Brevet FR3161142A1 — publié le 20251017

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse (15) comprenant les étapes suivantes : (a) fournir une ébauche (22) comprenant au moins des première et seconde couches (23, 24) comprenant chacune des fils de trame (26), les fils de trame (26) de chacune des première et seconde couches (23, 24) étant reliés entre eux par des mêmes fils de chaine (27), (b) délier les fils de chaine (27) et les fils de trame (26) sur une partie (P11) de la première couche (23) pour former des fils flottés (28), (c) découper les fils flottés (28), caractérisé en ce que l’étape (c) comprend les sous étapes suivantes : (c0) positionner un tapis de protection (29) entre les fils flottés (28) de la première couche (23) et la seconde couche (24), et (c1) découper les fils flottés (28) avec un outil de découpe (30) rotatif motorisé. Figure d’abrégé : Figure 6 PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PREFORME FIBREUSE D’UNE AUBE Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine des procédés de fabrication de préformes fibreuses d’aubes de turbomachine d’aéronef. L’invention concerne en particulier le domaine des procédés de fabrication de préformes fibreuses comprenant une étape de découpe de la préforme fibreuse. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef présente typiquement un axe longitudinal. Elle comprend par exemple, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz le long de l’axe longitudinal, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz. 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. La soufflante comprend typiquement un disque mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et des aubes s’étendant radialement du disque. Chaque aube comprend typiquement une pale s’étendant radialement et présentant une forme aérodynamique. La pale présente ainsi une face intrados et une face extrados reliées par un bord d’attaque et un bord de fuite. L’aube présente typiquement une épaisseur variable, en particulier une épaisseur qui décroit en direction du bord de fuite. Les aubes peuvent être en matériau métallique. Toutefois, afin d’alléger le poids total de la turbomachine tout en préservant les propriétés mécaniques des aubes, il a été proposé de réaliser les aubes en matériau composite. Le matériau composite des aubes comprend typiquement une matrice polymérique et des fibres noyées dans la matrice polymérique. La matrice polymérique est par exemple une résine époxy. Les fibres sont par exemple des fibres de verre ou de carbone. Les fibres sont typiquement organisées sous la forme d’une préforme fibreuse tridimensionnelle de l’aube. La préforme fibreuse tridimensionnelle comprend typiquement une pluralité de couches de fils tissés. Le nombre de couches est fonction de l’épaisseur de l’aube. Chaque couche comprend des fils de trame qui sont reliés entre eux par des mêmes fils de chaine formant un tissage des couches. Afin de fournir une aube d’épaisseur variable, il est nécessaire de fabriquer une préforme fibreuse tridimensionnelle d’épaisseur également variable. Une préforme fibreuse d’épaisseur variable se traduit par une préforme fibreuse dans laquelle le nombre de couches de fils varie. Pour réaliser une telle préforme, une ébauche de la préforme fibreuse est tout d’abord réalisée. Dans cette étape, l’ébauche de la préforme fibreuse présente une épaisseur constante égale à la plus grande épaisseur de l’aube. Puis, les fils de chaine sont retirés d’une partie d’une couche si bien que dans cette partie, les fils de chaine et les fils de trame sont déliés. Les fils de chaine et les fils de trame non tissés et donc déliés sont généralement appelés « fils flottés ». Ces fils flottés sont par la suite découpés, ce qui permet d’aboutir à une préforme fibreuse d’épaisseur variable. Bien que permettant de fournir une préforme fibreuse d’épaisseur variable, un tel procédé de fabrication ne donne pas entière satisfaction. En effet, le découpage des fils flottés est une opération réalisée manuellement par des opérateurs à l’aide de ciseaux de découpe. C’est donc une étape fastidieuse, longue et coûteuse. Par ailleurs, l’exécution de cette étape de façon manuelle représente un risque pour la santé des opérateurs qui doivent mettre en œuvre d’importants efforts pour le découpage de l’ébauche. Enfin, la découpe de l’ébauche étant réalisée manuellement, il existe de forts risques de découper accidentellement des fils tissés d’une couche sous-jacente non destinés à être découpés. Ceci engendre un risque de non-conformité et de mise au rebus de l’aube. Par conséquent, il existe un besoin de fournir une solution qui permette de fournir une préforme fibreuse présentant une épaisseur variable de façon simple, rapide, fiable et peu coûteuse. A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse d’une aube de turbomachine d’aéronef, le procédé comprenant les étapes suivantes : (a) fournir une ébauche présentant un tissage tridimensionnel, l’ébauche comprenant au moins des première et seconde couches de fils