Brevet FR3154138A1 — publié le 20250418

Moyeu (19) de soufflante, comprenant un corps central (17) qui s’étend axialement entre un flanc amont (25) et un flanc aval (26), le corps central (17) présentant des bouches radiales (20) configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante. Le moyeu (19) de soufflante comprend un carter annulaire amont (18) solidarisé au flanc amont (25) par une liaison boulonnée. Figure pour l’abrégé : Fig. 6 Carter porte tige de guidage La présente invention concerne les pièces type « moyeu de soufflante », ce type de pièce étant l’équivalent des disques de soufflante, ainsi que les procédés de fabrication associés. En particulier, la présente invention concerne la fabrication de moyeux de soufflante avec liaison boulonnée. Techniques antérieures Un moyeu de soufflante d’un moteur d’aéronef, typologie de pièce équivalente au disque de soufflante sur les turbomachines classiques, 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 fabrication 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 du matériau qui le constitue et/ou tout autre effet hasardeux. Le critère de tenue à la tolérance aux dommages étant l’un des critères majeurs à satisfaire. Au sens large, il existe deux techniques de fabrication pour réaliser un moyeu de soufflante. La première technique comprend une mise en œuvre par fonderie ainsi qu’une mise en forme par usinages conventionnels, tandis que la deuxième comprend une mise en œuvre par forgeage ainsi qu’une mise en forme par usinages conventionnels. Pour ces deux techniques, le moyeu de soufflante réalisé est monobloc et les usinages sont réalisés dans la masse obtenue après 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 liés à la quantité de matière. Cette technique nécessite peu d’usinage, ce dernier n’étant nécessaire que pour reprendre les surfaces précises et les interfaces, et étant facilement réalisable. 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 celui du produit final, ce qui représente un coût matière élevé. De plus, le forgeage ne permet pas de retirer autant de matière que la fonderie ni de réaliser des formes complexes optimisées, 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. 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 traitement thermique du bloc de matière, qui modifie différemment les propriétés de la matière située sur l’extérieur du bloc et les propriétés de la matière située à l’intérieur, en raison de ses épaisseurs trop grandes. Les propriétés mécaniques de la matière du moyeu s’en trouvent amoindries, nuisant à la sécurité des vols de l’aéronef. L’art antérieur selon la deuxième méthode est montré sommairement à l’aide des figures 1 à 4, lesquelles font partie d’un ensemble qui sera présenté plus loin. Sur la FIG. 1 , on peut voir la coupe partielle d’une soufflante 1 implantée dans un moteur d’aéronef 2. La soufflante 1 comprend un moyeu 3 dont le corps central 4 s’étend axialement entre un flanc amont 5 et un flanc aval 6. Une extension amont 7 prolonge le flanc amont 5 dans un sens de la direction axiale D du moyeu 3, et une extension aval 8 prolonge le flanc aval 6 dans l’autre sens de la direction axiale D du moyeu 3. La FIG. 2 montre le moyeu 3 en perspective, et la FIG. 3 montre une subdivision du moyeu 3 également en perspective. La FIG. 4 montre schématiquement en coupe un bloc de matière 9 à partir duquel est forgé un moyeu 3 de soufflante 1. Par ces figures, on prend conscience de l’aspect massif du moyeu 3. L’invention cherche à pallier les inconvénients précités, et à fournir un moyeu de soufflante répondant aux critères permettant de garantir la sécurité des vols, et dont le coût de production permet sa production industrielle. De manière plus précise, l’invention a notamment pour but d’améliorer la tenue mécanique du moyeu. L’invention veut aussi réduire la masse d’un système de calage de pas pour améliorer le bilan masse moteur. L’invention veut encore limiter les impacts de santé métallurgique sur le moyeu. L’invention cherche aussi à optimiser l’industrialisation des pièces, en limitant les risques de fabrication et les surcoûts d’industrialisation. Enfin l’invention a pour but de réduire la consommation de matière. Pour ce faire, l’invention propose un moyeu de soufflante, comprenant un corps central qui s’étend axialement entre un flanc amont et un flanc aval, le corps central présentant des bouches radiales configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante. Le moyeu de soufflante comprend un carter annulaire amont solidarisé au flanc amont par une liaison boulonnée. Par rapport à l’art antérieur l’invention ajoute une pièce au corps central, le carter annulaire, pour former le moyeu. En d’autres termes, l’extension amont selon l’art antérieur a été remplacée dans l’invention par le carter annulaire. Ainsi, la solution proposée par l’invention est d’assembler plusieurs parties pour former un moyeu de soufflante. Cela permet une bonne tenue mécanique, un gain en masse, et une industrialisation plus facile. La séparation en deux parties permet également d’obtenir une accessibilité