Brevet FR3154140A1 — publié le 20250418

Disque de rotor (100) pour une turbomachine (10) d’aéronef, ce disque (100) ayant une forme annulaire autour d’un axe (A) et comportant : - une partie périphérique externe (100a) qui est configurée pour porter des aubes (28) ou être reliée à des aubes, - une partie périphérique interne (100c) délimitant intérieurement un alésage central (110) du disque, caractérisé en ce qu’il est réalisé en au moins deux pièces (102, 104) fixées ensemble par des boulons (106), le disque (100) comportant une pièce annulaire externe (102) formant ladite partie périphérique externe (100a) et au moins une pièce annulaire interne (104) formant ladite partie périphérique interne (100c), les pièces annulaires interne et externe (102, 104) étant appliquées axialement l’une contre l’autre ou les unes contre les autres et comportant des orifices axiaux (112, 114) alignés de montage desdits boulons (106). Figure pour l'abrégé : Figure 3 DISQUE DE ROTOR POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne notamment un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, et en particulier pour une turbine d’une telle turbomachine. Arrière-plan technique Une turbomachine 10 d’aéronef, telle que celle représentée à la FIG. 1 , comprend en général au moins un compresseur 12, 14, une chambre annulaire de combustion 16 et au moins une turbine 18, 20. L’air qui pénètre dans le compresseur 12, 14 est comprimé puis mélangé à du carburant et brûlé dans la chambre de combustion 16. Les gaz de combustion sont ensuite détendus dans la turbine 18, 20, ce qui permet d’entraîner en rotation le rotor de la turbine qui entraîne à son tour le rotor du compresseur. Un rotor de turbine 22 tel que représenté à la FIG. 2 comprend en général une ou plusieurs roues de rotor 24. Dans la présente demande, on entend par roue de rotor 24, l’association d’une disque de rotor 26 avec des aubes de rotor 28, les aubes étant situées et réparties à la périphérie du disque 26. Il existe deux types de roues de rotor 24. Les roues selon le premier type sont monoblocs et sont aussi appelées DAM qui est l’acronyme de disque aubagée monobloc. Une roue de ce type est formée d’une seule pièce, c’est-à-dire que son disque et ses aubes sont formées d’une seule pièce. Le disque 26 est alors relié à sa périphérie externe aux aubes 28. Les roues selon le second type sont obtenues par assemblage des aubes 28 à la périphérie externe du disque 26. Le disque porte alors les aubes qui sont montées individuellement à la périphérie externe du disque, par exemple par des attaches du type sapin ou queue d’aronde. La présente invention s’applique aux deux types de roue ou disque, c’est-à-dire aux disques dont la périphérie externe est configurée pour être reliée à des aubes ou pour porter des aubes. De manière générale, un disque 26 a une forme annulaire autour d’un axe A et comporte : - une partie périphérique externe 26a qui est configurée pour porter les aubes 28 ou être reliée aux aubes 28, - une partie périphérique interne 26c qui délimite intérieurement un alésage central 30 du disque, et - une partie médiane 26b amincie située entre les parties périphériques interne et externe 26a, 26b, cette partie médiane 26c ayant une épaisseur axiale E2 inférieure à celle E3 de la partie périphérique interne 26c, voire également de celle E1 de la partie périphérique externe 26a. Le disque 26 peut en outre comprendre une ou deux viroles annulaires latérales 32, chacune de ces viroles 32 étant reliée à la périphérique externe 26a et portant une bride annulaire de fixation 34 qui a une orientation radiale par rapport à l’axe A. Cette bride 34 sert à fixer le disque 26 à un autre disque et est appliquée axialement contre une face annulaire latérale de cet autre disque. Des boulons 36 traversent des orifices de la bride 26 et de l’autre disque pour assurer la fixation des disques entre eux et la formation du rotor de turbine 22. Dans la technique actuelle, le disque de rotor 26 est formé d’une seule pièce en alliage métallique. Cela signifie que les différentes parties 26a, 26b, 26c du disque sont monoblocs et donc formées d’une seule pièce. L’alliage utilisé pour la réalisation du disque est en général de l’Inconel718, c’est-à-dire un alliage à base de nickel et cobalt. Cet alliage est avantageux car il permet de résister à des températures élevées. En fonctionnement, le rotor de turbine est soumis à des températures très élevées et on a constaté des gradients thermiques