Brevet FR3160235A1 — publié le 20250919

L’invention concerne un système d’inspection d’une alvéole (12) d’un disque de moteur de type turboréacteur, cette alvéole (12) présentant un contour transversal agencé pour recevoir un pied (33) d’une aube afin de porter cette aube, ce système comportant : – un support (23) extensible comportant une première extrémité (26) et une seconde extrémité (27) mobiles en translation l’une par rapport à l’autre selon une direction principale (D) ; – des moyens pour exercer un effort prédéterminé tendant à écarter la première extrémité (26) de la seconde extrémité (27) ; – un gabarit (31) comportant un pied (33) d’aube s’engageant dans l’alvéole (12) et une portion externe (34) dépassant de l’alvéole (12) ; – un premier organe de solidarisation (29) de la première extrémité (26) au gabarit d’aube (31) ; – un second organe de solidarisation (32) de la seconde extrémité (27) au disque ; – des moyens de mesure de la position et/ou de l’orientation de la portion externe (34) du gabarit (31). Figure pour l’abrégé : Figure 4. Système de mise sous contrainte mécanique d’une alvéole de soufflante L’invention concerne la vérification de la conformité mécanique des alvéoles d’un disque de soufflante, qui reçoivent les aubes de cette soufflante. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un moteur de type turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée dans laquelle est admis de l'air qui est aspiré par les pales d'une soufflante avant d’être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire qui entoure le flux primaire. Le flux d'air primaire traverse ensuite un premier compresseur situé après la soufflante alors que le flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour générer une poussée additionnelle en étant soufflé autour du flux primaire. Le flux primaire traverse ensuite un second étage de compression, avant d'atteindre une chambre de combustion, après quoi il est détendu dans une turbine haute pression puis dans une turbine basse pression pour entrainer en rotation les étages de compression et la soufflante, avant d'être expulsé vers l'arrière pour générer une poussée. Chaque turbine comporte une succession d'étages comportant chacun une série d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un axe central du moteur et portées par un disque d’un rotor central de ce moteur. Les aubes de la soufflante sont portées par un disque de ce rotor central et qui comporte à sa périphérie une série d’alvéoles régulièrement réparties autour de ce rotor et qui s'étendent parallèlement les unes aux autres selon la direction de l'axe de rotation ou en formant un certain angle par rapport à cet axe. Chaque alvéole est une rainure dont la forme en section transversale s’apparente à un contour en queue d'aronde à sommets arrondis. Chaque alvéole délimite sur toute sa longueur une ouverture rectangulaire débouchant radialement vers l’extérieur du disque, et elle se termine dans les faces avant et arrière de ce disque où elle débouche sous forme d'ouvertures en queue d'aronde à sommets arrondis. Le montage d’une aube consiste à engager le pied de cette aube dans l’alvéole par une face du disque dans laquelle elle débouche en déplaçant axialement ce pied dans l'alvéole pour l'y engager. Le contour de chaque alvéole vu en coupe transversale, c'est-à-dire dans un plan normal à ses génératrices, est très arrondi au lieu de comporter des angles aigus comme dans le cas d’une forme en queue d’aronde. De même que pour l’ensemble des pièces du moteur, les différentes caractéristiques de ces disques sont contrôlées. Un défaut de fabrication de ces alvéoles, notamment en matière de conformité géométrique, se traduit par des défauts d’orientation des aubes qu’elles reçoivent. Un contrôle métrologique de ces alvéoles est ainsi réalisé en cours de fabrication pour déterminer si elles sont conformes ou non, de manière à procéder le cas échéant à des reprises, voire éventuellement à la mise au rebut du disque si des défauts ne pouvant être corrigés sont identifiés. Cette vérification est assurée en mesurant la forme du contour d’alvéole dans un plan transversal pour déterminer s'il est conforme ou non à des critères géométriques prédéterminés, comme décrit notamment dans le brevet français FR3032270. Cependant, le contrôle métrologique direct d’une alvéole nécessite un capteur métrologique de faibles dimensions pour permettre son engagement dans l’alvéole, et une analyse des mesures qui s’avère complexe du fait de