Brevet FR3163104A1 — publié le 20251212

L’invention concerne un disque (20) pour roue mobile aubagée (12B) de module de turbomachine d’aéronef, le disque s’étendant circonférentiellement autour d’un axe central longitudinal (A1), et comprenant : - une première partie (22a) réalisée dans un premier matériau, et comportant des dents (26) entre lesquelles sont définies des alvéoles pour le logement d’aubes (30) de la roue mobile ; - une seconde partie (22b) réalisée dans un second matériau différent du premier matériau, la seconde partie étant assemblée à la première partie (22a), et définissant au moins partiellement un alésage de disque (44) centré sur l’axe central longitudinal (A1). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 DISQUE POUR UNE ROUE MOBILE AUBAGEE DE MODULE DE TURBOMACHINE D’AERONEF, REALISE A L’AIDE DE PLUSIEURS PARTIES DE DISQUE EN DES MATERIAUX DIFFERENTS La présente invention se rapporte à une turbomachine d’aéronef, de préférence du type turboréacteur ou turbopropulseur. Plus particulièrement, l’invention concerne la conception d’un disque pour une roue mobile aubagée d’un module de turbomachine d’aéronef, par exemple une turbine. Ce type de disque est par exemple connu du document FR 2 825 748 A1. État de la technique antérieure Un disque d’une roue mobile aubagée d’un module de turbomachine d’aéronef est généralement réalisé d’un seul tenant, habituellement à partir d’une pièce brute de fonderie. Le disque constitue une pièce assez volumineuse, avec des formes relativement complexes, notamment de manière à faire apparaitre des alvéoles pour le logement des pied d’aubes, ou encore un alésage central pour le passage de l’arbre ou des arbres moteur. La pièce brute de fonderie doit respecter certaines exigences de qualité afin d’être conservée pour la suite du procédé de fabrication, comprenant notamment des usinages. Par exemple, en cas d’anomalies sur le matériau de la pièce brute, celle-ci peut être amenée à être rejetée en totalité. Or, plus la pièce est volumineuse, plus le risque d’anomalies de ce type s’avère élevé. En outre, la forme et le dimensionnement du disque se trouvent complexifiés par le fait qu’il présente différentes zones soumises à des contraintes diverses. Par exemple, à la périphérie externe du disque, les dents formant les alvéoles se situent proches de la veine des gaz de la turbomachine, et elles sont ainsi potentiellement soumises à de fortes températures. Cette contrainte expose localement le disque à un risque de fluage. Un autre exemple réside dans la périphérie interne du disque, qui définit l’alésage de passage des arbres moteur. Cet alésage constitue une zone de vieillissement accéléré, car présentant une plus faible tenue en fatigue. Tout matériau se trouve plus ou moins adapté à chacune de ces contraintes locales sur le disque. Cela amène, lors de la conception, à prévoir des formes et/ou des dimensionnements particuliers, tenant compte du matériau choisi pour le disque. La conception qui en résulte nécessite donc encore d’être améliorée. Pour répondre au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l’art antérieur, l’invention a tout d’abord pour objet un disque pour une roue mobile aubagée de module de turbomachine d’aéronef, le disque s’étendant circonférentiellement autour d’un axe central longitudinal, et comprenant : - une première partie réalisée dans un premier matériau, et comportant des dents entre lesquelles sont définies des alvéoles pour le logement d’aubes de la roue mobile ; - une seconde partie réalisée dans un second matériau différent du premier matériau, la seconde partie étant assemblée à la première partie, et définissant au moins partiellement un alésage central de disque centré sur l’axe central longitudinal. L’invention prévoit avantageusement de réaliser le disque en plusieurs parties formées dans différents matériaux. Chaque partie du disque peut ainsi être réalisée à partir d’une pièce brute, par exemple de fonderie, de plus petite dimension que dans l’art antérieur. Cela réduit les risques d’anomalies sur le matériau, et en cas de nécessité de mise au rebut, le volume de la pièce brute défectueuse présente avantageusement un plus faible volume, entraînant de ce fait une perte limitée. En outre, la dissociation du disque en plusieurs parties assemblées les unes aux autres, permet d’adapter au mieux le matériau de chacune de ces parties, en fonction des contraintes locales. Par exemple, pour l’une des parties, il peut être judicieux de privilégier la tenue au fluage plutôt que la tenue à la fatigue, et réciproquement pour une autre partie du disque, avec pour conséquence une durée de vie accrue pour l’ensemble du disque. La conception du disque peut ainsi être améliorée en matière de formes et de dimensionnements, impliquant une réduction de sa masse globale. A ce titre, l’invention correspond par conséquent à un