Brevet FR3152830A1 — publié le 20250314

L’invention concerne une aube (11, 11’) pour une turbomachine d’aéronef comprenant : - un corps (12) s’étendant selon un axe d’allongement (X) et comprenant une face intrados (12i) et une face extrados (12e) reliées par un bord d’attaque (12a) et un bord de fuite (12b), caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une couche de renfort (16) comprenant un matériau rhéoépaississant. Figure d’abrégé : figure 2 AUBE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine technique des aubes pour les turbomachines d’aéronef. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef s’étend généralement le long et autour d’un axe longitudinal. Elle comprend un générateur de gaz qui comporte typiquement d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion des gaz, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz. Le rotor du compresseur basse pression est typiquement relié au rotor de la turbine basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. Le rotor du compresseur haute pression est quant à lui relié au rotor de la turbine haute pression par un arbre haute pression. La turbomachine comprend en outre une soufflante qui est située en amont du générateur de gaz. La soufflante comprend un rotor comprenant un disque centré sur l’axe longitudinal et qui est entrainé en rotation autour de l’axe longitudinal par un arbre de soufflante. La soufflante comprend en outre des aubes s’étendant radialement à partir du disque. La turbomachine peut comprendre en outre un redresseur situé en aval de la soufflante et comprenant des aubes fixes, également connues sous l’acronyme anglais OGV pour « Outlet Guided Vanes ». La soufflante permet l’aspiration d’un flux d’air se divisant en un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse une veine primaire de la turbomachine tandis que le flux secondaire est dirigé vers une veine secondaire entourant la veine primaire. Le flux primaire est comprimé au sein des compresseurs. L’air comprimé est ensuite mélangé à un carburant et brulé au sein de la chambre de combustion. Les gaz issus de la combustion traversent les turbines puis s’échappent au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion. Les aubes de la turbomachine, telles que les aubes de la soufflante ou les aubes fixes, permettent d’exercer une action sur le flux d’air. Par exemple, les aubes de la soufflante permettent de comprimer le flux d’air secondaire et les aubes fixes de redresser ce flux d’air secondaire afin d’améliorer l’effort de propulsion généré. Une aube comprend typiquement un corps ou une pale qui présente une forme aérodynamique. Le corps présente ainsi une face intrados et une face extrados reliées par un bord d’attaque et un bord de fuite. Le corps présente un matériau métallique ou un matériau composite. Afin de réduire la consommation en carburant et diminuer l’empreinte environnementale des turbomachines tout en maximisant le rendement propulsif des turbomachines, il a été proposé d’augmenter le taux de dilution des turbomachines d’aéronef. Le taux de dilution représente le rapport entre la masse de flux secondaire et la masse de flux primaire s’écoulant dans la turbomachine. Afin d’augmenter ce taux de dilution, il a été proposé d’augmenter la taille des aubes, telles que les aubes de soufflante dans le but d’augmenter la masse de flux secondaire traversant la turbomachine. Or, augmenter la taille des aubes présente de nombreux défis. En effet, plus la taille des aubes est grande, plus les aubes sont plus susceptibles de subir des chocs. Par exemple, il a été constaté qu’en multipliant par deux la surface des aubes de soufflante, le nombre de chocs avec des corps étrangers volants, tels que des oiseaux, est également au moins multiplié par deux. En outre, plus la taille des aubes est grande, plus leur masse augmente ce qui va à l’encontre du gain de performance recherché. Aussi, il est nécessaire de garantir une fabrication aisée et à bas coût de telles aubes. Par conséquent, il existe un besoin de fournir des aubes pour les turbomachines d’aéronef, dont les dimensions peuvent être augmentées, tout en garantissant leur tenue à l’impact, une faible masse et une fabrication aisée. A cet effet, l’invention propose une aube pour une turbomachine d’aéronef comprenant : - un