Brevet FR3155862A1 — publié le 20250530

Aube d’un aubage statique de turbomachine à attache améliorée Aube d’un aubage statique d’une turbomachine, comprenant un support (11), une portion active de redressement en matériau composite, et un pied d’aube (13) en matériau composite s’étendant entre le support (11) et la portion active de redressement (120). L’aube (12) comprend en outre un étau (18) et au moins un moyen élastique (19), l’étau (18) possédant une première mâchoire (16), une seconde mâchoire formée par le support (11), et des moyens de serrage (17) configurés pour rapprocher la première mâchoire (16) de la seconde mâchoire (11). Le pied d’aube (13) est maintenu entre la première mâchoire (16) et la seconde mâchoire (11). Les moyens de serrage (17) traversent la première mâchoire (16) et la seconde mâchoire (11) sans traverser le pied d’aube (13). Et ledit au moins un moyen élastique (19) est disposé entre le pied d’aube (13) et une mâchoire (16, 11) du mors (18) parmi la première mâchoire (16) et la seconde mâchoire (11). Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Aube d’un aubage statique de turbomachine à attache améliorée L’invention concerne des turbomachines, notamment des turbomoteurs aéronautiques comprenant un redresseur statique avec des aubes fixes en matériau composite tissé éventuellement à calage variable. Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des moteurs aéronautiques à turbine à gaz. L'invention est toutefois applicable à d'autres turbomachines. Dans une turbomachine, les aubes fixes d’un redresseur ont le rôle d’un stator dans un compresseur classique. Associées avec les aubes mobiles d’une soufflante, ou d’une hélice pour une turbomachine non carénée, elles permettent de redresser le flux d’air qui a été accéléré par les aubes mobiles de soufflante et dévié par ces dernières. Dans les turbomachines récentes, les pièces à aubes de grandes dimensions sont de plus en plus fréquemment réalisées en matériaux composites à matrice organique, car ces matériaux permettent, comparés aux matériaux métalliques, un gain de masse notable à propriétés mécaniques équivalentes et/ou un gain mécanique pour une masse équivalente. Il est connu de réaliser ces pièces par stratification de renforts fibreux bidimensionnels par la suite densifiés par de la résine, ou par tissage tridimensionnel d’une préforme unique qui sera densifiée par la suite. Dans le cadre de la conception et la fabrication d’aubage en matériau composite, le support auquel la pièce est fixée est généralement en matériau métallique. La partie métallique est un support pouvant exercer une rotation afin d’orienter la pièce composite qui est fixée au-dessus, et ainsi modifier son incidence en fonction du calage variable de la pièce. Le principal type de sollicitation vue par la pièce concerne des mouvements de flexion induits par son incidence générant des modes vibratoires (fatigue vibratoire), mais aussi une pression aérodynamique constante selon sa position azimutale (sollicitation statique). De bien plus grandes amplitudes pourront être appliquées en cas d’impacts (morceaux d’hélice, oiseau, pneu, autres…) dans des évènements extrêmes. Le moyen de fixation le plus simple entre une pièce métallique et une pièce composite peut être réalisé par boulonnage. A cette fin, deux types d’attaches sont couramment utilisées, l’attache radiale par bridage, présentée schématiquement sur la FIG. 1 , et l’attache tangentielle présentée schématiquement sur la FIG. 2 . L’attache radiale présentée sur la FIG. 1 est réalisée en maintenant une plateforme 2 du pied d’aube 3 en appui contre un support 4 métallique à l’aide de moyens de fixation, par exemple deux vis 5, de serrage traversant la plateforme 2 selon une direction radiale D R pour être vissée dans le support 4, le support 4 étant fixé sur une virole pour former un redresseur annulaire. L’attache tangentielle présentée sur la FIG. 2 est réalisée en maintenant le pied d’aube 6 dans un étau formé par deux portions 7 en saillie radiale externe du support 8, l’étau étant serré par une vis tangentielle 9 traversant les portions 7 en saillie radiale externe et le pied d’aube 6, la vis tangentielle 9 les traversant dans une direction orthogonale à la direction radiale D R . Dans le cadre d’un aubage statique, l’absence de rotation autour de l’axe de la turbomachine est un inconvénient pour le choix de la fixation. En effet sur un aubage tournant, la force centrifuge résultante de la rotation suffit à plaquer avec une force considérable le pied de l’aube dans une fixation alvéolaire. L’aube est donc retenue de façon géométrique par la forme complémentaire de cette alvéole et du pied d’aube généralement en forme de « queue d’aronde ». Pour un aubage statique, l’absence de