Brevet FR3161250A1 — publié le 20251017

L’invention concerne un Carter (200) de carénage d’une aube de soufflante pour une turbomachine d’aéronef, ce carter ayant une forme annulaire autour d’un axe (A) et comportant à ses extrémités axiales des brides annulaires (204 1 , 204 2 ) de fixation, respectivement amont (204 1 ) et aval (204 2 ), le carter comportant un tronçon intermédiaire (202 a ) situé à distance des brides et configuré pour s’étendre autour d’une aube de soufflante, le carter étant en matériau composite et comprenant un enroulement autour dudit axe sur plusieurs tours superposés d’une couche de bande tissée formant une préforme, et une matrice polymérique dans laquelle est noyé cet enroulement, le carter comprend en outre un insert annulaire (310 a ) amont de rigidification intégré dans ledit enroulement et intercalé axialement entre la bride amont et ledit tronçon intermédiaire, et un insert annulaire aval (310 b ) de rigidification intégré dans ledit enroulement et intercalé axialement entre la bride aval et ledit tronçon intermédiaire. Figure pour l’abrégé : Figure 3 CARTER POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un carter de carénage d’une aube de soufflante pour une turbomachine d’aéronef et une turbomachine comportant ce carter. Arrière-plan technologique De manière générale, une turbomachine 100, en particulier d’aéronef, telle qu’illustrée en FIG. 1 , comprend d’amont en aval (c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz F), une soufflante 110, un ou plusieurs compresseurs 102 1 , 102 2 , une chambre de combustion 104, une ou plusieurs turbines 106 1 , 106 2 et une tuyère d’éjection 108 des gaz de combustion sortant de la ou des turbines. La FIG. 1 illustre schématiquement et partiellement une soufflante 110 d’une turbomachine. La soufflante 110 comprend une aube de soufflante ou une roue à aubes 112 qui est entourée par un carter 200 de soufflante ou de carénage, encore appelé carter de rétention du fait de sa fonction de rétention des aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d’entrée de débris dans la soufflante. En référence à la FIG. 1 , un carter 200 de soufflante, et plus généralement un carter 200, comprend typiquement une enveloppe annulaire 202, qui peut être, par exemple et de manière non limitative, en matériau métallique ou en matériau composite à partir de fibres tissées et noyées dans une résine polymérique. De préférence, l’enveloppe annulaire est en matériau composite. Dans un contexte de réduction de l’empreinte écologique des aéronefs, l’utilisation d’un matériau léger mais tout aussi performant, tel que le matériau composite, permet d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des aéronefs en réduisant notamment leur masse et, par la même occasion, leur consommation de carburant. Toujours en référence à la FIG. 1 , l’enveloppe annulaire 202 comporte un axe de révolution A et s’étend autour des aubes 112 de soufflante de la turbomachine. Le carter 200 comprend une bride annulaire de fixation 204 1 , 204 2 à chacune des extrémités axiales de l’enveloppe annulaire 202. Ces brides 204 1 , 604 2 sont utilisées pour fixer le carter 200 à des parois annulaires d’une nacelle qui entoure la turbomachine pour former un ensemble propulsif d’aéronef. Le carter 200 peut, par exemple, être lié par les brides 204 1 , 204 2 d’une part à une manche d’entrée d’air 4a située en amont du carter de soufflante 200, et d’autre part, à une virole de carter intermédiaire située en aval du carter de soufflante 200. Le carter de soufflante 600 comprend également des panneaux acoustiques amont 210, comme illustré en FIG. 1 , et des panneaux acoustiques aval (non représenté). En référence à la FIG. 1 , une cartouche annulaire abradable peut être positionnée sur une surface annulaire interne 300 1 ( FIG. 1 ) de l’enveloppe 202 du carter 200, entre les panneaux acoustiques amont 210 et les panneaux acoustiques aval. Cette cartouche abradable peut comprendre une couche annulaire 208 en matériau abradable et un panneau ou support annulaire 206 supportant la couche annulaire 208, le panneau 206 étant fixé à l’enveloppe 202. Cette couche