Brevet FR3153551A1 — publié le 20250404

L’invention concerne un une pièce forgée (20) pour la fabrication d’un bras structural de carter intermédiaire de turboréacteur d’aéronef, le bras structural comportant un corps comportant une cavité débouchant sur une surface externe du corps et un capot de fermeture fermant ladite cavité, la pièce forgée (20) comportant un corps destiné à former, après usinage, le corps du bras structural, le corps de la pièce forgée (20) comportant une ébauche de cavité (290) destinée à former, après usinage, la cavité du corps du bras structural. Figure 5. Pièce forgée pour la fabrication d’un bras structural de carter intermédiaire de turboréacteur à double flux et procédé de fabrication d’un tel bras structural La présente invention concerne le domaine aéronautique, et plus précisément la fabrication de bras de carter intermédiaire pour turboréacteur à double flux. Etat de la technique On connait des aéronefs propulsés par au moins un ensemble propulsif comportant un turboréacteur à double flux logé dans une nacelle. Chaque ensemble propulsif est rattaché à l’aéronef par un mât situé généralement sous ou sur une aile, ou au niveau du fuselage de l’aéronef. Un turboréacteur à double flux comporte principalement un générateur de gaz et une soufflante. En fonctionnement, un écoulement d'air pénètre dans l’ensemble propulsif par une entrée d’air de la nacelle, est accéléré par la soufflante, puis se divise en un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire s'écoule dans une veine primaire de circulation de gaz traversant le générateur de gaz du turboréacteur. Le flux secondaire s'écoule dans une veine secondaire entourant le générateur de gaz. La veine secondaire est délimitée, radialement vers l'intérieur, en partie par une structure interne de la nacelle qui enveloppe le générateur de gaz, et radialement vers l’extérieur, en partie par une structure externe de la nacelle qui entoure le turboréacteur. Une partie de la veine secondaire est en outre délimitée radialement vers l’extérieur par un carter de soufflante entourant la soufflante, et par un carter intermédiaire, situé en aval du carter de soufflante. Le carter intermédiaire comporte généralement un moyeu et une virole externe, reliée au moyeu par des bras structuraux. Les bras structuraux sont des pièces qui sont creuses, pour optimiser leur masse et/ou pour permettre le passage d’éléments nécessaires au fonctionnement du turboréacteur. Les bras structuraux sont généralement des pièces métalliques, obtenues par usinage d’une pièce forgée. L’objectif de la présente invention est de proposer un bras structural dont les coûts de fabrication soient moindres. A cet effet, l’invention concerne une pièce forgée pour la fabrication d’un bras structural de carter intermédiaire de turboréacteur d’aéronef, le bras structural comportant un corps comportant une cavité débouchant sur une surface externe du corps et un capot de fermeture fermant ladite cavité , la pièce forgée comportant un corps destiné à former, après usinage, le corps du bras structural , le corps de la pièce forgée comportant une ébauche de cavité destinée à former, après usinage, la cavité du corps du bras structural. Ainsi, en prévoyant une pièce forgée comportant une ébauche de cavité destinée à former, après usinage, la cavité interne du bras structural, on diminue la quantité de matière nécessaire pour obtenir la pièce forgée à partir de laquelle sera obtenue la pièce finie, c’est-à-dire le bras structural. Il est ainsi possible de fabriquer la pièce forgée en utilisant un lopin de départ de masse inférieure. En outre, la pièce forgée sera d’autant plus légère et aisée à manipuler. De plus, on diminue la quantité de matière à retirer de la pièce forgée pour obtenir la pièce finie, ce qui permet de réduire le temps d’usinage de la pièce forgée. En allégeant la pièce forgée et en réduisant le temps d’usinage, on réduit significativement les coûts de fabrication d’un bras structural. Selon d’autres caractéristiques de l’invention, la pièce forgée peut comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles, suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles. Selon une caractéristique, l’ébauche de cavité comporte une paroi de fond dans laquelle est ménagé au moins un évidement, destiné à former, après usinage, un renfoncement situé dans la cavité du corps du bras structural et délimité par des éléments de renfort