la forme particulière du contour devant être mesuré, et de sa possible déformation en service. Il s’ensuit que le contrôle des alvéoles tel qu’il est actuellement effectué n’est pas entièrement satisfaisant. Le but de l’invention est de proposer une solution permettant de remédier à cet inconvénient. A cet effet, l’invention a pour objet un système d’inspection d’une alvéole d’un disque de moteur de type turboréacteur, cette alvéole présentant un contour transversal agencé pour recevoir un pied d’une aube afin de porter cette aube, le système comportant : – un support extensible comprenant une première extrémité et une seconde extrémité mobiles en translation l’une par rapport à l’autre selon une direction principale ; – des moyens pour exercer un effort prédéterminé tendant à écarter la première extrémité de la seconde extrémité ; – un gabarit comportant un pied d’aube s’engageant dans l’alvéole et une portion externe dépassant de l’alvéole ; – un premier organe de solidarisation de la première extrémité du support au gabarit d’aube ; – un second organe de solidarisation de la seconde extrémité du support au disque ; – des moyens métrologiques de mesure de la position et/ou de l’orientation de la portion externe du gabarit. Ce système permet ainsi de réaliser un contrôle fiable des alvéoles puisqu’il n’est pas nécessaire de faire des hypothèses sur leurs déformations en service, puisque le contrôle peut être réalisé sous une charge mécanique correspondant aux conditions de fonctionnement de l’aube en ce qui concerne les efforts centrifuges. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel le premier organe de solidarisation comporte une première liaison pivot d’axe normal à la direction principale. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel le second organe de solidarisation comporte une seconde liaison pivot d’axe parallèle à celui de la première liaison pivot. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel l’axe de la première liaison pivot passe par un point du gabarit d’aube correspondant au centre de gravité de l’aube devant être portée par l’alvéole. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel le second organe de solidarisation est agencé pour que l’axe de la seconde liaison pivot coïncide avec l’axe de rotation du disque. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel les moyens pour exercer un effort tendant à écarter les extrémités sont portés par le support. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel le support comporte un parallélogramme déformable, la première extrémité et la seconde extrémité correspondant à deux sommets opposés de ce parallélogramme déformable, avec un ressort tendant à rapprocher les deux autres sommets du parallélogramme déformable. L’invention concerne également un système ainsi défini, dans lequel la portion externe du gabarit comporte des surfaces calibrées. La FIG. 1 est une vue schématique d'un turboréacteur à double flux en coupe longitudinale ; La FIG. 2 est une vue schématique d’un disque de soufflante de réacteur représenté seul en perspective ; La FIG. 3 est une représentation schématique montrant le contour d’une alvéole en section transversale ; La FIG. 4 est une représentation schématique de l’outil selon l’invention installé sur un disque ; La FIG. 5 est une vue partielle montrant le gabarit d’aube installé dans une alvéole à contrôler. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans le turboréacteur 1 représenté sur la FIG. 1 , l'air extérieur est admis dans une manche d'entrée 2 puis traverse une soufflante 3 comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire est ensuite compressé dans un premier et un second étage de compression 4 et 6 avant d'arriver dans une chambre de combustion 7, après quoi il se détend en traversant un ensemble de turbines 8 avant d'être évacué vers l'arrière en générant de la poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante pour générer une poussée complémentaire. Ce moteur comporte un rotor tournant autour de son axe de rotation AX, et incluant plusieurs disques portant chacun à sa périphérie externe une série d’aubes ou de pales, ces disques correspondant à la soufflante, aux compresseurs et aux turbines. Comme visible sur la FIG. 2 , un disque de soufflante 11 présente une forme générale de révolution comportant à son pourtour extérieur une série d’alvéoles 12 régulièrement réparties autour de son axe de rotation AX et parallèles les unes aux autres. Ces alvéoles 12 qui sont fabriquées