annulaire abradable 208 est prévue pour s’user de manière contrôlée en fonctionnement. Quant au panneau 206, il peut, par exemple, être plein ou présenter une structure en nid d’abeille. Le carter 200 peut en outre comprendre au moins un raidisseur 302 a-c fixé sur la surface externe 300 2 de l’enveloppe 202 comme illustré, par exemple, en FIG. 1 . Les raidisseurs contribuent à renforcer ou améliorer la rigidité du carter 200. En plus de la fonction de rétention, le carter 200 est en outre conçu pour : assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d’entrée d’air et la virole de carter intermédiaire ; permettre la fixation des panneaux de la cartouche annulaire abradable, des panneaux acoustiques amont et des panneaux acoustiques aval assurant ainsi une continuité de la veine aérodynamique ; permettre la fixation d’équipements et de supports connus en soi, en particulier à l’intérieur de la nacelle ; tenir les spécifications de règlementation au feu et aux fuites ; permettre la continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc. L’enveloppe 202 du carter 200 et la cartouche annulaire sont des pièces distinctes qui sont fabriquées séparément puis assemblées dans une étape d’assemblage dans laquelle, le panneau 206 est d’abord fixé à l’enveloppe annulaire 202 puis, la couche annulaire abradable 208est collée au panneau 206. On a déjà proposé de fabriquer l’enveloppe du carter de soufflante en matériau composite à partir de fibres tissées et noyées dans une résine polymérique, le procédé de fabrication étant du type par « RTM » (acronyme anglais de « Resin Transfert Molding ») Dans un procédé de fabrication par RTM, un moule comportant deux demi-coquilles, posées l'une sur l'autre, confine une cavité de moulage. Les fibres peuvent être, par exemple, tissées en trois dimensions (3D), via un métier à tisser de type Jacquard par exemple, et comportent des couches de fils de chaîne F C et de fils de trame F T comme illustré par exemple en FIG. 2 . Les fibres forment une préforme fibreuse qui est insérée dans la cavité du moule entre les deux demi-coquilles, avant injection de la résine. La FIG. 1 , illustre la direction D c des fils de chaîne (direction radiale ou circonférentielle) et la direction D T des fils de trame (direction axiale) sur l’enveloppe 202 d’un carter fabriqué. Dans l’exemple illustré en FIG. 2 , la couche ou le pli C i (i=1, 4) correspond à une couche de bande tissée formant la préforme. Cette dernière comprend huit couches de texture fibreuse. De manière générale, l’enveloppe 202 du carter 200 comprend un enroulement sur plusieurs tours de la préforme. Dans l’exemple de la FIG. 2 , l’enveloppe 202 comprend un enroulement sur quatre tours de couches ou plis C 1-4 de préforme. Chaque pli C 1-4 représentant un tour. L'utilisation du procédé de fabrication par RTM est particulièrement avantageuse car celui-ci permet de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique, tout en présentant une résistance mécanique au moins équivalente sinon supérieure. La capacité de rétention du carter composite est assurée par la quantité de fibres, le motif du tissage et la qualité du tissage. Il peut être ainsi souhaité d’améliorer cette capacité de rétention de carters de turbomachines pour garantir la rétention d’aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d’entrée de débris dans la soufflante. Lors de la rupture d’une aube, celle-ci se fragmente au contact du carter 200 et en particulier de l’enveloppe 202, comme illustré en FIG. 2 , au point CH 1 et CH 2 . L’enveloppe 202 peut être alors soumise à trois types de sollicitations : l’impact perforant, très localisé, généralement au droit de la position CH 1 axiale de l’aube. Il engendre une perforation en face interne 300 1 et des déformations locales élevées en face externe 300 2 ; l’impact non perforant, relativement localisé, peut se produire à l’aval CH 2 (et/ou à l’amont) de la position axiale de l’aube. Il engendre des déformations locales élevées en faces interne et externe ; et la vague de déplacement/déformation, étendue, qui s’initie aux impacts principaux CH 1 , CH 2 , puis qui navigue d’un point