Brevet FR3152834A1 — publié le 20250314

Ce moyeu de soufflante (8) comprend un corps central (10) annulaire comprenant des bouches radiales (12) configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante, le moyeu de soufflante (8) comprenant en outre une virole amont (14) et une virole aval (16), la virole amont (14) et la virole aval (16) étant chacune annulaire et fixée au corps central (10) par soudage par friction inertielle. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Moyeu de soufflante assemblé par soudage par friction La présente invention concerne les procédés de fabrication de pièces de type « moyeu » de soufflante, ce type de pièce étant l’équivalent des disques de soufflante sur les turboréacteurs. En particulier, la présente invention concerne la fabrication de moyeux de soufflante par soudage par friction. Techniques antérieures Un moyeu de soufflante d’un moteur d’aéronef, typologie de pièce équivalente au disque de soufflante, permet de soutenir les aubes de la soufflante ainsi que certains roulements, les aubes s’étendant radialement au-delà du moyeu de soufflante de manière à former ladite soufflante. Le moyeu de soufflante permet la transmission du couple moteur aux aubes, le moyeu de soufflante étant par ailleurs relié à l’arbre moteur du moteur d’aéronef. Il assure ainsi la propulsion conjointement avec les aubes et le système de calage des aubes situé au cœur du moyeu de soufflante, le système de calage des aubes étant directement relié au pied de chaque aube et les orientant selon une consigne d’entrée. Le moyeu de soufflante est soumis à des contraintes de fabrications majeures afin de garantir la sécurité de l’aéronef et de ses passagers. En particulier, les propriétés mécaniques du moyeu de soufflante doivent empêcher toute rupture de son matériau et/ou tout autre effet hasardeux. Le critère de tenue à la tolérance aux dommages étant l’un des critères majeurs à satisfaire. Il existe actuellement deux méthodes de fabrication différentes pour réaliser un moyeu de soufflante. Une première méthode de fabrication comprend une mise en œuvre par fonderie ainsi qu’une mise en forme par usinages conventionnels. La deuxième méthode de fabrication comprend une mise en œuvre par forgeage ainsi qu’une mise en forme par usinages conventionnels. Pour ces deux méthodes, le moyeu de soufflante réalisé est monobloc et les usinages sont réalisés dans la masse après obtention par fonderie ou forgeage. La première méthode de mise en œuvre par fonderie permet la réalisation de formes plus complexes et plus proches des besoins pour un moyeu de soufflante. Cela permet en outre une optimisation de la quantité de matière nécessaire, et ainsi la réduction des coûts liées à la quantité de matière. Cette méthode nécessite peu d’usinages, ces dernières opérations n’étant nécessaires que pour redessiner les surfaces précises et les interfaces, et est facilement industrialisable. Néanmoins, les performances du matériau en termes de tenue mécanique ne sont pas suffisantes. La deuxième méthode de mise en œuvre par forgeage nécessite de partir d’un bloc de matière dont le volume est plus conséquent que le besoin final, ce qui représente un coût de matière élevé. De plus, le forgeage ne permet pas de retirer autant de matière ni de réaliser des formes complexes optimisés telle que par la fonderie, le moyeu obtenu étant alors plus massif. Néanmoins, le forgeage permet d’obtenir des propriétés mécaniques du matériau supérieures qui sont nécessaires pour la réalisation du moyeu de soufflante : cette méthode est nécessaire car elle garantit la fabrication d’un moyeu de soufflante satisfaisant les critères de sécurité requis dans le milieu aéronautique. On a représenté schématiquement sur la FIG. 1 un bloc de matière 2 à partir duquel peut être forgé un moyeu de soufflante 4. La FIG. 1 représente plus précisément une coupe radiale du bloc de matière laissant apparaitre une bouche radiale 6 configurée pour maintenir en position une aube de soufflante. La deuxième méthode présente d’autres inconvénients, tels que la nécessité de trouver un forgeron capable ainsi que la dégradation des propriétés du matériau au cœur du bloc de matière. En effet, cette deuxième méthode implique une étape de trempe du bloc de matière, qui modifie différemment les propriétés de la matière située sur l’extérieur du bloc de matière des propriétés de la matière située à l’intérieur, par exemple au point P, en raison de sa trop grande massivité. Les propriétés de la matière s’en trouvent amoindries nuisant à la sécurité des vols de l’aéronef. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un moyeu de soufflante répondant parfaitement aux besoins liés à la sécurité des vols avec des caractéristiques matériaux suffisantes, et permettant une production industrielle à grande échelle avec des coûts de production jugés acceptables. La présente invention a pour objet un moyeu de soufflante comprenant un corps central annulaire comprenant des bouches radiales configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante, le moyeu de soufflante comprenant en outre une virole amont et une virole aval, la virole amont et la virole aval étant chacune annulaire et fixée au corps central par soudage par friction inertielle. Ainsi, la solution proposée permet d’assembler un moyeu de soufflante avec plusieurs parties, permettant d’obtenir les meilleures propriétés mécaniques du matériau sans abattement lié à la massivité, un gain en masse, et une industrialisation possible à faible coût. La séparation en trois parties permet également d’obtenir une accessibilité plus aisée pour des opérations d’usinage avant l’assemblage. Avantageusement, le corps central, la virole amont et la virole aval sont chacun réalisés indépendamment par forgeage. Avantageusement, chaque bouche radiale comprend un ensemble de cales configuré pour positionner et maintenir une aube de soufflante dans une position fixe radialement par rapport à l’axe de rotation de ladite soufflante, de sorte que ladite aube de soufflante ne s’échappe pas lorsqu’elle est soumise à une force centrifuge due à la rotation de ladite soufflante. Avantageusement, le moyeu de soufflante comprend au moins deux chapes de reprise d’efforts tangentiels fixées à la virole amont, au moins une chape de reprise d’efforts tangentiels étant une chape de secours. Avantageusement, les chapes de reprise d’efforts tangentiels sont fixées à la virole amont par soudage par friction linéaire. Avantageusement, la virole aval est reliée mécaniquement à une pièce transmettant le couple moteur. Avantageusement, le corps central comprend du titane et/ou un alliage d’aluminium. La présente invention a également pour objet un moteur d’aéronef comprenant un moyeu de soufflante tel que défini précédemment. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un moyeu de soufflante tel que défini précédemment, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Réalisation du corps central, de la virole amont et de la virole aval à partir de trois blocs de matière ; et - Fixation de la virole aval et de la virole amont au corps central par soudage par fiction inertielle. Avantageusement, l’étape de réalisation du corps central, de la virole amont et de la virole aval est effectuée par forgeage et comprend une étape de traitement thermique. Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape de fixation des chapes de reprise d’efforts tangentiels à la virole amont par soudage par friction linéaire. La présente invention a donc pour objet un moyeu de soufflante obtenu directement par le procédé défini précédemment. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 dont il a déjà été fait mention est une vue schématique en coupe d’un bloc de matière à partir duquel peut être forgé un moyeu de soufflante selon l’état de la technique ; FIG. 2 est une vue schématique d’un moyeu de soufflante selon l’invention ; FIG. 3 est un détail de la FIG. 2 ; FIG. 4 est une vue schématique en coupe d’un bloc de matière à partir duquel peut être forgé un corps central d’un moyeu de soufflante selon l’invention ; et FIG. 5 est une représentation schématique des étapes du procédé de fabrication d’un moyeu de soufflante selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté schématiquement sur la FIG. 2 un moyeu de soufflante 8, typologie de pièce équivalente au disque de soufflante, selon l’invention. On a également représenté schématiquement sur la FIG. 3 un détail de la FIG. 2 coupé radialement. Le moyeu de soufflante 8 est destiné à être installé dans une soufflante d’un moteur d’aéronef, la soufflante comprenant un système de calage d’aubes positionné au centre du moyeu de soufflante 8. Le moyeu de soufflante 8 permet notamment la transmission du couple moteur en reliant une pièce transmettant le couple moteur aux aubes de soufflantes. Le moyeu de soufflante 8 a pour axe central l’axe de rotation de la soufflante. Le moyeu de soufflante 8 comprend un corps central 10 annulaire comprenant une pluralité de bouches radiales 12 configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante et des roulements associés permettant la rotation de l’aube de soufflante (non représentés). Chaque bouche radiale 12 est configurée