corps s’étendant selon un axe d’allongement et comprenant une face intrados et une face extrados reliées par un bord d’attaque et un bord de fuite. L’aube est remarquable en ce qu’elle comprend au moins une couche de renfort comprenant un matériau rhéoépaississant. La couche de renfort selon l’invention permet de renforcer le corps de l’aube contre les chocs. Selon l’invention, cette couche de renfort comprend un matériau rhéoépaississant. Un tel matériau se caractérise en particulier par une viscosité qui augmente lorsque la vitesse de cisaillement augmente. Ce matériau est également appelé matériau « dilatant». Un tel matériau dont l’état change selon la force qui lui est appliqué permet de conférer une bonne tenue à l’impact. En outre, un tel matériau présente une densité inférieure à la densité des matériaux métalliques et permet ainsi de renforcer la tenue à l’impact de l’aube sans augmenter considérablement sa masse. Grâce à l’invention, il est donc possible d’augmenter considérablement la taille de l’aube tout en garantissant une bonne tenue à l’impact ou une résistance aux chocs sans augmenter significativement la masse de cette aube. Par conséquent, il est possible de réduire la consommation de carburant des turbomachines dans laquelle l’aube est intégrée et diminuer l’empreinte environnementale de ces turbomachines tout en maximisant leur rendement propulsif sans impacter la résistance aux chocs des aubes. En outre, une telle couche peut être facilement intégrée à l’aube ce qui permet une fabrication aisée de l’aube. L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le matériau rhéoépaississant présente une densité comprise entre 0,1 et 0,65, - le matériau rhéoépaississant présente une résistance en traction telle que mesurée à 20°C comprise entre 0,5 et 5 MPa, de préférence de 1 MPa, - le matériau rhéoépaississant est le D3O®, - la couche de renfort est agencée sur la face intrados et/ou la face extrados et/ou le bord d’attaque et/ou le bord de fuite et/ou le long du bord d’attaque et/ou le long du bord de fuite, - la couche de renfort présente une épaisseur comprise entre 2 mm et 50 mm, - la couche de renfort s’étend le long de l’axe d’allongement entre une première extrémité et une seconde extrémité de l’aube, - le corps comprend un matériau métallique ou un matériau composite, - un bouclier de protection agencé sur le bord d’attaque et/ou le bord de fuite, la couche de renfort étant située entre le bouclier de protection et le corps de l’aube, - au moins une couche de protection agencée sur la face intrados et/ou extrados du corps de l’aube, la couche de renfort étant située entre la couche de protection et le corps de l’aube. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’un exemple d’une turbomachine d’aéronef; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue en coupe transversale d’une aube selon un premier mode de réalisation de l’invention; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue en coupe transversale d’une aube selon un second mode de réalisation de l’invention. Description détaillée de l'invention Un exemple de turbomachine 1 d’aéronef selon l’invention est représenté sur la FIG. 1 . La turbomachine 1 s’étend autour et le long d’un axe longitudinal A. Dans la présente demande, les termes « axial », « axialement », « radial » et « radialement » sont définis par rapport à l’axe longitudinal A. Les termes « amont », « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine 1 suivant l’axe longitudinal A. Les termes « interne », « intérieur », « externe », « extérieur », « extérieurement » sont définis par rapport à l’éloignement de l’axe longitudinal A le long d’un axe radial perpendiculaire à l’axe longitudinal A. La turbomachine 1 comprend d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz F le long de l’axe longitudinal A, une soufflante 2, au moins un compresseur tel qu’un compresseur basse pression 3 et un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, au moins une turbine 6 telle qu’une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d’échappement des gaz. Le rotor de la turbine basse pression est relié à la soufflante 2 et au rotor du compresseur basse pression 3 par un arbre basse pression (non représenté). Le rotor de la turbine haute pression est quant à lui relié au rotor du