résultat de recherches technologiques visant à améliorer de manière significative les performances des aéronefs et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental de ces aéronefs (décarbonation). L’invention prévoit de préférence au moins l’une quelconque des caractéristiques techniques optionnelles suivantes, mises en œuvre isolément ou en combinaison. De préférence, les première et seconde parties sont annulaires, centrées sur l’axe central longitudinal. Alternativement, ces parties pourraient ne constituer que des secteurs annulaires du disque, sans sortir du cadre de l’invention. De préférence, le disque comporte également une troisième partie, de préférence réalisée dans le second matériau, et définissant également au moins partiellement l’alésage de disque. De préférence, les seconde et troisième parties enserrent axialement la première partie du disque, la première partie comprenant une portion radialement interne de fixation, enserrée axialement entre deux portions radialement externes de fixation appartenant respectivement aux seconde et troisième parties, les portions radialement interne et externes de fixation étant équipées de moyens de retenue radiale de la première partie relativement aux seconde et troisième parties. De préférence, les seconde et troisième parties présentent chacune la forme d’un disque avec un moyeu et une jante, et elles constituent de préférence deux pièces symétriques ou sensiblement symétriques par rapport à un plan radial d’interface de montage entre ces deux parties. De préférence, le disque comporte des moyens de fixation de la seconde partie sur la troisième partie, lesdits moyens de fixation traversant également de préférence la première partie, afin de renforcer l’assemblage entre les parties du disque. Préférentiellement, comme évoqué ci-dessus, le premier matériau présente une tenue au fluage supérieure à celle du second matériau, et/ou le second matériau présente une tenue à la fatigue supérieure à celle du premier matériau. De préférence, les moyens de retenue radiale de la première partie, relativement aux seconde et troisième parties, comprennent d’une part, des bourrelets ou des nervures annulaires, et, d’autre part, des gorges annulaires configurées pour coopérer de façon complémentaire avec les bourrelets ou les nervures annulaires. De préférence, les moyens de retenue radiale sont agencés d’une part, radialement à l’intérieur et, d’autre part, radialement à l’extérieur vis-à-vis desdits moyens de fixation. L’invention a également pour objet une roue mobile aubagée de module de turbomachine d’aéronef, comprenant un tel disque, ainsi que des aubes mobiles logées dans les alvéoles de la première partie, la roue mobile comprenant également, de préférence, un flasque de maintien d’un anneau de rétention axiale des aubes mobiles. De préférence, les moyens de fixation de la seconde partie sur la troisième partie traversent également le flasque de maintien de l’anneau de rétention axiale, afin de rendre la roue encore plus légère et compacte. L’invention a également pour objet un module de turbomachine d’aéronef comprenant au moins une telle roue mobile, le module étant préférentiellement une turbine, et encore plus préférentiellement une turbine basse pression. L’application de l’invention à un compresseur demeure également possible. Enfin, l’invention a aussi pour objet une turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un tel module. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est une vue schématique en coupe axiale d’un turboréacteur selon l’invention ; FIG. 2 est une vue en demi-coupe axiale d’une partie d’un étage de turbine de la turbomachine représentée sur la figure précédente, l’étage de turbine comprenant une roue mobile se présentant sous la forme d’un mode de réalisation préféré de l’invention ; FIG. 3 est une vue agrandie en perspective d’une première partie du disque montré sur la FIG. 2 ; FIG. 4 est une vue agrandie en perspective d’une seconde et d’une troisième partie du disque montré sur la FIG. 2 ; et FIG. 5 est une vue agrandie en perspective du disque obtenu par l’assemblage des première, seconde et troisième parties de disque montrées sur les figures 3 et 4. Description détaillée de modes de réalisation Les figures comprennent un référentiel L, R et C définissant respectivement des directions longitudinale, radiale et circonférentielle orthogonales entre elles, ces directions correspondant à celles d’un turboréacteur 1 d’aéronef selon l’invention. La FIG. 1 représente le turboréacteur 1 d’aéronef, disposant de préférence d’une conception du type à double corps et à double flux. Cependant, d’autres types de turboréacteurs sont possibles, tout comme des turbomachines autres que des turboréacteurs, comme des turbopropulseurs. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à une direction principale D1 d’écoulement des gaz à travers le turboréacteur 1, lorsque celui-ci est en fonctionnement de poussée directe. La direction D1 est parallèle à la direction longitudinale L, et également parallèle à un axe longitudinal A1 du turboréacteur, autour duquel s’étendent ses différents composants. En l’occurrence, de l’amont vers l’aval du turboréacteur 1, il s’agit d’une soufflante 4, d’un compresseur basse pression 5, d’un compresseur haute pression 6, d’une chambre de combustion 7, d’une turbine haute pression 8 et d’une turbine basse pression 9. Lors du fonctionnement du turboréacteur 1, un écoulement d’air 10 pénètre dans le turboréacteur 1 par une entrée d’air 3, traverse la soufflante 4, puis se divise en un flux primaire 10A central et un flux secondaire 10B. Le flux primaire 10A s’écoule dans une veine principale 11A de circulation des gaz traversant les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7, et les turbines 8 et 9. Le flux secondaire 10B s’écoule quant à lui dans une veine secondaire 11B entourant la veine principale 11A, également dite veine primaire, ou encore veine d’écoulement aérodynamique. De manière connue en soi, une turbine telle que la turbine haute pression 8 ou la turbine basse pression 9 comporte un ou plusieurs étages 12. Chaque étage 12 comprend un ensemble statorique 12A comprenant un distributeur 29, aussi appelé couronne aubagée de stator, et une roue mobile 12B, agencée directement en amont de l’ensemble 12A. Un tel étage 12 est représenté sur la FIG. 2 . En référence à présent aux figures 2 à 5, il va être décrit la roue mobile 12B de turbine, ici de préférence intégrée à la turbine haute pression. L’une des particularités de l’invention réside dans le fait que la roue mobile 12B comporte un disque de turbine 20 centré sur l’axe A1 autour duquel il s’étend selon la direction C, et réalisé par l’assemblage de plusieurs parties en matériaux différents. Dans le mode de réalisation préféré qui est décrit ci-dessous, il s’agit de trois parties distinctes assemblées les unes aux autres, chacune obtenue séparément, par exemple à partir de pièces brutes de fonderie. Plus précisément, le disque 20 comporte tout d’abord une première partie 22a, de forme annulaire centrée sur l’axe A1, et réalisée dans un premier matériau. Cette première partie 22a forme la périphérie extérieure du disque 20, en définissant en particulier des dents radiales 26 entre lesquelles sont définies des alvéoles 28 pour le logement d’aubes 30 de la roue mobile. Les alvéoles 28 sont ainsi espacées circonférentiellement les unes des autres, en étant chacune ouverte axialement, de préférence dans les deux sens. De manière connue, chaque alvéole 28 adopte une forme adaptée de manière à pouvoir loger et retenir radialement le pied d’une aube 30, de forme complémentaire. Pour ce faire, le pied d’aube est par exemple en forme de bulbe, ou bien il forme avec l’alvéole 28 une attache dite « attache sapin ». La première partie 22a comporte un support 32 des dents 26, le support 32 étant annulaire et situé radialement vers l’intérieur par rapport aux dents 26. Le support 32 forme ainsi le fond radial des alvéoles. De plus, la première partie 22a comporte, en saillie radialement vers l’intérieur à partir du support de dents 32, une portion radialement interne de fixation 34. Cette portion de fixation 34 présente une épaisseur axiale inférieure à celle du support 32. L’épaisseur axiale est définie entre les deux surfaces opposées 36 de la portion de fixation 34, chacune équipée d’organes 40 de rétention radiale de cette première partie 22a du disque. Les organes de rétention 40 sont ici des bourrelets ou des nervures annulaires, ou toute autre forme de saillie axiale. En outre, la portion radialement interne de fixation 34 est traversée par des trous de passage 42, d’orientation axiale et espacés circonférentiellement les uns des autres. Le disque 20 comprend également deux autres parties, à savoir une seconde partie 22b et une troisième partie 22c. Ces deux parties 22b, 22c sont préférentiellement de formes symétriques ou sensiblement symétriques par rapport à un plan transversal médian du disque et de la roue, correspondant également à un plan radial d’interface entre ces deux parties. Aussi, les seconde et troisième parties 22b, 22c présentent chacune la forme d’un disque avec un moyeu et une jante, et elles constituent de préférence deux pièces symétriques ou sensiblement symétriques par rapport à un plan radial d’interface de montage entre ces deux parties 22b, 22c. Par conséquent, dans ce qui suit, seule l’une des seconde et troisième parties 22b, 22c sera décrite, tandis que sur les figures, les portions symétriques des deux parties 22b, 22c porteront des références numériques avec l’extension « b » pour la seconde partie 22b, et avec l’extension « c » pour la troisième partie 22c. Ainsi, chacune des seconde et troisième parties 