pour maintenir en position une aube de soufflante, autrement dit comprend un ensemble de cales positionnant et maintenant ladite aube de soufflante dans une position radiale par rapport à l’axe de rotation de ladite soufflante. Chaque aube de soufflante est également maintenue fixe radialement par l'ensemble de cales, de sorte qu’elle ne s’échappe pas lorsqu’elle est soumise à une force centrifuge due à la rotation de la soufflante. Le moyeu de soufflante 8 comprend en outre une virole amont 14 et une virole aval 16. Les viroles amont 14 et aval 16 sont annulaires et ont un diamètre sensiblement égal au diamètre du corps central 10. Le corps central 10 comprend une extrémité amont 18 destinée à être positionnée vers l’avant du moteur d’aéronef lorsque le moyeu de soufflante 8 est installé dans le moteur d’aéronef. De manière analogue, le corps central 10 comprend également une extrémité aval 20 destinée à être positionnée vers l’arrière du moteur d’aéronef. La virole amont 14 est fixée à l’extrémité amont 18 du corps central 10 par soudage par friction inertielle. De manière analogue, la virole aval 16 est fixée à l’extrémité aval 20 du corps central 10 par soudage par friction inertielle. La virole aval 16 est par exemple reliée mécaniquement à une pièce transmettant le couple moteur du moteur d’aéronef, de manière à transmettre le couple moteur au corps central 10 et aux aubes de soufflante. Le soudage par friction inertielle est effectué par mise en contact d’une surface annulaire de la virole amont 14 et d’une surface annulaire de la virole aval 16 avec le corps central 10, ainsi que par rotation des viroles amont 14 et aval 16 par rapport au corps central 10, de sorte que la chaleur dégagée par le frottement des surfaces contre le corps central 10 permet la formation de soudures 22. Avant le soudage par friction inertielle, le corps central 10, la virole amont 14 et la virole aval 16 sont chacun réalisé par forgeage. Le forgeage permet d’obtenir des propriétés mécaniques du matériau supérieures qui sont nécessaires pour satisfaire les critères de sécurité requis dans le milieu aéronautique. Des variantes au forgeage peuvent également être utilisées si les propriétés de la matière finale satisfont les critères de sécurité requis par les normes aéronautiques. Dans des modes de réalisations particuliers, le corps central 10, la virole amont 14 et la virole aval 16 comprennent les mêmes matériaux, ou des matériaux différents en fonction des besoins. Dans un mode de réalisation particulier, le corps central 10 et/ou la virole amont 14 et/ou la virole aval 16 comprend du titane et/ou un alliage d’aluminium. Le titane et/ou un alliage d’aluminium permettent en particulier de faciliter le recyclage des chutes de matières inutilisées lors du forgeage. Optionnellement le moyeu de soufflante 8 comprend une ou plusieurs chapes 24 de reprise d’efforts tangentiels, les chapes 24 étant par exemple fixées sur la virole amont 14. Dans un mode particulier de réalisation, les chapes 24 sont fixées sur la virole amont 14 par soudage par friction linéaire. Le soudage par friction linéaire est effectué par mise en contact d’une surface de la virole amont 14 tournée vers le centre de l’anneau formé par ladite virole amont 14 et d’une surface de chaque chape 24, puis par frottement linéaire des chapes 24 contre la virole amont 14, de sorte que la chaleur dégagée par le frottement des surfaces permet la formation d’une soudure 26. Le soudage par friction linéaire est avantageux, notamment par rapport à une simple liaison boulonnée, la soudure 26 étant plus résistante et permettant de diminuer la masse du moyeu de soufflante 8 tout en raidissant et permettant de rendre plus robuste l’interface entre la virole amont 14 et les chapes 24 de reprise d’efforts tangentiels. Une chape 24 de reprise d’efforts tangentiels comprend plus précisément un corps 28 au bout duquel est fixé un moyen de liaison 30. Le moyen de liaison 30 permet de relier mécaniquement un système de calage des aubes (non représenté) situé au centre du moyeu de soufflante 8 à la virole amont 14, de manière à éviter le vrillage des aubes ou de la soufflante. Les efforts tangentiels ont pour direction des cercles concentriques autour de l’axe central du moyeu de soufflante 8. Le moyeu de soufflante 8 comprend une chape 24 de reprise d’efforts tangentiels, et une seconde chape de secours 24B de reprise d’efforts tangentiels, cette chape de secours 24B n’étant utilisée que lorsque la chape 24 de reprise d’efforts tangentiels est défaillante. On a représenté schématiquement sur la FIG. 4 un bloc de matière 32 à