s’étendant en saillie depuis une paroi de fond de la cavité du corps du bras structural. Selon une caractéristique, la pièce forgée comporte au moins deux évidements ménagés dans la paroi de fond, et destinés à former respectivement, après usinage, deux renfoncements situés dans la cavité du corps du bras structural et délimités par des éléments de renfort s’étendant en saillie depuis une paroi de fond de la cavité du corps du bras structural. Selon une caractéristique, le contour extérieur du corps de la pièce forgée présente, par rapport au contour extérieur du corps du bras structural, une surépaisseur supérieure à une surépaisseur minimale, la surépaisseur minimale étant comprise entre 3 mm et 6 mm, et de préférence entre 3,5 mm et 4,5 mm. Selon une caractéristique, une zone concave de la pièce forgée présente un angle de dépouille par rapport à une direction verticale de la pièce forgée, l’angle de dépouille étant supérieur ou égal à 20°, et de préférence supérieur ou égal à 25°. Selon une caractéristique, une zone courbe de la pièce forgée présente un rayon de courbure supérieur ou égal à 6 mm, et par exemple supérieur ou égal à 7 mm. L’invention concerne également un turboréacteur à double flux comportant un carter intermédiaire et au moins un bras structural de carter intermédiaire obtenu à partir d’une pièce forgée conforme à celle définie ci-dessus. L’invention concerne également un aéronef comportant un ou plusieurs turboréacteurs à double flux conformes à celui défini ci-dessus. L’invention concerne également l’utilisation d’une pièce forgée conforme à celle définie ci-dessus pour la fabrication d’un bras structural de carter intermédiaire de turboréacteur d’aéronef. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un bras structural de carter intermédiaire de turboréacteur d’aéronef, le bras structural comportant un corps comportant une cavité débouchant sur une surface externe du corps et un capot de fermeture fermant ladite cavité, le procédé comportant : une étape de forgeage d’une pièce forgée conforme à celle définie ci-dessus ; une étape d’usinage de la pièce forgée ; une étape de fixation du capot de fermeture, par exemple par soudage. FIG. 1 La FIG. 1 est une demie-vue schématique en coupe d’un ensemble propulsif conforme à l’invention. FIG. 2 La FIG. 2 est une vue de dessus d’un bras structural de carter intermédiaire conforme à l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 est une vue partielle en perspective du bras structural de la FIG. 2 , sans capot de fermeture. FIG. 4 La FIG. 4 est une vue de dessus d’une pièce forgée conforme à l’invention, permettant d’obtenir le bras structural de la FIG. 2 . FIG. 5 La FIG. 5 est une vue en perspective de la pièce forgée de la FIG. 4 . FIG. 6 La FIG. 6 est une vue en section de la pièce forgée de la FIG. 5 , dans le plan CC de la FIG. 5 . FIG. 7 La FIG. 7 est un diagramme illustrant les étapes d’un procédé de fabrication conforme à l’invention. La FIG. 1 représente un ensemble propulsif 1 d’aéronef comportant un turboréacteur 2 à double flux et une nacelle 3. Le turboréacteur 2 présente un axe central, ou axe longitudinal X, autour duquel s'étendent ses différents composants. Le turboréacteur est dans l’exemple un turboréacteur à double flux et à double corps. Il comprend, d'amont en aval selon une direction principale F d'écoulement des gaz à travers ce turboréacteur, une soufflante 4, un compresseur basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9. De manière conventionnelle, après avoir traversé la soufflante 4, l'air se divise en un flux primaire A et un flux secondaire B. Le flux primaire A s'écoule dans une veine primaire de circulation des gaz, traversant les compresseurs 5, 6, la chambre de combustion 7 et les turbines 8, 9, avant d’être éjecté vers l’arrière de l’ensemble propulsif 1. Le flux secondaire B s'écoule dans une veine secondaire entourant la veine primaire. La veine secondaire est délimitée, radialement vers l'intérieur, en partie par une structure interne 10 de la nacelle 3 qui entoure une partie du turboréacteur, et, radialement vers l’extérieur, en partie par une structure externe 11 de la nacelle qui entoure la structure interne 10. Une partie de la veine secondaire est en outre délimitée radialement vers l’extérieur par un carter de soufflante 12 entourant la soufflante 4, et par un carter intermédiaire 13, situé en aval du carter de soufflante 12. Le carter intermédiaire 