par exemple par brochage sont destinées chacune à recevoir une aube de soufflante, les aubes s’étendant radialement par rapport à l'axe AX lorsqu’elles sont montées. Comme visible sur la FIG. 3 , le contour C d'une alvéole 12 dans un plan normal à une génératrice de cette alvéole, c'est-à-dire en section transversale, a une forme qui correspond globalement au contour d’une forme en queue d’aronde dont les angles sont fortement arrondis. Cette forme correspond ainsi à celle d’une lettre U ayant une base de largeur supérieure à la distance séparant les extrémités de ses branches. Ce contour C comporte un fond 13, correspondant à la base de la lettre U, d’orientation orthoradiale par rapport à l’axe de rotation AX, et qui est prolongé par deux portées 14, 16 inclinés pour converger l’un vers l’autre et qui correspondent aux branches de la lettre U. Ces portées 14, 16 forment conjointement l’emplanture de l’alvéole 12, leurs extrémités correspondant aux lèvres ou bords 17, 18 de l’ouverture 19 de cette alvéole selon la direction radiale. Les portions de raccordement du fond 13 avec chaque portée 14, 16 sont des arrondis repérés par 21 et 22, et la forme du contour C admet un axe de symétrie situé à mi-distance entre les deux lèvres 17 et 18 et passant par le centre du fond 13. L’invention est fondée sur le constat selon lequel la géométrie des alvéoles se modifie lorsque le moteur est en service du fait des efforts centrifuges que subissent les aubes portées par ces alvéoles. Il s’ensuit qu’un contrôle géométrique des aubes en cours de fabrication n’est finalement pas représentatif de la conformité fonctionnelle de ces alvéoles. L’idée à la base de l’invention est de mettre une alvéole à inspecter sous une contrainte mécanique correspondant aux efforts centrifuges qu’elle subit lorsque le moteur est en service pour procéder au contrôle de sa conformité, de manière à rendre un tel contrôle significatif et consistant. Selon l’invention, un gabarit comportant un pied d’aube est engagé dans l’alvéole à contrôler, et ce gabarit est porté par un support exerçant sur celui-ci un effort radial correspondant à l’effort centrifuge subi par une aube lorsque le moteur est en service. Le contrôle de l’alvéole peut alors être effectué selon une situation correspondant aux conditions de fonctionnement en termes de contraintes mécaniques appliquées à l’alvéole. Sur la FIG. 3 , un support 23 comprend quatre barres 24 de mêmes longueurs articulées les unes aux autres par leurs extrémités pour constituer un parallélogramme déformable. Ce parallélogramme déformable constitue un support comportant une première extrémité 26 et une seconde extrémité 27 correspondant à deux de ses sommets opposés. Ces deux extrémités étant mobiles l’une par rapport à l’autre en translation selon une direction principale D, et un ressort 28 s’étend entre les deux autres sommets opposés de ce parallélogramme. Le ressort 28 travaille en traction (il tend continuellement à se rétracter) pour rapprocher les sommets du parallélogramme auxquels il est solidarisé, afin de tendre continuellement à écarter la première extrémité 26 de la seconde extrémité 27 du support 23. La première extrémité 26 est équipée d’un premier organe de solidarisation 29 par lequel elle est solidarisée au gabarit d’aube 31. Avantageusement, ce premier organe de solidarisation 29 comporte, ou bien forme avec le gabarit 31, une première liaison pivot d’axe normal à la direction principale D. La seconde extrémité 27 est équipée d’un second organe de solidarisation 32 permettant sa solidarisation à un élément fixe tel que le disque 11 ou bien un bâti portant ce disque. Avantageusement, ce second organe de solidarisation 32 comporte, ou bien forme avec l’élément fixe, une seconde liaison pivot d’axe parallèle à celui de la première liaison pivot. Comme visible sur la FIG. 5 , le gabarit 31 comporte un pied d’aube 33 prolongé par une portion externe 34 qui dépasse radialement hors du disque 11 lorsque ce pied 33 est engagé dans l’alvéole 12. Cette portion externe 34 correspond sensiblement à la pale d’une aube portée par un pied tel que le pied 33, mais ses faces externes 36 constituent ou comportent des surfaces de référence métrologiques. Ces surfaces de référence sont par exemple au nombre de six pour permettre d’identifier complètement la position et l’orientation du gabarit d’aube. Ces surfaces sont orientées et positionnées de façon connue et précise par rapport au pied 33, ces surfaces étant avantageusement planes pour être