à l’autre du carter. Pour résister à l’impact perforant, une solution est un épaississement localisé dans la zone de l’impact. Quant à l’impact non perforant, une solution est un meilleur allongement à la rupture dans la zone de l’impact. Lorsque le carter est soumis à une vague de déformation Vg 1 , Vg 2 , cette dernière qui s’initie au niveau des impacts, par exemple CH 2 , et se propage vers l’amont Vg 1 et vers l’aval Vg 2 du carter, comme illustré en FIG. 2 . Cette vague peut créer des fissurations à différents endroits (par exemple au niveau des brides) et solliciter fortement les pièces adjacentes tenues aux brides et les équipements accrochés au carter. Il peut ainsi être souhaité de prévoir un carter qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités. Il est donc proposé un carter de carénage d’une aube de soufflante pour une turbomachine d’aéronef, ce carter ayant une forme annulaire autour d’un axe A et comportant à ses extrémités axiales des brides annulaires de fixation respectivement amont et aval, le carter comportant un tronçon intermédiaire situé à distance des brides et configuré pour s’étendre autour d’une aube de soufflante, le carter étant en matériau composite et comprenant un enroulement autour dudit axe sur plusieurs tours superposés d’une couche de bande tissée formant une préforme, et une matrice polymérique dans laquelle est noyé cet enroulement, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un insert annulaire amont de rigidification intégré dans ledit enroulement et intercalé axialement entre la bride amont et ledit tronçon, et un insert annulaire aval de rigidification intégré dans ledit enroulement et intercalé axialement entre la bride aval et ledit tronçon. Le positionnement d’un insert dans l’enveloppe du carter permet d’introduire une discontinuité de raideur dans l’enveloppe du carter en particulier au voisinage des brides amont et aval. La vague de déformation ne se propageant pas de la même manière d’un matériau à un autre, il est alors possible de diminuer ou contrôler les effets de cette vague de déformation en fonction de la raideur de l’insert. Ainsi, grâce à l’invention il est possible de stopper/ralentir la vague de déformation ou d’en réduire les effets et préserver l’intégrité du carter et des pièces adjacentes reliées aux brides du carter. L’invention permet également un gain en masse et une réduction de l’empreinte écologique relative à la fabrication de carters. En effet, en stoppant ou en réduisant la vague de déformation, l’insert empêche une dégradation du carter. En d’autres termes, l’insert permet de réaliser une meilleure tenue mécanique du carter. Cette meilleure tenue permet de réduire les épaisseurs du carter ou de supprimer des éléments tels que les raidisseurs, et donc d’obtenir un gain de masse. Par ailleurs, une meilleure tenue du carter permet de réduire le nombre d’intervention pour maintenance et la fabrication de nouvelles pièces en remplacement. L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible : chacun des inserts amont et aval a une longueur ou dimension axiale qui représente entre 1% et 10% d’un diamètre interne du carter ; chacun des inserts amont et aval est enroulé avec la couche de bande tissée formant la préforme sur au moins un tour autour de l’axe ; chacun des inserts amont et aval est disposé axialement entre deux tours superposés de la couche de de bande tissée formant la préforme ou à l’intérieur de la couche de bande tissée formant la préforme ; chacun des inserts amont et aval est une bande de forme allongée et continue ; chacun des inserts amont et aval est une bande de forme allongée formée par une succession de pièces indépendantes ; chacun des inserts amont et aval est réalisé en alliage métallique, et par exemple en alliage de titane ou d’acier ; chacun des inserts amont et aval a en section axiale une forme elliptique ou trapézoïdale ou circulaire ou rectangulaire. L’invention concerne également une turbomachine comportant un carter tel que décrit ci-dessus. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la FIG. 1 est une représentation schématique d’une vue simplifiée d’une turbomachine selon l’art antérieur, la FIG. 1 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale et partielle d’une soufflante d’une turbomachine d’aéronef, selon l’art antérieur, la FIG. 1 est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un carter de soufflante, selon l’art antérieur ; la FIG. 1 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle d’un carter de soufflante, selon l’art antérieur ; la FIG. 1 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle de l’enveloppe d’un carter, selon l’art antérieur ; la FIG. 2 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle de l’enveloppe d’un carter comportant un enroulement sur quatre tours d’une préforme, selon l’art antérieur ; la FIG. 2 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle de l’enveloppe d’un carter soumise à des impacts ; la FIG. 2 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle de l’enveloppe d’un carter soumise à des vagues de déformations ; la FIG. 3 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle de l’enveloppe d’un carter, selon l’invention ; la FIG. 4 est une représentation très schématique du positionnement d’un insert entre deux couches de l’enveloppe du carter de la FIG. 3 selon une première variante ; la FIG. 5 est une représentation schématique d’une vue de l’insert dans l’enroulement de l’enveloppe du carter, selon une première variante ; la FIG. 5 est une représentation schématique d’une vue de profil de l’insert dans l’enroulement de l’enveloppe du carter, selon une seconde variante ; la FIG. 6 est une représentation schématique du positionnement d’un insert à l’intérieur d’une même couche de l’enveloppe du carter de la FIG. 3 selon une seconde variante ; la FIG. 7 est une représentation schématique d’une vue en coupe axiale partielle de l’enveloppe d’un carter montrant l’étendue axiale de l’insert, selon l’invention ; et la FIG. 8 est une représentation schématique du positionnement de l’insert à une position angulaire donnée vis-à-vis d’un accessoire, selon un mode de réalisation. Description détaillée de l’invention Par convention, dans la description, le terme « axial » qualifie l'orientation d'éléments structurels s'étendant selon la direction d’un axe. Cet axe correspond sensiblement à un axe de rotation ou de révolution. Le terme « radial » qualifie une orientation d'éléments structurels s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation ou de révolution. Les termes « interne » et « externe » sont utilisés en référence à un positionnement par rapport à l’axe de rotation ou de révolution. Ainsi, un élément structurel s'étendant selon l'axe de rotation ou de révolution comporte une face interne tournée vers l'axe longitudinal et une surface externe, opposée à sa surface interne. Dans la description qui suit, l’invention est appliquée à un carter 200 de carénage d’une aube de soufflante ou d’un aubage, par exemple de soufflante 110, pour une turbomachine 100 d’aéronef. L’invention n’est toutefois pas limitée à ce type de carter 200 et peut être appliquée à d’autres carters d’une turbomachine 100. Le carter 200 selon l’invention a une forme générale annulaire autour d’un axe A. Les éléments structurels analogues à ceux de l’art antérieur selon les figures 1A-2C portent les mêmes références numériques. La FIG. 3 , illustre une portion du carter 200, selon l’invention. Le carter 200 comprend une enveloppe annulaire 202 ayant à ses extrémités axiales des brides annulaires de fixation amont 204 1 et aval 204 2 . L’enveloppe annulaire 202 du carter 200 comporte un tronçon intermédiaire 202 a situé à distance des brides et configuré pour s’étendre autour d’une aube de soufflante ou d’un aubage. De préférence, le carter 200 est en matériau composite et comprend un enroulement autour dudit axe A sur plusieurs tours superposés d’une couche de bande tissée formant une préforme, et une matrice polymérique (résine polymérique) dans laquelle est noyé cet enroulement. La bande tissée peut être par exemple un tissage tridimensionnel (3D) de fibres. Le carter 200 peut en outre comprendre au moins un élément raidisseur 302 a -c fixé ou intégré à l’enveloppe 202 et faisant