partir duquel peut être forgé le corps central 10 du moyeu de soufflante 8. La FIG. 4 représente plus précisément une coupe radiale du bloc de matière 32 laissant apparaitre une bouche radiale 12 configurée pour maintenir en position une aube de soufflante. Les viroles amont 14 et aval 16 étant fixées ultérieurement, le bloc de matière 32 est moins massif que le bloc de matière 2 illustré sur la FIG. 1 . Moins de matière est donc utilisée et le temps de forgeage puis d’usinage est réduit. De plus, dans le cas où le forgeage du bloc de matière 32 comprend une étape de trempage dudit bloc de matière, le point P sera plus proche de l’extérieur du bloc de matière 32 que dans le bloc de matière 2 illustré sur la FIG. 1 . L’invention permet donc d’atteindre les propriétés matériau nécessaires à la sécurité des vols de l’aéronef contrairement aux caractéristiques matériau obtenues issus de la pièce correspondant à l’exemple de la FIG. 1 . Le moyeu de soufflante 8 est en particulier réalisé par le procédé de fabrication 34 dont les étapes sont illustrées sur la FIG. 5 . Dans une première étape 36, on réalise le corps central 10, la virole amont 14 ainsi que la virole aval 16 à partir de trois blocs de matières, dont le bloc de matière 32. Cette étape 36 est réalisée par forgeage et comprend une étape 38 de traitement thermique de type trempage afin d’améliorer les caractéristiques matériau, notamment la résistance élastique. Un usinage plus précis du corps central 10, de la virole amont 14 ainsi que de la virole aval 16 peut également être effectué afin de réaliser certains détails sur ces pièces. Puis on effectue une étape 40 de fixation de la virole aval 16 ainsi que de la virole amont 14 au corps central 10 par soudage par friction inertielle. Enfin, une étape 42 de fixation d’une chape 24 de reprise d’efforts tangentiels à la virole amont 14 peut être réalisée. Cette étape 42 de fixation est par exemple réalisée par soudage par friction linéaire. Moyeu de soufflante (8), caractérisé en ce qu’il comprend un corps central (10) annulaire comprenant des bouches radiales (12) configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante, le moyeu de soufflante (8) comprenant en outre une virole amont (14) et une virole aval (16), la virole amont (14) et la virole aval (16) étant chacune annulaire et fixée au corps central (10) par soudage par friction inertielle. Moyeu de soufflante (8) selon la revendication 1, dans lequel le corps central (10), la virole amont (14) et la virole aval (16) sont chacun réalisés indépendamment par forgeage. Moyeu de soufflante (8) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque bouche radiale (12) comprend un ensemble de cales configuré pour positionner et maintenir une aube de soufflante dans une position fixe radialement par rapport à l’axe de rotation de ladite soufflante, de sorte que ladite aube de soufflante ne s’échappe pas lorsqu’elle est soumise à une force centrifuge due à la rotation de ladite soufflante. Moyeu de soufflante (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant au moins deux chapes (24 ; 24B) de reprise d’efforts tangentiels fixées à la virole amont, au moins une chape de reprise d’efforts tangentiels étant une chape de secours (24B). Moyeu de soufflante (8) selon la revendication 4, dans lequel les chapes (24 ; 24B) de reprise d’efforts tangentiels est fixée à la virole amont (14) par soudage par friction linéaire. Moyeu de soufflante (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la virole aval (16) est reliée mécaniquement à une pièce transmettant le couple moteur. Moyeu de soufflante (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le corps central (10) comprend du titane et/ou un alliage d’aluminium. Moteur d’aéronef caractérisé en ce qu’il comprend un moyeu de soufflante (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Procédé (34) de fabrication d’un moyeu de soufflante (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Réalisation du corps central (10), de la virole amont (14) et de la virole aval (16) à partir de trois blocs de matière (étape 36) ; et Fixation de la virole aval (16) et de la virole amont (14) au corps central (10) par soudage par fiction inertielle. Procédé (34) selon la revendication 9, dans lequel l’étape (36) de réalisation du corps central (10), de la virole amont (14) et de la virole aval (16) est effectuée par forgeage et comprend une étape (38) de traitement thermique, le procédé comprenant en outre une étape (42) de fixation d’une chape (24 ; 24B) de reprise d’efforts tangentiels à la virole amont (14) par soudage par friction linéaire.