13 comprend une virole extérieure 14 située dans le prolongement aérodynamique aval du carter de soufflante 12. Le carter intermédiaire 13 comporte également un moyeu 15, formé par des flasques transversaux 16, 17 disposés radialement intérieurement par rapport à la virole extérieure 14, le carter intermédiaire 13 comprenant en outre des bras structuraux 18 répartis angulairement et s'étendant radialement pour relier la virole extérieure 14 et le moyeu 15. Le turboréacteur peut par exemple comporter deux, trois ou quatre bras structuraux 18. La FIG. 2 est une vue schématique de côté d’un bras structural 18. Le bras structural 18 comporte un corps 180 et un capot de fermeture 182 fixé au corps 180, par exemple par soudage. Le corps 180 s’étend selon une direction longitudinale L, la direction longitudinale L étant parallèle à une direction radiale du turboréacteur 2 lorsque le bras structural 18 est monté sur le turboréacteur 2. Le bras structural 18 comporte une partie centrale 184 qui est en fonctionnement disposée dans la veine secondaire. La partie centrale 184 s’étend selon la direction longitudinale L entre une première partie d’extrémité 186 radialement interne, ou pied 186, et une deuxième partie d’extrémité 188 radialement externe, ou tête 188. La partie centrale 184 s’étend selon une direction transversale T depuis un bord d’attaque 184a vers un bord de fuite 184b, le bord d’attaque 184a étant disposé dans le turboréacteur 2 en amont du bord de fuite 184b. Comme visible sur la FIG. 3 , qui est une vue en perspective du bras structural 18 de la FIG. 2 sans le capot de fermeture 182, les bras structuraux 18 forment des pièces creuses, afin d’optimiser la masse de ces pièces et/ou de permettre le passage d’éléments nécessaires au fonctionnement du turboréacteur, tels que des câbles électriques (non représentés). Ainsi, le corps 180 comporte une cavité 190 débouchant sur une surface externe 184c de la partie centrale 184. La cavité 190 est délimitée au niveau de la surface externe 184c par une ouverture dont le contour externe 190a est de forme complémentaire du capot de fermeture 182. La cavité 190 comporte une paroi de fond 190b, et, dans l’exemple, deux parois transversales 190c opposées et deux parois longitudinales 190d opposées. Afin d’optimiser le comportant mécanique du bras structural 18, des éléments de renfort 191a, 191b, tels que des nervures 191a, 191b, sont prévus. Les éléments de renfort 191a, 191b sont des éléments s’étendant en saillie depuis la paroi de fond 190b de la cavité 190. Dans l’exemple, les éléments de renfort comportent une nervure longitudinale 191a, s’étendant selon une direction parallèle à la direction longitudinale L du bras structural 18 (ou selon une direction faiblement inclinée par rapport à cette direction, par exemple inclinée de moins de 10°, voire de moins de 5°). Dans l’exemple, les éléments de renfort comportent également des nervures transversales 191b, s’étendant selon une direction parallèle à la direction transversale T du bras structural 18 (ou selon une direction faiblement inclinée par rapport à cette direction, par exemple inclinée de moins de 10°, voire de moins de 5°). Dans l’exemple, il est prévu trois nervures transversales 191b, chacune joignant, à l’une de ses extrémités, la nervure longitudinale 191a. Ainsi, l’ensemble des nervures transversales 191b et de la nervure longitudinale 191a délimitent, avec la paroi de fond 190b de la cavité 190, deux renfoncements 192. Les figures 4 à 6 montrent une pièce forgée 20 conforme à l’invention, utilisée pour la fabrication d’un bras structural 18. La pièce forgée 20 est obtenue par forgeage d’un lopin et constitue un brut de forge, c’est-à-dire que la pièce forgée 20 représentée sur les figures est directement issue de forgeage. Le corps 180 du bras structural 18 de la FIG. 2 est obtenu à partir de la pièce forgée 20 de la FIG. 3 , après une ou plusieurs étapes de fabrication complémentaires, dont au moins une étape d’usinage. La pièce forgée 20 comporte un corps 280 comportant une partie centrale 284, formant, après usinage de la partie centrale 284 et fixation d’un capot de fermeture 182, la partie centrale 184 du bras structural 18. La partie centrale 284 s’étend selon la direction longitudinale L entre une première partie d’extrémité 286 radialement interne, et une deuxième partie d’extrémité 288 radialement externe. La première partie d’extrémité 286 et la deuxième