importants dans les disques du rotor. Typiquement, on a constaté que la partie périphérique externe 26a du disque, qui est plus proche de la veine de turbine, est soumise à des températures plus élevées que sa partie périphérique interne 26c. Une solution à ce problème pourrait consister à utiliser un alliage métallique résistant à de plus fortes températures que l’Inconel718. C’est par exemple le cas de certains alliages à base de nickel qui ont une résistance à la température supérieure de 50° environ à celle de l’Inconel718. Cependant, il est plus difficile de réaliser un disque de rotor dans ces autres alliages sans hétérogénéité de matière qu’un disque de rotor en Inconel718. Une hétérogénéité chimique peut en effet être observée lors de la phase de solidification de ces autres alliages, ce qui est susceptible d’affecter le comportement local de l’alliage lors des étapes de traitement thermique qui suivront. Cette hétérogénéité constitue donc un défaut dans la matière qui peut générer des criques ou des fissures en fonctionnement en fonction de la position de ce défaut dans le disque. Il est alors nécessaire de prévoir un contrôle de la santé matière afin d’écarter les pièces dont la localisation de défauts peut altérée gravement la durée de vie du disque. Il existe donc un besoin d’une solution permettant d’utiliser un ou plusieurs matériaux distincts pour la réalisation d’un disque de rotor, et pour faciliter cette réalisation. L’invention répond à ce besoin, de manière simple, efficace et économique. L’invention concerne un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, ce disque ayant une forme annulaire autour d’un axe et comportant : - une partie périphérique externe qui est configurée pour porter des aubes ou être reliée à des aubes, - une partie périphérique interne délimitant intérieurement un alésage central du disque, caractérisé en ce qu’il est réalisé en au moins deux pièces fixées ensemble, le disque comportant une pièce annulaire externe formant ladite partie périphérique externe et au moins une pièce annulaire interne formant ladite partie périphérique interne, les pièces annulaires interne et externe étant appliquées et fixées axialement l’une contre l’autre ou les unes contre les autres. L’invention est avantageuse pour plusieurs raisons. Tout d’abord, elle permet de réaliser un disque de rotor avec plusieurs matériaux distincts et non pas un seul comme dans la technique antérieure. Au moins deux matériaux différents, tels que l’Inconel 718 et un autre alliage à base nickel par exemple, peuvent être utilisés pour réaliser les pièces du disque, chacune des pièces étant réalisées dans un de ces matériaux. Le fait de limiter l’utilisation d’un matériau à une partie du disque, c’est-à-dire à une pièce du disque, permet de limiter le risque d’hétérogénéité de matière dans cette partie ou pièce. Par ailleurs, la réalisation du disque est simplifiée et des formes complexes du disque peuvent être réalisées plus facilement. Le disque de rotor 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 : - lesdites au moins deux pièces sont fixées ensemble par des boulons, les pièces annulaires interne et externe comportant des orifices axiaux alignés de montage desdits boulons ; les orifices de fixation des pièces entre elles peuvent en outre être utilisées pour permettre la fixation du disque à au moins un autre disque adjacent. -- lesdites au moins deux pièces sont fixées entre elles par soudage par friction ; - le disque comprend en outre une partie médiane amincie située entre les parties périphériques interne et externe, cette partie médiane ayant une épaisseur axiale inférieure à celle de la partie périphérique interne ; - ladite au moins une pièce annulaire interne forme ladite partie médiane ; - ladite partie médiane et ladite partie périphérique interne sont situées intégralement radialement à l’intérieur de la pièce annulaire externe ; - ladite au moins une pièce annulaire interne est appliquée contre au moins une face annulaire de la pièce annulaire externe ; -- les orifices de la pièce annulaire externe débouchent sur cette face annulaire ; - ladite au moins une face comprend un élément de centrage configuré pour coopérer avec un élément complémentaire de ladite au moins une pièce annulaire interne, afin de centrer les pièces annulaires sur ledit axe ; - ledit élément de centrage est une portée cylindrique ; - le disque comprend deux pièces annulaires internes appliquées respectivement sur