrados. La pale comprend par ailleurs une extrémité supérieure et une extrémité inférieure opposée reliée à un pied. Le pied est destiné à coopérer avec une alvéole correspondante du disque central pour fixer l’aube sur le disque central. Par ailleurs, afin de réduire le poids de la soufflante, la pale est par exemple réalisée en un matériau composite, typiquement un matériau composite à matrice organique (CMO). Le matériau composite comprend une matrice polymérique, par exemple une matrice thermoplastique ou thermodurcissable et des fibres, telles que des fibres de carbone ou des fibres de verre, noyées dans la matrice. En outre, afin de protéger le bord d’attaque de l’usure par érosion et/ou de la dégradation causée par des chocs avec des corps étrangers, le bord d’attaque est recouvert d’un bouclier de protection métallique. Le bouclier est assemblé et fixé sur le bord d’attaque par collage. A cet effet, le bord d’attaque ou le bouclier est revêtu d’une couche de colle, puis le bouclier est assemblé sur le bord d’attaque. L’ensemble est ensuite soumis à un traitement thermique afin d’assurer la polymérisation de la couche de colle. Le bouclier est ainsi fixé sur le bord d’attaque. Après la fabrication, chaque aube est montée sur le disque central en fonction de son inertie propre et de son inertie relative par rapport aux aubes voisines. Ce montage méticuleux est classiquement dénommé « équilibrage ». L’équilibrage de la soufflante est primordial pour éviter que la rotation de la soufflante n'induise un effort perpendiculaire à l'axe de rotation et n’use prématurément le disque central et la turbomachine, ainsi que pour un meilleur rendement et une performance optimale. Pour équilibrer la soufflante, il est nécessaire d’équilibrer les forces générées par les aubes relativement à l’axe de rotation. La force générée par une aube est appelée poids moment radial (« radial moment weight » (RMW) en anglais). Le poids moment radial d’une aube est égal à la masse de l’aube multipliée par la distance entre le centre de gravité de l’aube et l’axe de rotation. Lorsque le poids moment radial de chaque aube est égal à celui des autres, alors le rotor de la soufflante est parfaitement équilibré. La durée de vie du rotor dépend en partie de son équilibrage : plus le rotor est équilibré, moins il s’use vite. Cependant, les procédés de fabrication des aubes résultent en une dispersion importante du poids moment radial des aubes. Ainsi, afin d’équilibrer parfaitement le rotor, il est connu d’ajouter des masselottes d’équilibrage dans le cône du module de la soufflante lors du montage de la soufflante sur la turbomachine. Sans un tel équilibrage, un balourd apparait et le rotor s’use de manière prématurée. Cette solution n’est pas entièrement satisfaisante en ce qu’elle permet d’ajuster le poids moment radial sur le jeu d’aubes complet de la soufflante, c’est-à-dire après le montage de la soufflante et non sur les aubes de manière individuelle avant leur montage. Par ailleurs, cette solution met en œuvre des pièces rapportées ce qui complexifie le montage de la soufflante. Par conséquent, la présente invention a pour objectif de remédier aux inconvénients ci-dessus et vise ainsi à fournir des aubes dont la dispersion du poids moment radial est limitée. A cet effet, l’invention propose un bouclier de protection pour un bord d’attaque d’une aube pour une turbomachine d’aéronef, le bouclier de protection présentant une forme allongée suivant une direction longitudinale et présentant une section en forme de dièdre, le bouclier de protection comprenant : - une première ailette latérale, - une seconde ailette latérale, - une portion centrale reliant les première et seconde ailettes latérales, - une cavité de réception qui est destinée à recevoir le bord d’attaque et qui est délimitée par les première et seconde ailettes latérales, et - une cavité d’ajustement ménagée dans la portion centrale et s’étendant suivant la direction longitudinale sur au moins une partie du bouclier de protection, la cavité d’ajustement débouchant sur une extrémité du bouclier de protection. Selon l’invention, le bouclier de protection comprend une cavité d’ajustement qui débouche sur au moins une extrémité du bouclier. Il est alors possible d’ajouter au moins un premier matériau dans la cavité d’ajustement pour ajuster le poids moment radial d’une aube selon un poids moment radial de référence. Le poids moment radial de chaque aube peut alors être ajusté au cas par cas pendant la fabrication de l’aube. Ceci permet de limiter la dispersion du poids moment radial des aubes. Les aubes présentant un poids moment radial correspondant au poids moment radial de référence, les risques de création d’un balourd lors du montage des aubes sur le rotor sont réduits. Le bouclier de protection permet ainsi de s’affranchir de l’étape d’équilibrage de la soufflante par l’ajout de masselottes d’équilibrage. Par ailleurs, pour réaliser l’ajustement du poids moment radial de l’aube, il est nécessaire de déterminer le poids moment radial de l’aube et le comparer au poids moment radial de référence pour en déduire l’ajustement nécessaire. Plus le poids moment radial à ajuster est déterminé de manière précise, plus la dispersion du poids moment radial des aubes sera réduite. La cavité d’ajustement selon l’invention est accessible via l’extrémité du bouclier ce qui permet de réaliser l’ajustement après la fixation du bouclier sur le bord d’attaque. Grâce à l’invention, il est donc possible de déterminer le poids moment radial de l’aube après la fixation du bouclier sur le bord d’attaque. Ceci permet d’augmenter la précision de l’ajustement comparé à une mesure qui serait effectuée avant la fixation du bouclier sur le bord d’attaque. Le bouclier 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 : - la cavité de réception présente un axe d’allongement parallèle à un axe longitudinal de la cavité d’ajustement, les axes d’allongement et longitudinal étant parallèles à la direction longitudinale ; - la cavité de réception présente une section en forme de U ou V comprenant une première paroi formée par la première ailette latérale, une seconde paroi formée par la seconde ailette latérale, et une paroi transversale reliant les première et seconde parois latérales, la paroi transversale séparant la cavité d’ajustement de la cavité de réception ; - la cavité d’ajustement présente une section transversale circulaire, elliptique, ovoïde ou polygonale. L’invention concerne également une aube pour une turbomachine d’aéronef, comprenant : - une pale en matériau composite présentant un bord d’attaque et un bord de fuite reliés par une face intrados et une face extrados opposée à la face intrados, et - un bouclier de protection selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, fixé à la pale, le bord d’attaque étant agencé dans la cavité de réception de ce bouclier de protection. L’aube 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 : - un premier matériau agencé dans la cavité d’ajustement et destiné à ajuster un poids moment radial de l’aube ; - un second matériau agencé dans la cavité d’ajustement, la densité du premier matériau étant différente de la densité du second matériau. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un bouclier de protection selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, comprenant les étapes suivantes : - mettre en forme une première tôle métallique pour former la première ailette latérale et une seconde tôle métallique pour former la seconde ailette latérale, - rapprocher un bord longitudinal de la première tôle métallique d’un bord longitudinal de la seconde tôle métallique de façon à former un V ou un U, - agencer un premier insert entre les première et seconde tôles métalliques, - souder le bord longitudinal de la première tôle métallique au bord longitudinal de la seconde tôle métallique, - agencer un second insert, le premier insert étant séparé du second insert par les bords longitudinaux, et - déposer un matériau d’apport autour du second insert pour former la portion centrale. Le procédé 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 : -- le second insert permet de délimiter la cavité d’ajustement débouchant sur une extrémité du bouclier de protection ; - le matériau d’apport est déposé par soudage ; - les premier et second inserts sont en matériau céramique. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une représentation schématique d’une demi turbomachine d’aéronef ; la est une représentation schématique en perspective d’une aube selon l’invention ; la est une vue partielle en coupe transversale de l’aube de la ; la est une vue schématique partielle de l’aube de la ; la est une vue en coupe transversale du bouclier de protection selon l’invention et équipant l’aube de la ; la est une vue partielle en coupe transversale du bouclier de protection dans une étape du procédé de fabrication ; la est une vue partielle en coupe transversale du bouclier de protection dans une autre étape du procédé de fabrication ; la est un schéma synoptique du procédé de fabrication d’une aube selon l’invention. Bouclier de protection (26) pour un bord d’attaque (23) d’une aube (20) pour une turbomachine (1) d’aéronef, le bouclier de protection (26) présentant une forme allongée suivant une direction longitudinale (Z) et présentant une section en forme de dièdre, le bouclier de protection (26) comprenant : - une première ailette latérale (26a), - une seconde ailette latérale (26b), - une portion centrale (26c) reliant les première et seconde ailettes latérales (26a, 26b), - une cavité de réception (29) qui est destinée à recevoir le bord d’attaque (23) et qui est délimitée par les première et seconde ailettes latérales (26a, 26b), et - une cavité d’ajustement (28) ménagée dans la portion centrale (26c) et s’étendant suivant la direction longitudinale (Z) sur au moins une partie du bouclier de protection (26), la cavité d’ajustement (28) débouchant sur une extrémité du bouclier de protection (26). Bouclier de protection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité de réception (29) présente un axe d’allongement parallèle à un axe longitudinal de la cavité d’ajustement (28), les axes d’allongement et longitudinal étant parallèles à la direction longitudinale (Z). Bouclier de protection selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité de réception (29) présente une section en forme de U ou V comprenant une première paroi formée par la première ailette latérale (26a), une seconde paroi formée par la seconde ailette latérale (26b), et une paroi transversale (26d) reliant les première et seconde parois latérales (26a, 26b), la paroi transversale (26d) séparant la cavité d’ajustement (28) de la cavité de réception (29). Bouclier de protection selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité d’ajustement (28) présente une section transversale circulaire, elliptique, ovoïde ou polygonale. Aube (20) pour une turbomachine (1) d’aéronef, comprenant : - une pale (21) en matériau composite présentant un bord d’attaque (23) et un bord de fuite (24) reliés par une face intrados (25b) et une face extrados (25a) opposée à la face intrados (25b), et - un bouclier de protection (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, fixé à la pale (21), le bord d’attaque (23) étant agencé dans la cavité de réception (29) de ce bouclier de protection (26). Aube selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un premier matériau agencé dans la cavité d’ajustement (28) et destiné à ajuster un poids moment radial de l’aube (20). Aube selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un second matériau agencé dans la cavité d’ajustement (28), la densité du premier matériau étant différente de la densité du second matériau. Procédé de fabrication (200) d’un bouclier de protection (26) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes : - (210) mettre en forme une première tôle métallique (30) pour former la première ailette latérale (26a) et une seconde tôle métallique (31) pour former la seconde ailette latérale (26b), - (220) rapprocher un bord longitudinal (30a) de la première tôle métallique (30) d’un bord longitudinal (31a) de la seconde tôle métallique (31) de façon à former un V ou un U, - (230) agencer un premier insert (32) entre les première et seconde tôles métalliques (30, 31), - (240) souder le bord longitudinal (30a) de la première tôle métallique (30) au bord longitudinal (31a) de la seconde tôle métallique (31), - (250) agencer un second insert (33), le premier insert (32) étant séparé du second insert (33) par les bords longitudinaux (30a, 31a), et - (260) déposer un matériau d’apport (34) autour du second insert (33) pour former la portion centrale (26c). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau d’apport (34) est déposé par soudage. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les premier et second inserts (32, 33) sont en matériau céramique.