plus aisée pour des opérations d’usinage avant l’assemblage. Avantageusement, le corps central et le carter annulaire amont sont chacun réalisés indépendamment par forgeage. Cette technique optimise la résistance mécanique des pièces. Le moyeu de soufflante comprend au moins deux chapes de reprise d’efforts tangentiels solidarisées au carter annulaire amont, au moins une chape de reprise d’efforts tangentiels étant une chape de secours. Cela améliore la sécurité du moyeu. De manière non limitative, la chape de reprise d’efforts tangentiels est solidarisée au carter annulaire amont par soudage. Cette forme de solidarisation est rapide et résistante. Alternativement, la chape de reprise d’efforts tangentiels est solidarisée au carter annulaire amont par une liaison boulonnée. Cette forme de solidarisation est démontable et, de ce fait, facilite la maintenance. Dans une alternative de réalisation, le moyeu de soufflante comprend au moins deux chapes de reprise d’efforts tangentiels formant une pièce monobloc avec le carter annulaire amont, au moins une chape de reprise d’efforts tangentiels étant une chape de secours. Cette forme de réalisation est résistante. Avantageusement, le corps central comprend du titane. Ce matériau renforce la résistance mécanique, la résistance aux températures élevées, la résistance à la corrosion. Ce matériau contribue aussi à alléger le moyeu, en raison de sa densité réduite par rapport à celle de l’acier. La présente invention a également pour objet un moteur d’aéronef comprenant un moyeu de soufflante tel que défini précédemment. La présente invention a encore 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 et du carter annulaire amont à partir de deux blocs de matière, Solidarisation du carter annulaire amont au corps central par une liaison boulonnée. Selon le procédé de l’invention, l’étape de réalisation du corps central et du carter annulaire amont est effectuée par forgeage et comprend une opération de traitement thermique, le procédé comprenant en outre une opération de solidarisation d’au moins deux chapes de reprise d’efforts tangentiels au carter annulaire amont, sauf si les chapes forment une pièce monobloc avec le carter annulaire amont. La présente invention a de fait pour objet un moyeu de soufflante obtenu par le procédé défini précédemment. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, laquelle est non limitative et faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles : FIG. 1 dont il a déjà été fait mention, est une coupe partielle d’une soufflante, selon l’état de la technique, implantée dans un moteur d’aéronef, FIG. 2 dont il a déjà été fait mention, est une vue en perspective du moyeu de la soufflante de la FIG. 1 , FIG. 3 dont il a déjà été fait mention, est une vue en perspective d’une subdivision du moyeu de la FIG. 2 , FIG. 4 dont il a déjà été fait mention, est une vue schématique en coupe d’un bloc de matière à partir duquel est forgé un moyeu de soufflante selon l’état de la technique, FIG. 5 est une vue schématique en coupe de deux blocs de matière à partir desquels sont forgés un corps central annulaire et un carter annulaire amont d’un moyeu de soufflante, selon une première forme de réalisation de l’invention, FIG. 6 est une vue en perspective du moyeu de soufflante selon la première forme de réalisation de l’invention, FIG. 7 est une vue en perspective d’une subdivision du moyeu de la FIG. 6 , FIG. 8 est une vue partielle de côté du moyeu de la FIG. 6 , montrant une chape de reprise d’efforts tangentiels solidarisée au carter annulaire amont, FIG. 9 est une vue partielle, en perspective et par l’extérieur, du carter de la FIG. 8 avec la chape, FIG. 10 est une vue partielle, en perspective et par l’intérieur, d’un carter et d’une chape formant une pièce monobloc, selon une deuxième forme de réalisation de l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation Comme on peut le voir sur la FIG. 5 , un premier bloc de matière 15 et un deuxième bloc de matière 16 sont représentés schématiquement en coupe radiale. Le premier bloc de matière 15 est destiné à la fabrication d’un corps central annulaire 17, et le deuxième bloc de matière 16 est destiné à la fabrication d’un carter annulaire 18. Selon l’invention, le corps central 17 et le carter 18 sont structurés pour être solidarisés l’un à l’autre et, de ce fait, constituer un moyeu 19 de soufflante. Ce dernier sera visible sur d’autres figures. En pratique le corps central annulaire 17 est forgé à partir du premier bloc de matière 15, et le carter annulaire 18 est forgé à partir du deuxième bloc de matière 16. On observe que la coupe radiale du premier bloc de matière 15 laisse apparaitre une bouche radiale 20, configurée pour maintenir en position une aube de soufflante. Le moyeu 19 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 19. Ce dernier permet notamment la transmission du couple moteur en reliant une pièce transmettant le couple du moteur d’aéronef aux aubes de soufflante. Le moyeu 19 de soufflante a pour axe central D l’axe de rotation de la soufflante. Comme on le comprend ensemble à l’aide