deux faces annulaires opposées de la pièce annulaire externe de façon à ce que la pièce annulaire externe soit prise en sandwich entre les pièces annulaires internes ; - les deux pièces annulaires internes sont situées de part et d’autre d’un plan perpendiculaire à l’axe et passant au milieu de la pièce annulaire externe ; - les deux pièces annulaires internes sont à distance axiale l’une de l’autre ; - le disque comprend en outre au moins une virole annulaire latérale qui porte une bride annulaire de fixation, cette bride annulaire ayant une orientation radiale par rapport à l’axe ; - ladite au moins une pièce annulaire interne forme ladite au moins une virole. - ladite pièce annulaire externe est réalisée dans un matériau différent de ladite au moins une pièce annulaire interne ; - ladite au moins une pièce annulaire interne est réalisée en Inconel718 et ladite au moins une pièce annulaire externe est réalisée dans un alliage à base nickel différent de l’Inconel718. La présente invention concerne également une turbine ou turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un disque de rotor tel que décrit ci-dessus. 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 : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef, FIG. 2 la FIG. 2 est une vue demi schématique en coupe axiale d’un rotor de turbine, FIG. 3 la FIG. 3 est une vue demi schématique en perspective et en coupe axiale d’un disque de rotor, selon un mode de réalisation de l’invention, FIG. 4 la FIG. 4 est une autre demi vue schématique en coupe axiale du disque de rotor de la FIG. 3 , et montre un détail à plus grande échelle du disque, et FIG. 5 la FIG. 5 est une vue similaire à celle de la FIG. 3 et montrant une variante de réalisation d’un disque de rotor selon l’invention. Description détaillée de l'invention Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites dans ce qui précède. Les figures 3 et 4 illustrent un premier mode de réalisation d’un disque de rotor 100 selon l’invention pour une turbine ou turbomachine 10 d’aéronef, telle que celle illustrée à la FIG. 1 . La particularité de l’invention est liée au fait que le disque de rotor 100 est réalisé en au moins deux pièces 102, 104 fixées ensemble par des boulons 106. Le disque 100 comporte une pièce annulaire externe 102 formant une partie périphérique externe 100a du disque. La partie périphérique externe 100a est configurée pour porter des aubes 108 ou être reliée à des aubes, comme évoqué dans ce qui précède. Dans l’exemple représenté, la périphérie externe de cette partie 100a comprend des alvéoles 109, par exemple en queue d’aronde, de montage des pieds des aubes 108. Le disque 100 comporte en outre au moins une pièce annulaire interne 104 (deux pièces annulaires internes 104 dans l’exemple représenté) qui forme une périphérique interne 100c du disque. La partie périphérique interne 100c délimite intérieurement un alésage central 110 du disque 100. Les pièces annulaires interne et externe 102, 104 sont appliquées axialement l’une contre l’autre ou les unes contre les autres. Elles peuvent être fixées ensemble par boulonnage et comportent alors des orifices axiaux 112, 114 alignés de montage des boulons 106. En variante, elles pourraient être fixées par soudage par friction par exemple. Dans l’exemple représenté, le disque 100 comprend en outre une partie médiane amincie 100b qui est située entre les parties périphériques interne et externe 100a, 100c, cette partie médiane 100b ayant une épaisseur axiale E2 inférieure à celle E3 de la partie périphérique interne 100c. Cette partie médiane 100b peut être formée par la pièce annulaire interne 104, comme illustré dans les dessins. Les dessins montrent également que la partie médiane 100b et la partie périphérique interne 100c sont situées intégralement radialement à l’intérieur de la pièce annulaire externe 102. Dans l’exemple représenté, la pièce externe 102 comprend un rebord annulaire radialement interne 120 dont la périphérie interne est surépaissie en dimension axiale. Autrement dit, ce rebord 120 comprend une partie annulaire radialement externe 120a qui a une épaisseur axiale X1 et une partie annulaire radialement interne 120b qui a une épaisseur axiale X2, qui est supérieure à X1. A la jonction entre ces parties 120a, 120b, le rebord 120 comprend deux portées cylindriques 122 situées respectivement sur les deux côtés du disque 100 ou de la pièce 102. La pièce 102 comprend ainsi une première face latérale comportant une