Brevet FR3132916A1 — publié le 20230825

Préforme fibreuse d’une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique instrumentée par au moins une fibre optique La présente invention concerne une préforme fibreuse (10) d’une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique comprenant au moins une texture obtenue par tissage tridimensionnel d’une pluralité de torons, la préforme étant caractérisée en ce que lesdits torons tissés comprennent un ou plusieurs torons instrumentés (1 ; 1a) utiles pour le suivi d’un paramètre physique et comprenant une fibre optique formant élément de détection qui est retordue avec un ou plusieurs fils de renfort (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Préforme fibreuse d’une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique instrumentée par au moins une fibre optique L’invention concerne une solution pour permettre le contrôle d’une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique ou d’une préforme de cette pièce mettant en œuvre une ou plusieurs fibres optiques intégrées au tissu formant le renfort fibreux. Le contrôle de santé des structures (« Structural Health Monitoring » ; « SHM ») a pour objectif de maintenir et de prolonger la durée de vie des pièces structurelles, de détecter et prédire leurs défaillances. Les techniques actuelles mettent typiquement en œuvre une instrumentation en surface de la pièce une fois sa fabrication achevée et leur précision et simplicité de mise en œuvre peut être améliorée. Il demeure néanmoins souhaitable de disposer, pour des pièces de soufflante de turbomachine aéronautique, d’une instrumentation fiable et précise ne perturbant pas la réalisation de la pièce afin de mesurer en fonctionnement ou sur banc d’essai différentes grandeurs physiques comme la déformation, la température ou l’accélération subie, ainsi que de suivre la qualité des étapes de fabrication. Une telle instrumentation permettrait, lors d’un évènement imprévu, de pouvoir statuer précisément sur l’état de santé de la pièce et d’agir en conséquence, par exemple d’éviter de changer la pièce à cause d’un diagnostic imprécis (gain de coût et de temps) et d’éviter une éventuelle faille de sécurité à cause d’une anomalie non détectée. L’invention concerne une préforme fibreuse d’une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique, comprenant au moins une texture obtenue par tissage tridimensionnel d’une pluralité de torons, la préforme étant caractérisée en ce que lesdits torons tissés comprennent un ou plusieurs torons instrumentés utiles pour le suivi d’un paramètre physique et comprenant une fibre optique formant élément de détection qui est retordue avec un ou plusieurs fils de renfort. La préforme est instrumentée directement lors de l’opération de tissage avec un impact minimal sur les propriétés textiles du fait du faible diamètre de la fibre optique par rapport au diamètre du toron. La tenue mécanique de la pièce n’est ainsi pas altérée du fait de l’instrumentation. L’invention permet de contrôler de manière fiable l’état de santé de la pièce lors de sa période de service ou lors d’un essai sur banc ou encore de contrôler sa fabrication, notamment l’introduction du matériau de matrice dans la préforme. L’intégration du ou des torons instrumentés lors du tissage permet d’obtenir une instrumentation à cœur de la préforme qui ne risque pas d’être endommagée par les opérations de montage, démontage ou de maintenance. Dans un exemple de réalisation, la fibre optique comprend un cœur présentant au moins un filtre optique à réseau de Bragg. L’emploi d’un filtre optique à réseau de Bragg permet de donner un état particulièrement précis de la santé matière de la pièce ou de la préforme. Dans un exemple de réalisation, les torons tissés comprennent au moins un ensemble de torons instrumentés s’étendant chacun le long d’une première direction du tissage et espacés le long d’une deuxième direction du tissage transversale à la première direction, ledit ensemble comprenant successivement le long de la deuxième direction un premier, un deuxième et un troisième torons instrumentés, une fibre optique du deuxième toron instrumenté étant reliée à une fibre optique du premier toron instrumenté par une première connexion optique et à une fibre optique du troisième toron instrumenté par une deuxième connexion optique décalée de la première connexion optique le long de la première direction. Le fait de connecter les fibres optiques entre elles permet de réduire le nombre d’interrogateurs nécessaires pour procéder au contrôle et, par conséquent, de simplifier la mise en œuvre. En particulier, les première et deuxième connexions optiques peuvent être réalisées par fusion locale. Une telle solution présente l’avantage d’être relativement simple de mise en œuvre sans conduire à un encombrement augmenté du fait de la réalisation des connexions. Dans un exemple de réalisation, les fils de renfort sont en carbone ou en verre. Dans un exemple de réalisation, la préforme est une préforme de carter de soufflante de turbomachine aéronautique. En variante, la préforme est une préforme d’aube de soufflante de turbomachine aéronautique. L’invention concerne également une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique en matériau composite, comprenant une préforme fibreuse telle que décrite plus haut densifiée par une matrice organique. En particulier, la pièce peut en outre être munie sur une surface d’au moins une fibre optique additionnelle formant élément de détection utile pour le suivi du paramètre physique. Ainsi