accessibles par un moyen métrologique 37 qui est ici un palpeur métrologique dans l’exemple de la FIG. 5 . Ainsi, un contrôle métrologique de ces surfaces de références permet de déduire de manière simple la position et/ou l’orientation précise du pied 33 par rapport à un axe de référence radial AR normal à l’axe AX et passant par l’alvéole. L’orientation du pied (et par là-même de la pale devant être portée par un tel pied) comporte en particulier son angle par rapport à l’axe radial AR mesuré dans un plan normal à l’axe AX (« bascule circonférentielle »), son angle par rapport à l’axe radial AR mesuré dans un plan contenant l’axe AX (« perpendicularité »), et son inclinaison par rapport à l’axe AX autour de l’axe radial AR (« inclinaison »). La vérification des alvéoles du disque 11 consiste ainsi à installer ce disque sur un bâti de contrôle. La seconde extrémité 27 du support 23 est solidarisée à ce bâti, au niveau de l’axe de rotation AX du disque 11, au moyen du second organe de solidarisation 32, et le pied 33 du gabarit d’aube 31 est alors engagé dans une alvéole 12, le ressort 28 ayant alors par exemple une de ses extrémités désolidarisée du support. Une fois que le pied 33 est en place dans l’alvéole 12, le ressort est mis en tension, par exemple en solidarisant à nouveau son extrémité temporairement libérée, au sommet correspondant du support. Dans ces conditions, le pied 33 est en appui sur les portées 14, 16 de l’alvéole en étant maintenu en appui par l’effort exercé par le ressort 28 qui tend à l’écarter de l’axe AX en exerçant un effort correspondant à l’effort centrifuge auquel une aube est soumise lorsque le moteur est en service. A ce stade, le gabarit d’aube 31 est en place dans l’alvéole 12 qui est soumise à des contraintes mécaniques identiques ou proches de ce qu’elle subit en fonctionnement, de sorte qu’elle se déforme sensiblement pour adopter la forme qu’elle a lorsque le moteur est en service. Un palpeur métrologique peut alors être approché des surfaces de référence de la portion externe 34 de l’aube pour mesurer par exemple six valeurs, afin d’identifier la balance circonférentielle, la perpendicularité, et l’inclinaison du gabarit d’aube. Si ces trois paramètres sont dans des gammes de valeurs considérées comme satisfaisantes, l’alvéole est considérée comme valable, et sinon, il est décidé que l’alvéole doit être rectifiée avant mise en service. Une fois qu’une alvéole a été contrôlée de la sorte, la tension du ressort 28 est relâchée pour extraire le pied 33 de cette alvéole, et pour le placer dans l’alvéole voisine afin de procéder à son contrôle de la même manière. Dans l’exemple qui a été décrit, la liaison du premier organe de solidarisation 29 avec le gabarit 31 est une liaison pivot, et cet organe de solidarisation 29 correspond ici à l’axe mécanique reliant les deux barres 24 du parallélogramme déformable au niveau de sa première extrémité 26, pour les articuler l’une à l’autre. Cet axe mécanique se prolonge pour se loger dans un alésage correspondant formé dans le gabarit d’aube 31, de sorte que le gabarit 31 et les deux barres 24 sont liés les uns aux autres par une même liaison pivot matérialisée par cet axe. Pour que les efforts exercés par le support 23 sur le gabarit 31 correspondent au mieux aux efforts centrifuges subis par une aube correspondant à ce gabarit 31, le premier organe de solidarisation 29 constitue une première liaison avec le gabarit 31 dont le centre de liaison est situé dans une région centrale du gabarit 31. Le centre de liaison est plus particulièrement situé sur un axe radial passant par le barycentre de l’aube destinée à être portée par l’alvéole, et avantageusement au niveau de ce barycentre. Cette première liaison qui est une liaison pivot dans l’exemple qui a été décrit peut avantageusement être une liaison rotule afin d’engendrer une répartition d’efforts optimale. A l’inverse, cette première liaison pourrait aussi être une liaison complète (liaison encastrement) afin de simplifier le système, dans le cas où la question de la répartition des efforts ne s’avèrerait pas être une caractéristique pertinente vis-à-vis du contrôle de l’alvéole. En ce qui concerne le second organe de solidarisation 32, il comporte une seconde liaison avec un élément fixe du bâti 38 de contrôle ou éventuellement avec le disque 11 passant par une partie centrale de l’alvéole et contenant l’axe de rotation AX du disque 11. Avantageusement, cette seconde liaison est située au niveau de l’axe AX, ce qui évite