tissés, les première et seconde couches comprenant chacune des fils de trame, les fils de trame de chacune des première et seconde couches étant reliés entre eux par des mêmes fils de chaine, (b) délier les fils de chaine et les fils de trame sur une partie de la première couche pour former des fils flottés, (c) découper les fils flottés de cette partie de la première couche. Le procédé de fabrication est remarquable en ce que l’étape (c) comprend les sous étapes suivantes : (c0) positionner un tapis de protection entre les fils flottés de la première couche et la seconde couche, et (c1) découper les fils flottés avec un outil de découpe rotatif motorisé. Selon l’invention, l’étape de découpe de l’ébauche met donc en œuvre d’une part un tapis de protection et d’autre part un outil de découpe motorisé. L’outil de découpe motorisé permet la découpe des fils flottés de l’ébauche de manière efficace, c’est-à-dire sans effort pour l’opérateur, plus précise, c’est-à-dire en limitant les risques de découpe accidentelle des fils de la seconde couche et en offrant une sécurité améliorée pour l’opérateur. En outre, le tapis de protection permet de protéger les fils de la seconde couche d’une découpe accidentelle lors de la manipulation de l’outil de découpe, ce qui permet d’améliorer la fiabilité de l’étape de découpe en réduisant les mises au rebus. L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’outil de découpe comprend un manche de préhension et une lame rotative de découpe reliée au manche de préhension, - la lame rotative est circulaire et mobile en rotation autour de son axe de révolution, - la lame rotative présente un diamètre compris entre 20 mm et 100 mm, de préférence entre 30 mm et 50 mm, - la lame rotative comprend un matériau métallique, - l’outil de découpe comprend en outre un carter monté autour de la lame rotative et présentant un conduit d’aspiration, - le carter est réalisé en matériau polymérique, - l’outil de découpe comprend un moteur d’entrainement de la lame rotative, - le tapis de protection comprend un matériau polymérique, de préférence choisi parmi les thermoplastiques, - le tapis de protection présente une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, de préférence entre 1 mm et 5 mm. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : - fournir la préforme fibreuse selon le procédé de fabrication de la préforme fibreuse selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus, - densifier la préforme fibreuse. Avantageusement, l’étape - de densification comprend les étapes suivantes : - placer la préforme fibreuse dans un moule, - injecter une résine dans le moule. 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 : la FIG. 1 est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une demi-turbomachine d’aéronef, la FIG. 2 est une représentation schématique en perspective d’une aube, la FIG. 3 est une représentation schématique en perspective d’une partie de la préforme fibreuse de l’aube de la FIG. 2 , la FIG. 4 est une représentation schématique en coupe selon un plan parallèle à la troisième direction, d’une ébauche de la préforme fibreuse, dans une première étape du procédé de fabrication de la préforme fibreuse, la FIG. 5 est une représentation schématique en coupe selon un plan parallèle à la troisième direction, de l’ ébauche dans une seconde étape du procédé de fabrication de la préforme fibreuse, la FIG. 6 est une représentation schématique en coupe selon un plan parallèle à la troisième direction, de l’ ébauche dans une troisième étape du procédé de fabrication de la préforme fibreuse, la FIG. 7 est une représentation en perspective de l’outil de découpe selon l’invention, la FIG. 8 est un schéma synoptique du procédé de fabrication selon l’invention. Description détaillée de l'invention Un exemple de turbomachine 1 pour un aéronef 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 « amont » et « aval », sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine 1 suivant l’axe longitudinal A. Les termes « axial », « axialement », « radial », « radialement » sont définis par rapport à l’axe longitudinal A. Les termes « interne », « intérieur », « intérieurement », « externe », « extérieur », « extérieurement », sont définis par rapport à l’éloignement de l’axe longitudinal A le long d’un axe radial. La turbomachine 1 est préférentiellement un turboréacteur, par exemple un turboréacteur à double corps et à double flux. Elle comprend d’amont en aval, 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 telle qu’une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7, et une tuyère d’échappement des gaz. Les compresseurs basse et haute pression 3, 4 et les turbines haute et basse pression 6, 7 comprennent chacun au moins un rotor. Le rotor du compresseur basse pression 3 est relié au rotor de la turbine basse pression 7 par un arbre basse pression 8 et le rotor du compresseur haute pression 4 est relié au rotor de la turbine haute pression 6 par un arbre haute pression 9. L’arbre haute pression 9 est agencé coaxialement autour de l’arbre basse pression 8. Les arbres basse et haute pression 8, 9 sont centrés sur l’axe longitudinal A. La soufflante 2 comprend un disque mobile en rotation autour de l’axe longitudinal A et des aubes 10 s’étendant radialement du disque. La soufflante 2 comprend en outre un arbre de soufflante 2a relié à l’arbre basse pression 8 par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse 11 par exemple. La soufflante 2 peut être de type carénée. La turbomachine 1 peut donc comprendre un carter de soufflante 2b. Le carter de soufflante 2b est annulaire et centré sur l’axe longitudinal X. Il est agencé autour des aubes 10. Selon un autre exemple, la soufflante 2 peut être de type non carénée. 