cette rotation et donc de la force centrifuge empêche le recours à ce moyen de fixation simple et bien connu. Il faut avoir recours à une fixation plus classique, par bridage pour former une attache radiale, ou par une attache tangentielle, telles que mentionnées ci-dessus. L'invention vise à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et à fournir une solution alternative d’attache d’une aube fixe en matériau composite permettant de réduire, voire de supprimer, le risque d’endommagement subit en cisaillement au niveau du pied d’aube lors d’une forte sollicitation en flexion. Ce but est atteint à une aube d’un aubage statique d’une turbomachine, l’aube comprenant, selon une première direction, un support métallique, une portion active de redressement en matériau composite et un pied d’aube en matériau composite. Le support métallique est destiné à être raccordé à un moyeu de la turbomachine. La portion active de redressement est destinée à redresser un flux gazeux s’écoulant selon une seconde direction orthogonale à la première direction. Le pied d’aube est solidaire de la portion active de redressement et s’étendant entre le support et la portion active de redressement. Selon une caractéristique générale de l’invention, l’aube comprend en outre un étau et au moins un moyen élastique. L’étau possède une première mâchoire, une seconde mâchoire formée par le support, et des moyens de serrage configurés pour rapprocher la première mâchoire de la seconde mâchoire. Le pied d’aube est maintenu selon la première direction entre la première mâchoire et la seconde mâchoire. Les moyens de serrage traversent la première mâchoire et la seconde mâchoire sans traverser le pied d’aube. Ledit au moins un moyen élastique est disposé entre le pied d’aube et une mâchoire du mors parmi la première mâchoire et la seconde mâchoire. Lorsque l’aube est montée sur un redresseur annulaire, l’étau forme une attache radiale maintenant radialement en position le pied d’aube et donc l’aube. Le serrage fournit par les moyens de serrage fournit un effort suffisant pour maintenir le stator en place. Cet effort est équivalent, dans le cas s’une soufflante, à la force centrifuge qui permet le maintien des aubes de soufflante. Le serrage seul à l’aide de l’étau présente une faiblesse. L’attache de la pièce est très raide et présente un mode d’endommagement en cisaillement dans son pied qui apparaît suite à une forte sollicitation en flexion. Cette flexion peut résulter de la pression aérodynamique due au chargement statique que subit la pièce, ou bien elle peut résulter de l’ingestion d’un oiseau. Lorsque la pièce travaillera en flexion à cause de la pression aérodynamique, le pied d’aube et le mors radial garderont une raideur importante permettant de limiter la flèche de la pièce. Le moyen élastique disposé entre le pied d’aube et la première mâchoire ou entre le pied d’aube et la seconde mâchoire, permet de modifier l’attache radiale pour lui offrir une souplesse adaptative qui lui permettra de supprimer le mode d’endommagement problématique précédemment décrit. L’avantage de cette attache est qu’en cas de sollicitation importante ponctuelle comme l’ingestion d’oiseaux ou de débris, la pièce va largement fléchir et augmenter temporairement sa souplesse grâce au moyen élastique, ce qui limitera le cisaillement dans le pied. Sans le moyen élastique l’aube romprait car la raideur du pied d’aube est trop importante. De préférence, le matériau composite est un composite à matrice organique, CMO. Selon un premier mode de réalisation de l’aube, la mâchoire de l’étau en contact avec ledit au moins un moyen élastique peut comporter un évidement à l’intérieur duquel est disposé au moins en partie ledit au moins un moyen élastique. Selon un deuxième mode de réalisation de l’aube, ledit au moins un moyen élastique peut comprendre un ressort, et de préférence un ressort de compression. Le moyen élastique peut comprend en outre une plaque de contact disposée entre le ressort de compression et l’extrémité radialement interne du pied d’aube. Selon un troisième mode de réalisation de l’aube, ledit au moins un moyen élastique peut comprendre une cale en élastomère souple. Selon un quatrième mode de réalisation de l’aube, le pied d’aube peut posséder une portion d’accroche et une portion de jonction, la portion de jonction du pied d’aube étant directement en contact avec la portion active de redressement de l’aube, et la portion d’accroche du pied d’aube ayant une largeur plus grande que la largeur de la portion de jonction du pied d’aube, la largeur étant mesurée selon une troisième direction orthogonale à la première direction et à la deuxième direction. Selon un cinquième mode de réalisation de l’aube, la section de pied peut posséder une forme de