de démonter et remonter le dispositif pour chaque alvéole à tester. Comme dans le cas du premier organe de solidarisation, le second organe de solidarisation peut être matérialisé par l’axe mécanique liant les barres 24 du parallélogramme déformable au niveau de sa seconde extrémité. Dans l’exemple qui a été décrit, le second organe de solidarisation 32 comporte une liaison avec le disque 11 ou le bâtit de contrôle qui est une liaison pivot, mais cette seconde liaison pourrait être d’une autre nature, comme une liaison rotule ou une liaison complète. La nature de la seconde liaison a principalement une incidence sur la répartition des efforts exercés sur le gabarit, de sorte que le choix du type de liaison est principalement conditionné par l’incidence de la répartition des efforts sur le contrôle. Comme on l’aura compris, le second organe de solidarisation 32 assure, selon le cas de figure la solidarisation du support 23 avec le disque 11 ou avec un bâti de contrôle sur lequel le disque 11 est installé pour procéder à son inspection. Dans la description qui a été faite, le support 23 est formé sur la base d’un parallélogramme déformable équipé d’un ressort, pour pouvoir présenter exercer un effort tendant à écarter ses deux extrémités l’une de l’autre. D’autres agencements sont possibles pour le support 23, le ressort 28 pouvant être remplacé par un vérin, le parallélogramme déformable pouvant quant à lui être remplacé par un rail portant les deux organes de solidarisation, l’un étant mobile par rapport à l’autre le long de ce rail. En ce qui concerne le bâti de contrôle, permettant l’inspection des alvéoles, il comporte des moyens pour recevoir le disque en le positionnant de manière précise, pour recevoir le support, et il est équipé des moyens métrologiques tels que le palpeur 37 permettant de déterminer avec précision la position et/ou l’orientation de la portion externe du gabarit d’aube. Par ailleurs, l’invention a été décrite dans le cadre d’une alvéole de disque de soufflante, mais elle s’applique d’une façon générale à la vérification de la géométrie d’une alvéole de disque de turbine ou de compresseur. Système d’inspection d’une alvéole (12) d’un disque (11) de moteur de type turboréacteur, cette alvéole (12) présentant un contour transversal (C) agencé pour recevoir un pied (33) d’une aube afin de porter cette aube, le système comportant : – un support (23) extensible comprenant une première extrémité (26) et une seconde extrémité (27) mobiles en translation l’une par rapport à l’autre selon une direction principale (D) ; – des moyens pour exercer un effort prédéterminé tendant à écarter la première extrémité (26) de la seconde extrémité (27) ; – un gabarit (31) comportant un pied (33) d’aube s’engageant dans l’alvéole (12) et une portion externe (34) dépassant de l’alvéole (12) ; – un premier organe de solidarisation (29) de la première extrémité (26) du support (23) au gabarit d’aube (31) ; – un second organe de solidarisation (32) de la seconde extrémité (27) du support (23) au disque (11) ; – des moyens métrologiques (37) de mesure de la position et/ou de l’orientation de la portion externe (34) du gabarit (31). Système selon la revendication 1, dans lequel le premier organe de solidarisation (29) comporte une première liaison pivot d’axe normal à la direction principale (D). Système selon la revendication 2, dans lequel le second organe de solidarisation (32) comporte une seconde liaison pivot d’axe parallèle à celui de la première liaison pivot. Système selon la revendication 2, dans lequel l’axe de la première liaison pivot passe par un point du gabarit d’aube (31) correspondant au centre de gravité de l’aube devant être portée par l’alvéole (12). Système selon la revendication 4, dans lequel le second organe de solidarisation (32) est agencé pour que l’axe de la seconde liaison pivot coïncide avec l’axe de rotation (AX) du disque (11). Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens pour exercer un effort tendant à écarter les extrémités sont portés par le support (23). Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le support (23) comporte un parallélogramme déformable, la première extrémité (26) et la seconde extrémité (27) correspondant à deux sommets opposés de ce parallélogramme déformable, avec un ressort (28) tendant à rapprocher les deux autres sommets du parallélogramme déformable. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la portion externe (34) du gabarit (31) comporte des surfaces calibrées.