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 v1 de la turbomachine 1 et le flux secondaire F2 s’écoule dans une veine secondaire v2 de la turbomachine 1. La veine secondaire v2 entoure la veine primaire v1. Le flux 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 les turbines haute pression et basse pression 6, 7. Les gaz s’échappent enfin au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion. En référence à la FIG. 2 , chaque aube 10 comprend une pale 12 s’étendant entre une tête 13 et un pied 14. La pale 12 présente une forme aérodynamique et comprend une face intrados 12i et une face extrados (non visible) reliées par un bord d’attaque 12a et un bord de fuite 12b. Chaque aube 10 présente une épaisseur variable. Par exemple, l’aube 10 présente une première épaisseur e1 telle que mesurée au bord d’attaque 12a supérieure à une seconde épaisseur e2 telle que mesurée au bord de fuite 12b. En particulier, l’épaisseur de l’aube 10 décroit en direction du bord de fuite 12b. Selon l’invention, chaque aube 10 comprend un matériau composite. Le matériau composite est à matrice organique, également connu sous l’acronyme CMO. Le matériau composite comprend ainsi des fibres noyées dans une matrice organique. Les fibres sont par exemple des fibres de verre, ou de carbone, ou de céramique, ou de polyester, ou de polypropylène, ou de polyamide. La matrice organique est par exemple choisi parmi les polymères thermodurcissables tels que les résines époxy ou les polymères thermoplastiques tels que les polyoléfines. Les fibres sont typiquement organisées sous la forme d’une préforme fibreuse 15 tridimensionnelle de l’aube 10. En référence à la FIG. 3 , la préforme fibreuse 15 comprend une pluralité de couches 16, 17, 18 de fils tissés. Les couches 16, 17, 18 sont empilées selon une première direction X1 définissant l’épaisseur de la préforme fibreuse 15. Chaque couche 16, 17, 18 comprend des fils de trame 20 qui s’étendent selon une seconde direction X2. Les fils de trame 20 des couches 16, 17, 18 sont reliés entre eux par des fils de chaine 21 qui s’étendent selon une troisième direction X3 perpendiculaire aux première et deuxième directions X1, X2. En d’autres termes, les fils de trame 20 et les fils de chaine 21 des couches 16, 17, 18 sont entrelacés pour former un tissage. De manière avantageuse, le tissage est de type interlock. Tout autre type de tissage est applicable à l’invention. La préforme fibreuse 15 présente une épaisseur variable conformément au profil de l’aube 10 le long d’une corde de profil de l’aube 10 ou selon l’axe longitudinal A. La préforme fibreuse 15 comprend au moins une première partie P1 présentant une première épaisseur e1’ et une seconde partie P2 présentant une seconde épaisseur e2’ par exemple inférieure à la première épaisseur e1’. Dans la première partie P1 de la préforme fibreuse 15, le nombre de couches 16, 17, 18 est supérieur au nombres de couches 16, 17, 18 dans la seconde partie P2. Un exemple de procédé de fabrication de l’aube 10 va maintenant être décrit en référence à la FIG. 8 . Le procédé de fabrication de l’aube 10 peut comprendre les étapes suivantes : (100) fournir la préforme fibreuse 15, et (200) densifier la préforme fibreuse 15. L’étape (200) de densification peut comprendre les étapes suivantes : (201) placer la préforme fibreuse 15 dans un moule, et (202) injecter une résine dans le moule. Selon l’invention, le procédé de fabrication de la préforme fibreuse 15 comprend les étapes suivantes : (a) fournir une ébauche 22 de la préforme fibreuse 15, l’ébauche 22 comprenant des première et seconde couches 23, 24 de fils tissés et éventuellement au moins une troisième couche 25 de fils tissés, les première et seconde couches 23, 24 comprenant chacune des fils de trame 26, les fils de trame 26 de chacune des première, seconde et troisième couches 23, 24, 25 étant reliés entre eux par des mêmes fils de chaine 27, (b) délier les fils de chaine 27 et les fils de trame 26 sur une première partie P11 de la première couche 23 pour former des fils flottés 28 , et (c) découper les fils flottés 28 de cette première partie P11 de la première couche 23. En référence à la FIG. 4 , à l’étape (a), l’ébauche 22 de la préforme fibreuse 15 de l’aube 12 présente une épaisseur e11 constante. L’épaisseur e11 de l’ébauche 22 lors de