partie d’extrémité 288 du corps 280 de la pièce forgée sont destinées à former respectivement, après usinage, la première partie d’extrémité 186 et la deuxième partie d’extrémité 188 du corps 180 du bras structural 18. La partie centrale 284 s’étend selon la direction transversale T depuis un bord avant 284a vers un bord arrière 284b, destinés à former respectivement, après usinage, le bord d’attaque 184a et le bord de fuite 184b de la partie centrale 184 du bras structural 18. Comme visible plus particulièrement sur la FIG. 5 , qui montre la pièce forgée 20 en perspective, le corps 280 comporte un creux 290, ou ébauche une cavité 290. L’ébauche de cavité 290 est destinée à former, notamment après une étape d’usinage, la cavité 190 du corps 180 du bras structural 18. L’ébauche de cavité 290 forme une cavité ouverte sur une surface externe 284a de la partie centrale 284 de la pièce forgée 20, et est délimitée au niveau de cette surface externe 284a par un contour externe 290a. L’ébauche de cavité 290 comporte une paroi de fond 290b, et peut comporter une ou deux parois périphériques transversales et/ou une ou deux parois périphériques longitudinales. Dans l’exemple, l’ébauche de cavité 290 comporte uniquement une paroi de fond 290b. Avantageusement, deux évidements 292 sont ménagés dans la paroi de fond 290b de l’ébauche de cavité 290. Les deux évidements 292 sont destinées à former respectivement, après usinage, les renfoncements 192 délimités par les éléments de renfort 191a, 191b disposés dans la cavité du corps 180 du bras structural 18. Alternativement, on pourra prévoir que l’ébauche de cavité 290 comporte un seul évidement 292, destiné à former après usinage un unique renfoncement 192, ou que l’ébauche de cavité 290 comporte plus de deux évidements 292 (par exemple, trois évidements), destinés à former respectivement, après usinage, autant de renfoncements 192. En prévoyant une pièce forgée comportant une ébauche de cavité 290 destinée à former, après usinage, la cavité interne 190 du bras structural 18, on diminue la quantité de matière nécessaire pour obtenir la pièce forgée, à partir de laquelle sera obtenue la pièce finie, c’est-à-dire le bras structural 18. Il est ainsi possible de fabriquer la pièce forgée 20 en utilisant un lopin de départ de masse inférieure, ce qui est plus économique. En outre, la pièce forgée sera d’autant plus légère, et donc plus aisée à manipuler. A titre d’exemple, une pièce forgée réalisée conformément à l’invention dans un alliage à base de titane peut présenter une différence de masse avec une pièce forgée conventionnelle de plus de 900 grammes. En outre, on diminue la quantité de matière à retirer de la pièce forgée pour obtenir la pièce finie, ce qui permet de réduire le temps d’usinage de la pièce forgée. En allégeant la pièce forgée et en réduisant le temps d’usinage, on réduit les coûts de fabrication d’un bras structural. La FIG. 6 représente une vue en section de la pièce forgée 20 selon le plan CC de la FIG. 5 , sur laquelle on a représenté, en trait fin, le contour extérieur 280a du corps de la pièce forgée 20 et, en trait fort, le contour extérieur 180a du corps 180 correspondant. Comme montré sur la FIG. 6 , afin de garantir un usinage de bonne qualité, il est prévu en chaque endroit du contour 290a du corps 280 de la pièce forgée 20 une surépaisseur E par rapport au contour extérieur 180a du corps 180 obtenu après usinage. La valeur de la surépaisseur E n’est pas nécessairement la même en tous points du contour extérieur 180a du corps 180. En revanche la surépaisseur E est en tous points supérieure ou égale à une surépaisseur minimale Emin. La surépaisseur minimale Emin est par exemple comprise entre 3 mm et 6 mm, de préférence entre 3,5 et 4,5 mm, et par exemple comprise entre 3,8 et 4,2 mm, et par exemple égale à environ 4 mm. De préférence, la surépaisseur E est inférieure ou égale à une surépaisseur maximale Emax qui est par exemple égale à 6 mm. En outre, afin de garantir que la pièce forgée 20 soit facilement forgeable, tout en évitant une usure prématurée des outillages de forgeage, on prévoira de préférence : au niveau des zones courbées : un rayon de courbure R supérieur ou égal à 6 mm, de préférence supérieur ou égal à 7 mm ; au niveau des zones concaves : un angle de dépouille D par rapport à une direction verticale de la pièce (soit la direction perpendiculaire aux directions longitudinale L et transversale T) qui