22b, 22c présente une forme annulaire centrée sur l’axe A1, et réalisée dans un second matériau différent du premier matériau utilisé pour la première partie. Chacune d’elles définit une partie 44b, 44c d’un alésage central de disque 44 centré sur l’axe A1, cet alésage central permettant le passage axial d’un ou plusieurs arbres moteur 46 à travers le disque. L’alésage 44 est défini au niveau d’une périphérie intérieure des parties 22b, 22c. Il s’agit d’une zone du disque qui est surépaissie axialement, pour se rétrécir ensuite en allant radialement vers l’extérieur. Chacune des deux parties 22b, 22c comporte donc une extrémité radialement interne d’épaisseur axiale maximale, qui se rétrécit ensuite en allant radialement vers l’extérieur. Il est aussi prévu une portion radialement externe de fixation 48b, 48c, d’épaisseur axiale réduite, et se projetant radialement vers l’extérieur. Depuis la base radialement interne de ces deux portions 48b, 48c, et jusqu’à l’extrémité radialement externe de celles-ci, il est réalisé deux évidements axiaux 50b, 50c qui se font face, de manière à former conjointement un espace de logement de la portion radialement interne de fixation 34 de la première partie 22a. Les deux portions de fixation 48b, 48c présentent respectivement deux surfaces qui se font face axialement, et qui délimitent donc l’espace de logement précité. Ces deux surfaces sont chacune équipée d’organes 52b, 52c de rétention radiale de la première partie 22a du disque. Les organes de rétention complémentaires 52b, 52c sont ici des gorges annulaires, destinées à recevoir les organes 40 en forme de bourrelets de la première pièce 22a. Bien entendu, une disposition inversée des organes 40, 52b, 52c pourrait être prévue, sans sortir du cadre de l’invention. En outre, chaque portion radialement externe de fixation 48b, 48c est traversée par des trous de passage 54b, 54c, d’orientation axiale et espacés circonférentiellement les uns des autres. En configuration assemblée du disque telle que représentée sur les figures 2 et 5, la portion radialement interne de fixation 34 est enserrée axialement entre les deux portions radialement externes de fixation 48b, 48c. De plus, l’épaisseur axiale cumulée de ces trois portions enserrées 34, 48b, 48c est égale ou sensiblement égale à l’épaisseur axiale du support de dents 32 de la première partie 22a. D’ailleurs, comme cela est visible sur les figures, les potions 48b, 48c présentent une extrémité radialement externe qui s’étend radialement jusqu’au support de dents 32 de la première partie 22a. Cela contribue à l’obtention d’un disque 20 de forme compacte, et d’épaisseur axiale relativement homogène. Lorsque la portion radialement interne de fixation 34 est enserrée axialement entre les deux portions radialement externes de fixation 48b, 48c, les organes de rétention 40, 52b, 52c coopèrent deux à deux de façon à former des moyens de retenue radiale de la première partie 22a, relativement aux seconde et troisième parties 22b, 22c. Pour réaliser l’enserrement précité, le disque 20 comprend des moyens de fixation sous forme de boulons axiaux 56, ou d’éléments de fixation analogues, comme des rivets. Les boulons 56 traversent chacun trois trous de passage alignés 54b, 42, 54c, de manière à appliquer un effort de serrage axial de trois portions de fixation 48b, 34, 48c empilées axialement. De plus, les moyens précités de retenue radiale 40, 52b, 52c peuvent être agencés radialement de part et d’autre des boulons. Cela conduit à prévoir un ou plusieurs assemblages 40, 52a, 52b radialement vers l’extérieur par rapport à ces boulons 56, ainsi qu’un ou plusieurs assemblages 40, 52a, 52b radialement vers l’intérieur par rapport à ces mêmes boulons 56. La roue mobile 12B est complétée par un flasque 58 représenté sur la FIG. 2 , de préférence agencé à l’amont du disque 20. Ce flasque 58 permet, si besoin, de canaliser un flux d’air de refroidissement le long du disque. A son extrémité radialement externe, il assure le maintien en position d’un anneau 60 de rétention axiale des aubes mobiles 30. Cet anneau 60, de façon connue, est agencé en regard des dents et des alvéoles du disque de turbine 20, afin d’éviter que les pieds d’aubes ne s’échappent axialement de leurs alvéoles. De plus, l’anneau 60 qui est plaqué contre le disque 20, se trouve également logé dans un crochet 63 de la plateforme des aubes. Cela permet la rétention axiale des aubes dans les deux sens. Une autre particularité de l’invention réside dans le fait que le flasque 58 est monté sur le disque à l’aide des mêmes boulons 56 que ceux qui assurent l’assemblage des parties du disque. Par conséquent, ces boulons 56 traversent également des trous de passage réalisés dans le flasque 58, par exemple au niveau d’une extrémité radialement interne de celui-ci. De manière optionnelle, ces boulons 56 peuvent également assurer