queue d’aronde. Selon un sixième mode de réalisation de l’aube, le support peut être un support pivot destiné à être fixé radialement à une virole interne de support d’un redresseur annulaire. L’invention a également pour objet un redresseur annulaire comprenant une pluralité d’aubes telles que définies ci-dessus. L’invention a également pour objet une turbine de turbomachine comprenant un redresseur annulaire tel que défini ci-dessus. L’invention a également pour objet un compresseur de turbomachine comprenant un redresseur annulaire tel que défini ci-dessus. L’invention a également pour objet une turbomachine comprenant une turbine telle que définie ci-dessus et/ou un compresseur tel que défini ci-dessus. FIG. 1 La FIG. 1 , déjà présentée, est une vue schématique en coupe d’une attache radiale d’un pied d’aube selon l’état de la technique. FIG. 2 La FIG. 2 , déjà présentée, est une vue schématique en coupe d’une attache radiale d’un pied d’aube selon l’état de la technique. FIG. 3 La FIG. 3 représente schématiquement une vue en coupe d’une attache d’un pied d’aube d’un redresseur statique selon un premier mode de réalisation de l’invention. FIG. 4 La FIG. 4 représente schématiquement une vue en coupe d’une attache d’un pied d’aube d’un redresseur statique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. FIG. 5 La FIG. 5 représente schématiquement une vue en coupe d’une attache d’un pied d’aube d’un redresseur statique selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Sur la FIG. 3 est illustrée une vue schématique en coupe d’une attache d’un pied d’aube d’un redresseur statique selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le redresseur 10 de turbomachine sur lequel est monté l’aube 12, est un redresseur statique en forme d’anneau. Le redresseur annulaire forme un stator annulaire définissant une direction axiale D A , une direction radiale D R , et une direction circonférentielle D C . Le redresseur 10 comprend une virole interne de support en métal, une virole externe de support en métal, et une pluralité d’aubes 12 s’étendant radialement entre la virole interne de support et la virole externe de support. Chaque aube fixe 12 comporte un support 11, une portion active de redressement 120, et un pied d’aube 13, le pied d’aube 13 étant radialement disposé entre le support 11 et la portion active de redressement 120. Le support 11 est un support mobile permettant de moduler l’orientation de la portion active de redressement 120 dans un plan orthogonal à la direction radiale D R . Le support 11 mobile est fixé à la virole interne de support du redresseur 10. Le pied d’aube 13 comporte une portion d’accroche 14 et une portion de jonction 15. La portion de jonction 15 se situe à une extrémité radialement externe du pied d’aube 13. La portion de jonction 15, et donc l’extrémité radialement externe du pied d’aube 13, sont solidaires de la portion active de redressement 120 de l’aube 12. Le pied d’aube 13 comprend une section dans un plan orthogonal à la direction axiale D A avec une largeur mesurée dans une direction orthogonale à la direction axiale et à la direction radiale plus grande pour la portion d’accroche 14 que celle de la portion de jonction 15. Sur l’exemple de réalisation illustré sur la FIG. 3 , la section comporte une section en queue d’aronde avec la plus grande largeur selon la direction circonférentielle D C qui se situe au niveau de l’extrémité radiale interne. Autrement dit, dans ce mode de réalisation, la portion d’accroche 14 se situe au niveau de l’extrémité radialement interne. Dans une variante, la portion d’accroche 14 peut être située entre l’extrémité radialement interne et la portion de jonction 15. Comme cela est illustré sur la FIG. 3 , l’aube 12 comprend en outre une plateforme de serrage 16 en métal, et des vis de serrage 17 traversant la plateforme de serrage 16 et le support 11 mais pas le pied d’aube 13. La plateforme de serrage 16 et le support 11 forme ainsi ensemble un étau 18 actionné par les vis de serrage 17 et configuré pour maintenir radialement en étau la portion d’accroche 14 du pied d’aube 13 entre la plateforme de serrage 16 et le support 11. La plateforme de serrage 16 forme une première mâchoire de l’étau 18 et le support 11 forme une seconde mâchoire de l’étau 18. Dans une variante, les vis de serrage 17 pourraient être remplacées par des ressorts ou des boulons. L’aube 12 comprend en outre un moyen élastique 19 disposé entre le pied d’aube 13 et une mâchoire 11 ou 16 de l’étau 18. Dans ce mode de réalisation, le moyen élastique est un ressort de compression 19 disposé dans un logement 20, ou un évidement, prévu dans le support 11. Dans une variante, il pourrait ne pas y avoir de logement. Dans une autre variante, le logement et le ressort