des figures 5, 6 et 7, l’axe de rotation D de la soufflante est aussi celui du moyeu 19, et donc celui du corps central 17 et du carter 18. Le corps central 17 s’étend axialement, selon l’axe D, entre un flanc amont 25 et un flanc aval 26. De manière non limitative, le flanc aval 26 présente une extension aval 27 en saillie dans un sens d’éloignement du flanc amont 25. L’extension aval 27 est une subdivision périphérique du corps central 17. L’extension aval 27 est destinée à être positionnée vers l’arrière du moteur d’aéronef. En référence plus particulièrement aux figures 6 et 7, on comprend que le corps central annulaire 17 présente une pluralité de bouches radiales 20 configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante, cette dernière n’étant pas représentée. On comprend également que le carter annulaire amont 18 est solidarisé au flanc amont 25 du corps central 17 par une liaison vis-écrou. Cette liaison a pour fonction principale le maintien du carter 18 sur le corps central 17. Il s’agit d’éviter la séparation intempestive de ces éléments 17, 18. Le carter annulaire est destiné à être positionné vers l’avant du moteur d’aéronef lorsque le moyeu 19 de soufflante est installé dans le moteur d’aéronef. La liaison vis-écrou n’est pas détaillée ici, parce que bien connue de l’homme du métier. On précise néanmoins que, de manière non limitative, la liaison vis-écrou comprend une série de vis qui traversent le carter 18 pour se visser dans le corps central 17. Les vis, non représentées, sont réparties à la périphérie du carter 18, et passent par des trous 28 de ce dernier pour se visser dans des orifices filetés du corps central 17, les orifices n’étant pas visibles sur les figures. Les vis, les trous 28 et les orifices filetés sont parallèles à l’axe de rotation D du moyeu 19. Cette architecture de liaison vis-écrou facilite le montage du carter 18 sur le corps central 18, parce que le vissage est obtenu directement et seulement par action sur chaque tête de vis. Le vissage est une opération simple. Alternativement, la liaison vis-écrou peut être réalisée par boulonnage. Cela signifie que des boulons sont répartis selon un diamètre du moyeu 19, à la jonction entre le carter 18 et le corps central 17. Les boulons ne sont pas représentés. Chacun de ceux-ci comprend une vis et un écrou qui lui est adaptable. Les trous 28 du carter 18 sont conservés, et les orifices filetés du corps central 17 sont remplacés par des trous lisses. Ainsi chaque vis traverse le carter et le corps central. Chaque écrou est associé à une vis pour serrer le carter et le corps central l’un contre l’autre. Cette architecture facilite la fabrication du corps central car, dans une pièce forgée, il est plus simple de faire un trou lisse qu’un orifice fileté. Cela est la conséquence de la haute résistance mécanique d’une pièce forgée. On précise en complément que le carter 18 et le corps central 17 sont alignés axialement. Le positionnement axial est là encore bien connu de l’homme du métier et non détaillé ici. Il peut par exemple être prévu que le carter 18 et le corps central 17 présentent des surfaces de révolution complémentaires adaptées pour un emboîtement de l’une avec l’autre. Des surfaces de révolution avec des portions coniques conviennent très bien. Ces surfaces guident le carter 18 et le corps central 17 dans une situation d’alignement de leurs axes respectifs, lorsque les vis agissent dans un sens de serrage. Alternativement, des surfaces de révolution avec des portions cylindriques conviennent également très bien. Il suffit d’adopter des tolérances de fabrication précises. Le fait que le moyeu 19 soit réalisé avec deux pièces, le carter 18 et le corps central 17, présente de nombreux avantages. Notamment, les pièces forgées 18, 17 sont plus petites et plus faciles à fabriquer par rapport à un moyeu monobloc selon l’art antérieur. En cela l’invention réduit les risques inhérents à la fabrication. L’invention supprime les problèmes liés à l’excès de masse des pièces, réduit les abattements mécaniques, réduit les zones d’usinage complexes, et amène des réductions des coûts de fabrication. L’invention permet encore de réduire la masse d’un moyeu, et améliore la tenue mécanique de ce dernier. La réduction de masse du moyeu 19 est aussi la conséquence d’une structure particulière du carter annulaire 18. En effet, de manière non limitative, ce dernier présente une structure ajourée. Plus concrètement, le carter 18 présente des alvéoles périphériques 29 réparties de manière régulière sur l’intégralité de sa partie externe 30. Cela réduit la densité du carter 18, et par conséquence réduit les contraintes liées à sa mise en œuvre dans le moyeu 19. En complément, le moyeu 19 de soufflante comprend une chape 35 de reprise d’efforts tangentiels, ainsi qu’une chape 36 de secours elle aussi destinée à la reprise d’efforts tangentiels. Les chapes 35, 36 sont par exemple assujetties au carter annulaire 18. Si les chapes 35, 36 sont ici au nombre de deux, il peut alternativement en être prévu une seule ou plus que deux. De manière non limitative, comme on peut