portée cylindrique 122, et une seconde face latérale opposée comportant une autre portée cylindrique 122. Dans l’exemple représenté, les portées 122 ont des dimensions et en particulier des diamètres identiques. En variante, ces dimensions pourraient être différentes pour assurer un détrompage lors de l’assemblage des pièces. Les orifices 112 sont formés ici dans la partie 120b et s’étendent sur toute la dimension axiale de cette partie. Ils débouchent ainsi sur les deux faces latérales de la pièce 102. Dans le cas de l’utilisation d’une seule pièce annulaire interne 104 ( FIG. 5 ), la pièce 104 est appliquée contre une des faces annulaires de la pièce annulaire externe 102. Dans le cas de l’utilisation de deux pièces internes 104 (figures 3 et 4), les pièces 104 sont appliquées respectivement contre les deux faces annulaires de la pièce externe 102. Les orifices 112 de la pièce 102 sont alignés avec les orifices 114 de la ou des pièces 104. Chaque portée 122 forme de préférence un élément de centrage configuré pour coopérer avec un élément complémentaire de la pièce annulaire interne 104 correspondante, afin de centrer les pièces vis-à-vis de l’axe A. La ou chaque pièce 104 comprend ainsi un évidement annulaire 124 destiné à recevoir la partie interne 120b et comportant un épaulement cylindrique 126 destiné à coopérer par appui en direction radiale et glissement an direction axiale avec la portée cylindrique 122 de la pièce 102. Dans l’exemple représenté, la pièce externe 102 et en particulier son rebord 120 est pris en sandwich entre les pièces 104. Les deux pièces 104 sont situées de part et d’autre d’un plan P perpendiculaire à l’axe A et passant au milieu de la pièce 102. On constate dans les dessins que les pièces 104 sont serrées axialement sur la pièce 102 et sont écartées axialement l’une de l’autre radialement à l’intérieur de la pièce 102. Le jeu axial J entre les pièces 104 permet de limiter le risque d’interaction entre ces pièces en fonctionnement. Le disque 10 selon l’invention peut comprendre en outre au moins une virole annulaire latérale 130 qui porte une bride annulaire de fixation 132, cette bride annulaire 132 ayant une orientation radiale par rapport à l’axe A. Dans l’exemple représenté, chacune des pièces 104 comprend une telle virole 130 donc le disque comprend deux viroles latérales 130 opposées. Chacune des pièces 104 comprend pour l’essentiel trois zones annulaires dans l’exemple représenté. La zone radialement externe Z1 comprend la virole 130 qui s’étend depuis le reste de la pièce 104, autour et le long de l’axe A. La bride 132 qu’elle porte peut être continue sur 360° ou crénelée comme dans l’exemple représenté. La zone radialement interne Z3 de chaque pièce 104 comprend les parties médiane 100b et périphérique interne 100c du disque 100. La zone médiane Z2 de chaque pièce 104 est appliquée contre la face de la pièce 102 et comprend l’évidement 124 précité. La zone radialement interne Z3 de la pièce 104 comprend une face latérale 140 plane qui est orientée en regard de l’autre pièce 104, et qui définit le jeu J précité. La face 140 est plane de sorte que ce jeu J soit constant. Du côté opposé à cette face, la zone interne Z3 de la pièce 104 comprend un contour C définissant une surépaisseur axiale dans une portion radialement interne, et un amincissement dans une portion radialement externe. Dans la variante de réalisation de la FIG. 5 , le disque 100 comprend une seule pièce interne 104 qui est appliquée contre une des faces latérales de la pièce externe 102. Dans ce cas, la pièce externe 102 et en particulier son rebord 120, est appliqué(e) axialement contre la pièce 104 et ces pièces 102, 104 sont centrées l’une par rapport à l’autre comme évoqué dans ce qui précède. La pièce 104 comprend pour l’essentiel trois zones annulaires dans l’exemple représenté. La zone radialement externe Z1 peut comprendre la virole 130 et la bride 132 comme évoqué dans ce qui précède. La zone médiane Z2 est appliquée contre la face de la pièce 102 et comprend l’évidement 124 précité. La zone radialement interne Z3 comprend les parties médiane 100b et périphérique interne 100c du disque 100. On constate que cette zone Z3 est traversée par le plan médian P et qu’elle présente une symétrie par rapport à ce plan. Du fait de cette symétrie, de chaque côté de cette zone Z3, la pièce comprend deux faces latérales opposées qui ont chacune un contour C’ définissant une surépaisseur axiale dans une portion radialement