pourraient être prévu dans une des surfaces de la plateforme de serrage 16 en contact avec le pied d’aube 13. Dans le mode de réalisation illustré, le moyen élastique 19 comprend en outre une plaque de contact 192 disposée entre le ressort de compression 190 et l’extrémité radialement interne du pied d’aube 13. Sur la FIG. 4 est illustrée une vue schématique en coupe d’une attache d’un pied d’aube d’un redresseur statique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le deuxième mode de réalisation de l’invention diffère du premier mode de réalisation illustré sur la FIG. 3 en ce que le moyen élastique 19 comprend une cale en élastomère souple 194 à la place du ressort de compression 190 et de la plaque de contact 192. Sur la FIG. 5 est illustrée une vue schématique en coupe d’une attache d’un pied d’aube d’un redresseur statique selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Le troisième mode de réalisation de l’invention diffère du deuxième mode de réalisation illustré sur la FIG. 4 en ce que les moyens élastiques 19 comprennent en outre deux cales élastomères supplémentaires 192 disposés dans deux logements distincts réalisés dans la plateforme de serrage 16 et en contact avec le pied d’aube 13. Ce mode de réalisation permet d’éviter une liaison rotule entre le pied d’aube 13 et le mors 18. L'invention fournit ainsi une solution alternative d’attache d’une aube fixe en matériau composite permettant de réduire, voire de supprimer le risque d’endommagement subit en cisaillement au niveau du pied d’aube lors d’une forte sollicitation en flexion. Aube (12) d’un aubage statique d’une turbomachine, l’aube (12) comprenant selon une première direction (D R ) : - un support (11) métallique destiné à être raccordé à un moyeu de la turbomachine, - une portion active de redressement (120) en matériau composite destinée à redresser un flux gazeux s’écoulant selon une seconde direction (D A ) orthogonale à la première direction (D R ), et - un pied d’aube (13) en matériau composite solidaire de la portion active de redressement et s’étendant entre le support (11) et la portion active de redressement (120), caractérisé en ce que l’aube (12) comprend en outre un étau (18) et au moins un moyen élastique (19), l’étau (18) possédant une première mâchoire (16), une seconde mâchoire formée par le support (11), et des moyens de serrage (17) configurés pour rapprocher la première mâchoire (16) de la seconde mâchoire (11), le pied d’aube (13) étant maintenu selon la première direction (D R ) entre la première mâchoire (16) et la seconde mâchoire (11), les moyens de serrage (17) traversant la première mâchoire (16) et la seconde mâchoire (11) sans traverser le pied d’aube (13), le support (11) et les moyens de serrage (17), et ledit au moins un moyen élastique (19) étant disposé entre le pied d’aube (13) et une mâchoire (16, 11) du mors (18) parmi la première mâchoire (16) et la seconde mâchoire (11). Aube (12) selon la revendication 1, dans laquelle la mâchoire (16, 11) de l’étau (18) en contact avec ledit au moins un moyen élastique (19) comporte un évidement (20) à l’intérieur duquel est disposé au moins en partie ledit au moins un moyen élastique (19). Aube (12) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle ledit au moins un moyen élastique (19) comprend un ressort (190). Aube (12) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle ledit au moins un moyen élastique (19) comprend une cale en élastomère souple (194). Aube (12) selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le pied d’aube (13) possède une portion d’accroche (14) et une portion de jonction (15), la portion de jonction (15) du pied d’aube (13) étant directement en contact avec la portion active de redressement (120) de l’aube (12), et la portion d’accroche (14) du pied d’aube (13) ayant une largeur plus grande que la largeur de la portion de jonction (15) du pied d’aube (13), la largeur étant mesurée selon une troisième direction (D C ) orthogonale à la première direction (D R ) et à la deuxième direction (D A ). Aube (12) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le pied d’aube (13) possède une forme de queue d’aronde. Aube (12) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le support (11) est un support pivot destiné à être fixé radialement à une virole interne de support d’un redresseur annulaire. Redresseur annulaire (10) comprenant une pluralité d’aubes selon l’une des revendications 1 à 7. Turbine de turbomachine comprenant un redresseur annulaire (10) annulaire selon la revendication 8. Compresseur de turbomachine comprenant un redresseur (10) annulaire de compresseur selon la revendication 8. Turbomachine comprenant une turbine selon la revendication 9 et/ou un compresseur selon la revendication 10.