compresseur haute pression 4 par un arbre haute pression (non représenté). La turbomachine 1 comprend par ailleurs un redresseur 10. Le redresseur 10 permet de redresser le flux d’air à la sortie d’un rotor situé en amont afin de fournir une poussée maximale à la sortie de la turbomachine 1. Sur l’exemple particulier de la FIG. 1 , le redresseur 10 est situé en aval de la soufflante 2. La soufflante 2 permet l’aspiration d’un flux d’air F se divisant en un flux d’air primaire F1 et un flux d’air secondaire F2. Le flux d’air primaire F1 traverse une veine primaire de la turbomachine 1 tandis que le flux d’air secondaire F2 est dirigé vers une veine secondaire entourant la veine primaire. Le flux d’air primaire F1 est comprimé au sein du compresseur basse pression 3 puis du compresseur haute pression 4. L’air comprimé est ensuite mélangé à un carburant et brulé au sein de la chambre de combustion 5. Les gaz formés par la combustion traversent la turbine haute pression et la turbine basse pression. Les gaz s’échappent enfin au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion. Le flux d’air secondaire F2 traverse le redresseur 10 qui accélère la vitesse de circulation du flux d’air secondaire F2 pour générer de la propulsion. La soufflante 2 comprend des aubes 11 régulièrement réparties autour de l’axe longitudinal A et mobiles en rotation autour de cet axe longitudinal A. Le redresseur 10 comprend également des aubes 11’ régulièrement réparties autour de l’axe longitudinal A et généralement fixes en rotation autour de cet axe longitudinal A. Elles sont connues sous l’acronyme anglais OGV pour « Outlet Guide Vane ». Dans la suite de la description, les aubes 11 de la soufflante 2 et les aubes 11’ du redresseur 10 sont désignées indifféremment « aube ». Chaque aube 11, 11’ comprend un corps ou une pale 12. Le corps 12 s’étend selon un axe d’allongement X. L’axe d’allongement X du corps 12 s’étend radialement par rapport à l’axe longitudinal A de la turbomachine 1 après montage de l’aube 11, 11’ sur la turbomachine 1. Comme mieux visible sur les figures 2 et 3, le corps 12 présente un profil aérodynamique. Le corps 12 présente ainsi une face extrados 12e et une face intrados 12i. La face extrados 12e est reliée à la face intrados 12i par un bord d’attaque 12a et un bord de fuite 12b. Les bords d’attaque 12a et bord de fuite 12b s’étendent le long de l’axe d’allongement X. Le corps 12 s’étend par ailleurs longitudinalement selon l’axe d’allongement X entre une première extrémité et une seconde extrémité opposée à la première extrémité. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la FIG. 2 , le corps 12 comprend un matériau métallique. Le matériau métallique du corps 12 est par exemple en aluminium. Selon ce mode de réalisation, l’aube 11, 11’ peut comprendre en outre au moins une couche de protection 14 agencée sur le corps 12. La couche de protection 14 peut être agencée sur la face intrados 12i et/ou la face extrados 12e du corps 12. La couche de protection 14 comprend par exemple un matériau métallique tel que de l’aluminium. Selon ce mode de réalisation, l’aube 11, 11’ peut comprendre en outre un bouclier de protection (non illustré) agencé sur le bord d’attaque 12a et/ou le bord de fuite 12b. Il s’étend avantageusement tout le long du bord d’attaque 12a. Le bouclier de protection est avantageusement en matériau métallique. Le matériau métallique est par exemple du titane ou un alliage tel qu’un acier, par exemple un acier inoxydable ou un alliage de nickel et de cobalt (NiCo), un aluminium, de l’argent, du zinc, du nickel, du cuivre ou un mélange de ceux-ci. Le bouclier de protection est selon un autre exemple en matériau céramique. Il est destiné à améliorer la protection du bord d’attaque 12a contre les chocs extérieurs. Selon un second mode de réalisation illustré sur la FIG. 3 , le corps 12 comprend un matériau composite. Le matériau composite comprend une matrice polymérique et un renfort fibreux noyé dans la matrice. Le matériau composite est par exemple un composite à matrice organique (CMO). La matrice est par exemple une matrice polymérique thermoplastique ou thermodurcissable. Le matériau thermodurcissable est par exemple un polymère époxyde. Le renfort fibreux comprend des fibres qui sont par exemple des fibres de carbone ou des fibres