le percevoir à l’aide des figures 6 à 9, chaque chape 35, 36 est solidarisée au carter 18 par une liaison vis-écrou. Celle-ci permet un démontage, ce qui a l’avantage de faciliter la maintenance. La liaison vis-écrou comprend par exemple des boulons 37, au nombre de quatre par chape. Un boulon est l’association d’une vis et d’un écrou, chaque vis traversant un trou ménagé dans la chape 35, 36 et un trou ménagé dans le carter annulaire 18. Alternativement, comme on le comprend à l’aide de la FIG. 10 , les chapes 35, 36 sont fixées sur le carter 18 par soudage par friction linéaire. Cette technique est réalisée par mise en contact d’une surface du carter 18, tournée vers le centre de celui-ci, avec une surface de chaque chape 35, 36, puis par frottement linéaire de la chape 35, 36 contre le carter 18, de sorte que la chaleur dégagée par le frottement des surfaces permette la formation d’une soudure non visible sur la figure. Le soudage par friction linéaire présente l’avantage d’être résistant mécaniquement, et permet de diminuer la masse du moyeu 19 tout en raidissant et rendant plus robuste l’interface entre le carter 18 et les chapes 35, 36. En se référant à nouveau aux figures 6 à 9, on observe que la chape 35 de reprise d’efforts tangentiels comprend un corps 41 au bout duquel est fixé un moyen de liaison 42. Celui-ci permet de relier mécaniquement un système de calage des aubes, non représenté, situé au centre du moyeu 19 au niveau du carter 18, pour éviter le vrillage des aubes ou de la soufflante. Les efforts tangentiels ont pour direction des cercles concentriques autour de l’axe central D du moyeu 19 de soufflante. De la même façon, la chape 36 de secours comprend un corps 43 au bout duquel est fixé un moyen de liaison 44. Celui-ci permet de relier mécaniquement le système de calage des aubes ci-avant mentionné. La chape de secours 36 n’est utilisée que lorsque la chape 35 de reprise d’efforts tangentiels est défaillante. D’une manière générale, le corps central 17 et le carter 18 comprennent les mêmes matériaux, ou des matériaux différents en fonction des besoins. Dans une forme de réalisation particulière, le corps central 17 et/ou le carter 18 comprend du titane. L’invention n’est pas limitée aux formes de réalisation décrites, et comprend tous les équivalents pouvant entrer dans la portée des revendications qui vont suivre. Notamment, il peut être prévu diverses variantes de liaison vis-écrou entre le carter 18 et le corps central 17. Moyeu (19) de soufflante, comprenant un corps central (17) qui s’étend axialement entre un flanc amont (25) et un flanc aval (26), le corps central (17) présentant des bouches radiales (20) configurées chacune pour maintenir en position une aube de soufflante, caractérisé par le fait que le moyeu (19) de soufflante comprend un carter annulaire amont (18) solidarisé au flanc amont (25) par une liaison boulonnée. Moyeu (19) de soufflante selon la revendication 1, dans lequel le corps central (17) et le carter annulaire amont (18) sont chacun réalisés indépendamment par forgeage. Moyeu (19) de soufflante selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins deux chapes (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels solidarisées au carter annulaire amont (18), au moins une chape (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels étant une chape de secours. Moyeu (19) de soufflante selon la revendication 3, dans lequel la chape (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels est solidarisée au carter annulaire amont (18) par soudage. Moyeu (19) de soufflante selon la revendication 3, dans lequel la chape (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels est solidarisée au carter annulaire amont (18) par une liaison boulonnée. Moyeu (19) de soufflante selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins deux chapes (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels formant une pièce monobloc avec le carter annulaire amont (18), au moins une chape (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels étant une chape de secours. Moyeu (19) de soufflante selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le corps central (17) comprend du titane. Moteur d’aéronef caractérisé en ce qu’il comprend un moyeu (19) de soufflante selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Procédé de fabrication d’un moyeu (19) de soufflante selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Réalisation du corps central (17) et du carter annulaire amont (18) à partir de deux blocs de matière (15, 16), Solidarisation du carter annulaire amont (18) au corps central (17) par une liaison boulonnée. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’étape de réalisation du corps central (17) et du carter annulaire amont (18) est effectuée par forgeage et comprend une opération de traitement thermique, le procédé comprenant en outre une opération de solidarisation d’au moins deux chapes (35, 36) de reprise d’efforts tangentiels au carter annulaire amont (18), sauf si les chapes (35, 36) forment une pièce monobloc avec le carter annulaire amont (18).