si cela est souhaité, on peut en outre instrumenter la surface de la pièce en matériau composite par une ou plusieurs fibres optiques additionnelles afin d’améliorer la détection. La ou les fibres additionnelles peuvent être collées à la surface, par exemple avec une colle époxy. Cette instrumentation de surface peut en particulier s’appliquer à un carter de soufflante. L’invention concerne également un procédé de suivi d’un paramètre physique dans une préforme fibreuse telle que décrite plus haut ou dans une pièce telle que décrite plus haut, comprenant au moins la détection d’une éventuelle modification du signal optique conduit par la fibre optique à l’aide d’une unité de contrôle, et la détermination d’une information relative au paramètre physique à partir de la détection réalisée. En particulier, le paramètre physique peut être choisi parmi l’un au moins de : la déformation de la pièce en matériau composite, l’application de contraintes mécaniques dans cette pièce, la température imposée à cette pièce ou à la préforme, l’accélération subie par cette pièce, la progression d’un matériau de matrice dans la porosité de cette préforme. La représente, de manière schématique, une préforme de carter de soufflante instrumentée selon un exemple de l’invention. La représente un détail de la préforme de la . La représente, de manière schématique, un exemple de toron instrumenté utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique, un exemple de fibre optique utilisable dans le toron instrumenté de la . La représente la texture à plat destinée à former la préforme de la montrant les connexions entre fibres optiques adjacentes. Les figures 6A-6C sont des graphiques intensité-longueur d’onde relatifs respectivement à une onde incidente en entrée de la fibre optique d’un toron instrumenté utilisable dans le cadre de l’invention, à l’onde transmise en sortie de cette fibre optique et à l’onde réfléchie en entrée de cette fibre optique. Les figures 7A-7B illustrent, de manière schématique, le décalage de la longueur d’onde de l’onde réfléchie en entrée d’une fibre optique d’un toron instrumenté utilisable dans le cadre de l’invention suite à des déformations de cette fibre. La représente, de manière schématique et partielle, une aube de soufflante instrumentée selon un autre exemple de l’invention. Préforme fibreuse (10 ; 40) d’une pièce de soufflante de turbomachine aéronautique, comprenant au moins une texture obtenue par tissage tridimensionnel d’une pluralité de torons, la préforme étant caractérisée en ce que lesdits torons tissés comprennent un ou plusieurs torons instrumentés (1 ; 1a) utiles pour le suivi d’un paramètre physique et comprenant une fibre optique (5) formant élément de détection qui est retordue avec un ou plusieurs fils de renfort (3). Préforme fibreuse (10 ; 40) selon la revendication 1, dans laquelle la fibre optique (5) comprend un cœur (50) présentant au moins un filtre optique (52) à réseau de Bragg. Préforme fibreuse (10 ; 40) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les torons tissés comprennent au moins un ensemble de torons instrumentés (1 ; 1a) s’étendant chacun le long d’une première direction (TR) du tissage et espacés le long d’une deuxième direction (CH) du tissage transversale à la première direction, ledit ensemble comprenant successivement le long de la deuxième direction un premier, un deuxième et un troisième torons instrumentés, une fibre optique (5b) du deuxième toron instrumenté étant reliée à une fibre optique (5a) du premier toron instrumenté par une première connexion (C) optique et à une fibre optique (5c) du troisième toron instrumenté par une deuxième connexion (C) optique décalée de la première connexion optique le long de la première direction. Préforme (10 ; 40) selon la revendication 3, dans laquelle les première et deuxième connexions optiques (C) sont réalisées par fusion locale. Préforme fibreuse (10 ; 40) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les fils de renfort (3) sont en carbone ou en verre. Préforme fibreuse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la préforme est une préforme de carter de soufflante de turbomachine aéronautique. Préforme fibreuse (40) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la préforme est une préforme d’aube de soufflante de turbomachine aéronautique. Pièce de soufflante de turbomachine aéronautique en matériau composite, comprenant une préforme fibreuse (10 ; 40) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 densifiée par une matrice organique. Pièce selon la revendication 8, dans laquelle la pièce est en outre munie sur une surface d’au moins une fibre optique additionnelle formant élément de détection utile pour le suivi du paramètre physique. Procédé de suivi d’un paramètre physique dans une préforme fibreuse (10 ; 40) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 ou dans une pièce selon la revendication 8 ou 9, comprenant au moins la détection d’une éventuelle modification du signal optique conduit par la fibre optique à l’aide d’une unité de contrôle, et la détermination d’une information relative au paramètre physique à partir de la détection réalisée. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le paramètre physique est choisi parmi l’un au moins de : la déformation de la pièce en matériau composite, l’application de contraintes mécaniques dans cette pièce, la température imposée à cette pièce ou à la préforme, l’accélération subie par cette pièce, la progression d’un matériau de matrice dans la porosité de cette préforme.