de verre. Les fibres sont organisées par exemple sous la forme d’une préforme fibreuse. Selon ce second mode de réalisation, l’aube 11, 11’ peut comprendre en outre au moins un bouclier de protection 15 agencé sur le corps 12. Le bouclier de protection 15 est avantageusement agencé sur le bord d’attaque 12a. Il s’étend avantageusement tout le long du bord d’attaque 12a. Le bouclier de protection 15 est avantageusement en matériau métallique. Le matériau métallique est par exemple du titane ou un alliage tel qu’un acier, par exemple un acier inoxydable ou un alliage de nickel et de cobalt (NiCo), un aluminium, de l’argent, du zinc, du nickel, du cuivre ou un mélange de ceux-ci. Le bouclier de protection 15 est selon un autre exemple en matériau céramique. Il est destiné à améliorer la protection du bord d’attaque 12a contre les chocs extérieurs. Le bouclier de protection 15 présente une forme allongée en forme de dièdre. Le bouclier de protection 15 présente une section transversale en forme de V ou de U. Le bouclier de protection 15 comprend une première ailette latérale 15a et une seconde ailette latérale 15b reliée à la première ailette latérale 15a par une âme 15j. Les première et seconde ailettes latérales 15a, 15b définissent entre elles une cavité dans laquelle le bord d’attaque 12a est agencé. La première ailette latérale 15a présente une première extrémité longitudinale libre et la seconde ailette latérale 15b présente une seconde extrémité longitudinale libre qui sont opposées à l’âme 15j. Les extrémités longitudinales libres s’étendent le long du corps 12. Les extrémités longitudinales libres s’étendent respectivement sur la face intrados 12i et la face extrados 12e du corps 12. Alternativement, le bouclier de protection 15 est agencé sur le bord de fuite 12b. Selon encore une autre alternative non représentée, l’aube 11, 11’ comprend deux boucliers de protection 15 agencés respectivement sur le bord d’attaque 12a et le bord de fuite 12b. Selon l’invention, l’aube 11, 11’ comprend en outre au moins une couche de renfort 16. La couche de renfort 16 peut être agencée sur le corps 12 ou dans le corps 12. La couche de renfort 16 peut être située sur le bord d’attaque 12a et/ou sur le bord de fuite 12b et/ou sur la face intrados 12i et/ou sur la face extrados 12e du corps 12. Avantageusement, la couche de renfort 16 présente une épaisseur comprise entre 2 mm et 50 mm. L’épaisseur de la couche de renfort 16 peut par exemple être supérieure ou égale à un cinquième de l’épaisseur du corps 12. La couche de renfort 16 peut être collée, moulée, soudée sur ou dans le corps 12. La couche de renfort 16 peut présenter une forme allongée le long de l’axe d’allongement Y du corps 12. Elle peut par exemple s’étendre de la première extrémité jusqu’à la seconde extrémité du corps 12. La couche de renfort 16 peut être de toute forme adaptée à l’aube 11, 11’. Elle peut par exemple présenter une forme plane ou de révolution. Elle peut présenter une section transversale circulaire, elliptique, polygonale. En référence à la FIG. 2 illustrant le premier mode de réalisation dans lequel le corps 12 comprend un matériau métallique, l’aube 11, 11’ comprend une première couche de renfort 16a située sur au moins une partie de la face extrados 12e et/ou une seconde couche de renfort 16b située sur au moins une partie de la face intrados 12i et/ou une troisième couche de renfort 16c située sur le bord d’attaque 12a et/ou une quatrième couche de renfort 16d située sur le bord de fuite 12b. Selon ce mode de réalisation, les troisième et quatrième couches de renfort 16c, 16d présentent une forme de révolution. Elles présentent par exemple une section circulaire. Elles sont par exemple situées dans une cavité s’étendant le long de l’axe d’allongement X dans le corps 12. Selon ce mode de réalisation, la couche de renfort 16, et en particulier les première et seconde couches de renfort 16a, 16b sont situées entre le corps 12 et la couche de protection 14. Selon une alternative, les première et seconde couches de renfort 16a, 16b sont situées dans une cavité ménagées dans le corps 12. En référence à la FIG. 3 illustrant le second mode de réalisation dans lequel le corps 12 comprend un matériau composite, la couche de renfort 16 est située sur le bord d’attaque 12a. En particulier, la