saillie sur la surface externe de l’enveloppe 202 du carter 200. Le carter 200 comprend en outre au moins un insert annulaire amont 310 a et un insert annulaire aval 310 b de rigidification intégrés dans ledit enroulement. L’insert amont 310 a est intercalé axialement entre la bride amont 204 1 et le tronçon 202 a de l’enveloppe 202 et, l’insert aval 310 b est intercalé axialement entre la bride aval 204 2 et le tronçon 202 a de l’enveloppe 202. Selon une première variante illustrée en FIG. 4 , chacun des inserts amont 310 a et aval 310 b est disposé axialement entre deux tours superposés de la couche de bande tissée formant la préforme. Toujours selon la FIG. 4 , illustrant une vue en coupe axiale très schématique de l’enveloppe 202 du carter 200, on peut observer que l’enveloppe est constituée d’un enroulement sur quatre tours représentés par quatre plis C 1 - 4 . L’insert 310 est intercalé entre le second pli C 2 et le troisième pli C 3 . Un carter en matériau tissé 3D est constitué d’un enroulement de plusieurs plis C 1-4 . Il est donc possible de placer l’insert entre deux plis à une position axiale donnée. Ainsi, chacun des inserts amont 310 a et aval 310 b est enroulé avec la couche de bande tissée formant la préforme sur au moins un tour autour de l’axe. Chacun des inserts amont 310 a et aval 310 b est une bande de forme allongée. Dans une variante, illustrée en FIG. 5 , la préforme est enroulé sur tour C 1 ou pli. Dans cet exemple, l’insert est sensiblement circulaire et continue. Comme le carter est constitué d’un enroulement continu sur plusieurs tours de la couche de bande tissée formant la préforme, l’insert peut être formé d’une succession de pièces jointes bout à bout pour réaliser un ensemble continu. Selon une autre variante, chacun des inserts amont et aval est une bande de forme allongée formée par une succession de pièces 311 a -d indépendantes comme illustrée par exemple, et de manière non-limitative, en FIG. 5 . De manière générale, l’insert peut être inséré sur 1 seul tour (comme illustré en figures 5A et 5B) ou, sur l’ensemble des tours. En référence à la FIG. 6 , qui représente une variante de positionnement ou d’intégration de l’insert dans l’enveloppe du carter, les inserts amont et aval peuvent être disposés axialement à l’intérieur de la couche de bande tissée formant la préforme. En effet, en raison de sa structure en matériau tissé 3D, la couche de bande tissée formant la préforme comprend un ensemble de sous-couches rendant possible l’ajout de l’insert à l’intérieur d’un même pli. Dans l’exemple de la FIG. 6 , le pli composite C 3 est délié (séparé en 2 parties localement) pour le positionnement ou la disposition de l’insert. L’insert peut être positionné sur toutes les interfaces y compris en surface interne ou externe, l’insertion étant réalisée sur une zone axialement restreinte. En référence à la FIG. 7 , chacun des inserts amont 310 a et aval 310 b a une longueur ou dimension axiale L a qui représente entre 1% et 10% d’un diamètre interne du carter. De préférence, la longueur axiale L a est d’environ 5% du diamètre interne. Par exemple, et de manière non limitative, le diamètre interne peut être le diamètre d’une aube de l’aube de soufflante à la position axiale du bord d’attaque de l’aube ou le diamètre de la veine aérodynamique. Toutefois, la position axiale de la zone peut être différente d’un design à un autre du carter 200. L’insert amont 310 a et/ou aval 310 b a en section axiale une forme elliptique ou trapézoïdale ou circulaire ou rectangulaire. Il peut être également intégré des inserts ayant en section axiale une forme identique ou différente. Par exemple, et de manière non limitative, l’insert amont 310 a peut avoir en section axiale une forme trapézoïdale et l’insert aval 310 b , une forme elliptique. Chacun des inserts amont et aval est réalisé en alliage métallique. Par exemple, et de manière non-limitative, les inserts sont réalisés en alliage de titane ou d’acier. Ainsi, la préforme et l’insert sont réalisés en matériaux de caractéristiques différentes. L’alliage métallique est réalisé de manière à avoir par exemple, et de manière