le montage d’un système d’équilibrage 62 de la roue mobile 12B. Comme indiqué précédemment, les deux matériaux utilisés sont différents. De préférence, le premier matériau présente une tenue au fluage supérieure à celle du second matériau, car la première partie 22a du disque se situe plus proche de la veine primaire que les seconde et troisième parties 22b, 22c, et elle se trouve de ce fait davantage exposée aux fortes températures du flux primaire. En outre, le second matériau présente une tenue à la fatigue supérieure à celle du premier matériau, car la première partie 22a est moins sensible en fatigue que ne peuvent l’être les seconde et troisième parties 22b, 22c, notamment en raison de la présence de l’alésage central 44 sur ces dernières. A titre d’exemples non limitatifs, les deux matériaux sont préférentiellement métalliques, par exemple des alliages résistants à chaud en base Nickel ou Cobalt. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite uniquement à titre d’exemples non limitatifs, et dans la limite de la portée des revendications annexées. Disque (20) pour une roue mobile aubagée (12B) de module de turbomachine d’aéronef, le disque s’étendant circonférentiellement autour d’un axe central longitudinal (A1), et étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une première partie (22a) réalisée dans un premier matériau, et comportant des dents (26) entre lesquelles sont définies des alvéoles (28) pour le logement d’aubes (30) de la roue mobile ; - une seconde partie (22b) réalisée dans un second matériau différent du premier matériau, la seconde partie (22b) étant assemblée à la première partie (22a), et définissant au moins partiellement un alésage central de disque (44) centré sur l’axe central longitudinal (A1). Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde parties (22a, 22b) sont annulaires, centrées sur l’axe central longitudinal (A1). Disque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte également une troisième partie (22c), de préférence réalisée dans le second matériau, et définissant également au moins partiellement l’alésage de disque (44). Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que les seconde et troisième parties (22b, 22c) enserrent axialement la première partie (22a), et en ce que la première partie (22a) comprend une portion radialement interne de fixation (34), enserrée axialement entre deux portions radialement externes de fixation (48b, 48c) appartenant respectivement aux seconde et troisième parties (22b, 22c), les portions radialement interne et externes de fixation (48b, 48c) étant équipées de moyens de retenue radiale (40, 52b, 52c) de la première partie (22a) relativement aux seconde et troisième parties (22b, 22c). Disque selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les seconde et troisième parties (22b, 22c) présentent chacune la forme d’un disque avec un moyeu et une jante, et elles constituent de préférence deux pièces symétriques ou sensiblement symétriques par rapport à un plan radial d’interface de montage entre ces deux parties (22b, 22c). Disque selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de fixation (56) de la seconde partie (22b) sur la troisième partie (22c), lesdits moyens de fixation (56) traversant également de préférence la première partie (22a). Disque selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de retenue radiale (40, 52b, 52c) de la première partie (22a), relativement aux seconde et troisième parties (22b, 22c), comprennent d’une part, des bourrelets ou des nervures annulaires, et, d’autre part, des gorges annulaires configurées pour coopérer de façon complémentaire avec les bourrelets ou les nervures annulaires. Disque selon la revendication 7 combinée à la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de retenue radiale (40, 52b, 52c) sont agencés d’une part, radialement à l’intérieur et, d’autre part, radialement à l’extérieur vis-à-vis desdits moyens de fixation (56). Roue mobile aubagée (12B) de module (8, 9) de turbomachine d’aéronef, comprenant un disque (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ainsi que des aubes mobiles (30) logées dans les alvéoles (28) de la première partie (22a), la roue mobile comprenant également, de préférence, un flasque (58) de maintien d’un anneau de rétention axiale (60) des aubes mobiles (30). Roue mobile selon la revendication 9, combinée à la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de fixation (56) de la seconde partie (22b) sur la troisième partie (22c) traversent également le flasque (58) de maintien de l’anneau de rétention axiale (60). Module (8, 9) de turbomachine d’aéronef comprenant au moins une roue mobile (12B) selon la revendication 9 ou 10, le module étant préférentiellement une turbine basse pression. Turbomachine (1) d’aéronef, comprenant au moins un module (8, 9) selon la revendication précédente.