couche de renfort 16 est située entre le bouclier de protection 15 et le corps 12. Selon cet exemple, la couche de renfort 16 peut comprendre une forme allongée en forme de dièdre. La couche de renfort 16 présente une section transversale en forme de V ou de U. La couche de renfort 16 comprend une première ailette latérale 17a et une seconde ailette latérale 17b reliée à la première ailette latérale 17a par une âme 17c. Les première et seconde ailettes latérales 17a, 17b définissent entre elles une cavité dans laquelle le bord d’attaque 12a est agencé. La ou chaque couche de renfort 16 comprend un matériau rhéoépaississant. De manière connue, les matériaux rhéoépaississants font partie de la catégorie des fluides non Newtoniens. Les matériaux rhéoépaississants se caractérisent en particulier par une viscosité qui augmente lorsque la vitesse de cisaillement augmente. Les matériaux rhéoépaississants sont également appelés matériaux « dilatants ». Le matériau rhéoépaississant peut être caractérisé par sa vitesse de cisaillement critique. On entend par « vitesse de cisaillement critique », toute vitesse de cisaillement à partir de laquelle la valeur de la viscosité (mesurée en Pa.s) du matériau rhéoépaississant augmente de plus d’un ordre de grandeur (c’est-à-dire d’au moins un facteur 10 ou d’une unité logarithmique). Cela correspond à un brutal « épaississement » de la suspension. De manière avantageuse, le matériau rhéoépaississant présente une densité comprise entre 0,1 et 0,65. De manière avantageuse, le matériau rhéoépaississant présente une résistance en traction telle que mesurée à 20°C comprise entre 0,5 et 5 MPa, de préférence de 1 MPa. De manière avantageuse, le matériau rhéoépaississant est le matériau D3O ® commercialisé par la société D3O. La couche de renfort 16 selon l’invention présente des propriétés de tenue à l’impact ou résistance aux chocs remarquables grâce au matériau rhéoépaississant mis en œuvre. Aussi, la masse d’une telle couche de renfort 16 est peu importante compte tenu de la densité de ce matériau rhéoépaississant. Ceci permet d’améliorer la résistance aux chocs de l’aube 11, 11’ sans augmenter significativement la masse de l’aube 11, 11’. Aube (11, 11’) pour une turbomachine (1) d’aéronef comprenant : - un corps (12) s’étendant selon un axe d’allongement (X) et comprenant une face intrados (12i) et une face extrados (12e) reliées par un bord d’attaque (12a) et un bord de fuite (12b), caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une couche de renfort (16, 16a, 16b, 16c, 16d) comprenant un matériau rhéoépaississant. Aube selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le matériau rhéoépaississant présente une densité comprise entre 0,1 et 0,65. Aube selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau rhéoépaississant présente une résistance en traction telle que mesurée à 20°C comprise entre 0,5 et 5 MPa, de préférence de 1 MPa. Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau rhéoépaississant est le D3O ® . Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renfort (16, 16a, 16b, 16c, 16d) est agencée sur la face intrados (12i) et/ou la face extrados (12e) et/ou le bord d’attaque (12a) et/ou le bord de fuite (12b) et/ou le long du bord d’attaque (12a) et/ou le long du bord de fuite (12b). Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renfort (16, 16a, 16b, 16c, 16d) présente une épaisseur comprise entre 2 mm et 50 mm. Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renfort (16, 16a, 16b, 16c, 16d) s’étend le long de l’axe d’allongement (X) entre une première extrémité et une seconde extrémité de l’aube (11, 11’). Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (12) comprend un matériau métallique ou un matériau composite. Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un bouclier de protection (15) agencé sur le bord d’attaque (12a) et/ou le bord de fuite (12b), la couche de renfort (16) étant située entre le bouclier de protection (15) et le corps (12) de l’aube (11, 11’). Aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre au moins une couche de protection (14) agencée sur la face intrados (12i) et/ou extrados (12e) du corps (12) de l’aube (11, 11’), la couche de renfort (16a, 16b) étant située entre la couche de protection (14) et le corps (12) de l’aube (11, 11’).