non-limitative, une raideur allant de 110 à plus de 200 Gpa tandis que, le matériau composite (composite à matrice organique ou CMO) tissé 3D injecté comprend une raideur pouvant aller de 50 à 100 GPa. Dans un autre mode de réalisation, illustré en FIG. 8 , le carter peut comprendre un insert intégré dans une portion angulaire de l’enveloppe annulaire du carter et apte à protéger au moins un accessoire fixé sur la surface externe de l’enveloppe 202 du carter 200. Dans ce mode de réalisation, la longueur axiale de l’insert peut-être plus grande que précédemment décrite afin de réaliser la protection de l’au moins un accessoire sur une longueur suffisante. Avantageusement, l’homme du métier comprendra que la création d’une discontinuité de raideur permet de stopper ou de ralentir la vague de déformation. Cela a pour conséquence réduire par exemple, et de manière non-limitative, les déplacements/déformations au niveau des brides et transmises aux pièces adjacentes et donc d’éviter une dégradation de la structure du carter et de la turbomachine. La tenue mécanique du carter est donc améliorée ou renforcée. L’invention permet également un gain en masse et une réduction de l’empreinte écologique relative à la fabrication. En effet, en stoppant ou en réduisant la vague de déformation, l’insert empêche une dégradation du carter. En d’autres termes, l’insert permet de réaliser une meilleure tenue mécanique du carter. Cette meilleure tenue permet de réduire les épaisseurs du carter ou de supprimer des éléments tels que les raidisseurs, et donc d’obtenir un gain en masse. Une meilleure tenue du carter permet également de réduire le nombre d’intervention pour maintenance et la fabrication de nouvelles pièces en remplacement. Carter (200) de carénage d’une aube de soufflante pour une turbomachine d’aéronef, ce carter (200) ayant une forme annulaire autour d’un axe (A) et comportant à ses extrémités axiales des brides annulaires (204 1 , 204 2 ) de fixation, respectivement amont (204 1 ) et aval (204 2 ), le carter (200) comportant un tronçon intermédiaire (202 a ) situé à distance des brides et configuré pour s’étendre autour d’une aube de soufflante, le carter (200) étant en matériau composite et comprenant un enroulement autour dudit axe sur plusieurs tours superposés (C 1-4 ) d’une couche de bande tissée formant une préforme, et une matrice polymérique dans laquelle est noyé cet enroulement, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un insert annulaire (310 a ) amont de rigidification intégré dans ledit enroulement et intercalé axialement entre la bride amont (204 1 ) et ledit tronçon (202 a ), et un insert annulaire aval (310 b ) de rigidification intégré dans ledit enroulement et intercalé axialement entre la bride aval (204 2 ) et ledit tronçon (202 a ). Carter (200) selon la revendication 1, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 b ) a une longueur ou dimension axiale (L a ) qui représente entre 1% et 10% d’un diamètre interne du carter (200). Carter (200) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 b ) est enroulé avec la couche de bande tissée formant la préforme sur au moins un tour autour de l’axe (A). Carter (200) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 b ) est disposé axialement entre deux tours superposés (C 2 , C 3 ) de la couche de bande tissée formant la préforme ou à l’intérieur de la couche de bande tissée. Carter (200) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 b ) est une bande de forme allongée et continue. Carter (200) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 b ) est une bande de forme allongée formée par une succession de pièces indépendantes (311 a-d ). Carter (200) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 b ) est réalisé en alliage métallique, et par exemple en alliage de titane ou d’acier. Carter (200) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel chacun des inserts amont (310 a ) et aval (310 a ) a en section axiale une forme elliptique ou trapézoïdale ou circulaire ou rectangulaire. Turbomachine (100) d’aéronef, comportant au moins un carter (200) selon l’une des revendications précédentes.