interne, et un amincissement dans une portion radialement externe. Avantageusement, la pièce annulaire externe 102 est réalisée dans un matériau différent de la ou chaque pièce annulaire interne 104. La pièce annulaire interne 104 est par exemple réalisée en Inconel718. La ou chaque pièce annulaire externe 102 est par exemple réalisée dans un alliage à base nickel différent de l’Inconel718. Disque de rotor (100) pour une turbomachine (10) d’aéronef, ce disque (100) ayant une forme annulaire autour d’un axe (A) et comportant : - une partie périphérique externe (100a) qui est configurée pour porter des aubes (28) ou être reliée à des aubes, - une partie périphérique interne (100c) délimitant intérieurement un alésage central (110) du disque, caractérisé en ce qu’il est réalisé en au moins deux pièces (102, 104) fixées ensemble, le disque (100) comportant une pièce annulaire externe (102) formant ladite partie périphérique externe (100a) et au moins une pièce annulaire interne (104) formant ladite partie périphérique interne (100c), les pièces annulaires interne et externe (102, 104) étant appliquées et fixées axialement l’une contre l’autre ou les unes contre les autres et. Disque de rotor (100) selon la revendication 1, dans lequel lesdites au moins deux pièces (102, 104) sont fixées ensemble par des boulons (106), les pièces annulaires interne et externe (102, 104) comportant des orifices axiaux (112, 114) alignés de montage desdits boulons (106). Disque de rotor (100) selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre : - une partie médiane (100b) amincie située entre les parties périphériques interne et externe (100a, 100b), cette partie médiane (100b) ayant une épaisseur axiale (E2) inférieure à celle (E3) de la partie périphérique interne (100c). Disque de rotor (100) selon la revendication 3, dans lequel ladite au moins une pièce annulaire interne (104) forme ladite partie médiane (100b). Disque de rotor (100) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ladite partie médiane (100b) et ladite partie périphérique interne (100c) sont situées intégralement radialement à l’intérieur de la pièce annulaire externe (100a). Disque de rotor (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une pièce annulaire interne (104) est appliquée contre au moins une face annulaire de la pièce annulaire externe (102). Disque de rotor (100) selon la revendication 6, dans lequel ladite au moins une face comprend un élément de centrage (122) configuré pour coopérer avec un élément (126) complémentaire de ladite au moins une pièce annulaire interne (104), afin de centrer les pièces annulaires (102, 104) sur ledit axe (A). Disque de rotor (100) selon la revendication 7, dans lequel ledit élément de centrage est une portée cylindrique (122). Disque de rotor (100) selon l’une des revendications 6 à 8, comprenant deux pièces annulaires internes (104) appliquées respectivement sur deux faces annulaires opposées de la pièce annulaire externe (102) de façon à ce que la pièce annulaire externe (102) soit prise en sandwich entre les pièces annulaires internes (104). Disque de rotor (100) selon la revendication 9, dans lequel les deux pièces annulaires internes (104) sont situées de part et d’autre d’un plan (P) perpendiculaire à l’axe (A) et passant au milieu de la pièce annulaire externe. Disque de rotor (100) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel les deux pièces annulaires internes (104) sont à distance axiale l’une de l’autre. Disque de rotor (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre : - au moins une virole annulaire latérale (130) qui porte une bride annulaire de fixation (132), cette bride annulaire (132) ayant une orientation radiale par rapport à l’axe (A). Disque de rotor (100) selon la revendication 12, dans lequel ladite au moins une pièce annulaire interne (104) forme ladite au moins une virole (130). Disque de rotor (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite pièce annulaire externe (104) est réalisée dans un matériau différent de ladite au moins une pièce annulaire interne (102). Disque de rotor (100) selon la revendication 14, dans lequel ladite au moins une pièce annulaire interne (104) est réalisée en Inconel718 et ladite au moins une pièce annulaire externe (102) est réalisée dans un alliage à base nickel différent de l’Inconel718. Turbine (18, 20) ou turbomachine (10) d’aéronef, comprenant au moins un disque de rotor (100) selon l’une des revendications précédentes.