soit supérieur à 20° et de préférence supérieur ou égal à 25°. La FIG. 7 est un diagramme illustrant un procédé de fabrication 100 d’un bras structural conforme à l’invention. Le procédé de fabrication 100 comporte une étape de forgeage 102 d’une pièce forgée 20 conforme à l’invention. Le procédé de fabrication 100 comporte ensuite une étape d’usinage 104, au cours de laquelle la pièce forgée 20 est usinée pour obtenir le corps 180 du bras structural comportant la cavité 190. Le procédé de fabrication 100 comporte ensuite une étape de fixation 106 d’un capot de fermeture 182, par exemple par soudage. L’étape de fixation 106 du capot de fermeture peut être suivie d’une étape de finition, notamment afin d’obtenir une surface extérieure du bras structural 18 qui présente l’état de surface souhaité. La pièce forgée conforme à l’invention est de préférence forgée à partir d’un lopin en alliage métallique, tel qu’un alliage à base d’aluminium ou à base de titane. Pièce forgée (20) pour la fabrication d’un bras structural (18) de carter intermédiaire (13) de turboréacteur (2) d’aéronef, le bras structural (18) comportant un corps (180) comportant une cavité (190) débouchant sur une surface externe (184a) du corps (180) et un capot de fermeture (182) fermant ladite cavité (190), la pièce forgée (20) comportant un corps (280) destiné à former, après usinage, le corps (180) du bras structural (18), le corps (280) de la pièce forgée (20) comportant une ébauche de cavité (290) destinée à former, après usinage, la cavité (190) du corps (180) du bras structural (18). Pièce forgée (20) selon la revendication précédente, dans laquelle l’ébauche de cavité (290) comporte une paroi de fond (290b) dans laquelle est ménagé au moins un évidement (292), destiné à former, après usinage, un renfoncement (192) situé dans la cavité (190) du corps (180) du bras structural (180) et délimité par des éléments de renfort (191a, 191b) s’étendant en saillie depuis une paroi de fond (190b) de la cavité (190) du corps (180) du bras structural (18). Pièce forgée (20) selon la revendication précédente, comportant au moins deux évidements (292) ménagés dans la paroi de fond (290b), et destinés à former respectivement, après usinage, deux renfoncements (192) situés dans la cavité (190) du corps (180) du bras structural (180) et délimités par des éléments de renfort (191a, 191b) s’étendant en saillie depuis une paroi de fond (190b) de la cavité (190) du corps (180) du bras structural (18). Pièce forgée (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le contour extérieur (280a) du corps (280) de la pièce forgée présente, par rapport au contour extérieur (180a) du corps (180) du bras structural (18), une surépaisseur (E) supérieure à une surépaisseur minimale (Emin), la surépaisseur minimale (Emin) étant comprise entre 3 mm et 6 mm, et de préférence entre 3,5 mm et 4,5 mm. Pièce forgée (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle une zone concave de la pièce forgée (20) présente un angle de dépouille (D) par rapport à une direction verticale de la pièce forgée, l’angle de dépouille (D) étant supérieur ou égal à 20°, et de préférence supérieur ou égal à 25°. Pièce forgée (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle une zone courbe de la pièce forgée (20) présente un rayon de courbure (R) supérieur ou égal à 6 mm, et par exemple supérieur ou égal à 7 mm. Turboréacteur (2) à double flux comportant un carter intermédiaire (13) et au moins un bras structural (18) de carter intermédiaire obtenu à partir d’une pièce forgée (20) conforme à l’une des revendications précédentes. Aéronef comportant un ou plusieurs turboréacteurs (2) à double flux selon la revendication précédente. Utilisation d’une pièce forgée (20) conforme à l’une des revendications 1 à 6 pour la fabrication d’un bras structural (18) de carter intermédiaire de turboréacteur d’aéronef. Procédé de fabrication (100) d’un bras structural (18) de carter intermédiaire de turboréacteur d’aéronef, le bras structural (18) comportant un corps (180) comportant une cavité (190) débouchant sur une surface externe (184a) du corps (180) et un capot de fermeture (182) fermant ladite cavité (190), le procédé comportant : une étape de forgeage (102) d’une pièce forgée (20) conforme à l’une des revendications 1 à 6 ; une étape d’usinage (104) de la pièce forgée (20) ; une étape de fixation (106) du capot de fermeture (182), par exemple par soudage.