cette étape (a) est égale à la première épaisseur e1’ de la première partie P1 de la préforme fibreuse 15. A l’étape (a), le tissage des fils de l’ébauche 22 est de manière avantageuse de type interlock. En référence à la FIG. 5 , lors de l’étape (b), les fils de chaine 26 sont sortis de la première partie P11 de l’ébauche 22, par exemple manuellement. A l’issue de cette étape (b), dans cette première partie P11, les fils de chaine 27 et les fils de trame 26 sont déliés et ne sont donc plus entrelacés. Les fils de chaine 27 et les fils de trame 26 déliés sont des fils flottés 28. En référence à la FIG. 6 , selon l’invention, l’étape (c) de découpe des fils flottés 28 comprend les étapes suivantes : (c0) positionner un tapis de protection 29 entre les fils flottés 27 de la première couche 23 et les fils 26, 27 de la seconde couche 24, et (c1) découper les fils flottés 28 avec un outil de découpe 30 rotatif motorisé. Le tapis de protection 29 permet la protection des fils de la seconde couche 25 lors de l’étape (c) de découpe afin de limiter les risques de découpe accidentelle des fils de la seconde couche 25. Le tapis de protection 29 peut s’étendre par exemple sur toute la première partie P11 le long des seconde et troisième directions X2, X3. Le tapis de protection 29 comprend un matériau polymérique. Le matériau polymérique peut être un polymère thermoplastique ou un polymère thermodurcissable. Le polymère thermoplastique est par exemple choisi parmi les polyoléfines, les polymères fluorés, les polymères styréniques, les polymères polyacryliques, les polyamides, les polyesters ou encore les polychlorures. De préférence, le polymère thermoplastique est un polychlorure de vinyle (PVC). Le polymère thermodurcissable est par exemple choisi parmi les résines époxy. Le tapis de protection 29 peut comprendre une pluralité de couches de protection superposées. Le tapis de protection 29 comprend par exemple trois couches de protection 29. Avantageusement, le tapis de protection 29 présente une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, de préférence entre 1 mm et 5 mm, encore plus préférentiellement de 3 mm. Une telle épaisseur du tapis de protection 29 permet une manipulation aisée tout en garantissant une protection efficace des fils de la seconde couche 25 lors de l’étape (c) de découpe. L’outil de découpe 30 rotatif et motorisé permet une découpe rapide et sans effort par un opérateur. La santé de l’opérateur est préservée et les cadences de fabrication sont augmentées comparées à une découpe manuelle sans outil de découpe motorisé. L’outil de découpe 30 permet une découpe précise et limite encore plus le risque de découpe accidentelle de fils de la seconde couche 24. De manière préférée, l’outil de découpe 30 comprend un manche de préhension 31 et une lame rotative 32 de découpe reliée au manche de préhension 31. Le manche de préhension 31 permet de faciliter la préhension de l’outil de découpe 30. Le manche de préhension 31 présente une forme allongée. Une telle forme du manche de préhension 31 permet d’augmenter la sécurité de l’opérateur en éloignant la lame rotative 32. Le manche de préhension 31 peut comprendre un revêtement. Le revêtement comprend en particulier un matériau polymérique tel que du polyuréthane ou du polyamide. La lame rotative 32 présente une forme circulaire ou annulaire. Elle présente ainsi un axe de révolution R. La lame rotative 32 présente un diamètre par exemple compris entre 20 mm et 100 mm, de préférence entre 30 mm et 50 mm, encore plus préférentiellement de 45 mm. Le diamètre de la lame rotative peut être ajusté selon les dimensions de l’ébauche 22. La lame rotative 32 peut présenter une vitesse de rotation comprise entre 150 rpm et 300 rpm, de préférence entre 200 rpm et 250 rpm, encore plus préférentiellement de 240 rpm, l’acronyme rpm correspondant à l’expression « rotations par minutes ». La lame rotative 32 comprend un matériau métallique, tel qu’un titane. Un tel matériau permet une découpe efficace des fils flottés 27. La lame rotative 32 peut être diamantée. Selon un mode de réalisation avantageux illustré sur la FIG. 7 , l’outil de découpe 30 comprend un carter 33 monté autour de la lame rotative 32. Le carter 33 comprend de manière avantageuse un corps 34 semi-annulaire centré sur l’axe de révolution R et un conduit d’aspiration 35 s’étendant en saillie du corps 34. Le corps 34 est relié au manche de préhension 31 et est monté de manière fixe autour de la lame rotative 32. Le conduit d’aspiration 35 permet l’aspiration des débris générés lors de l’étape (c) de découpe, évitant ainsi la contamination de l’ébauche 22 et par conséquent, de la préforme fibreuse 15. Le conduit d’aspiration 35 peut présenter un diamètre compris entre 20 mm et 50 mm, de préférence entre 20 mm et 30 mm, encore plus préférentiellement de 27 mm. Le conduit d’aspiration 35 peut être relié à un dispositif d’aspiration. Le carter 33 est préférentiellement réalisé en matériau polymérique. Ceci permet d’alléger le poids total de l’outil de découpe 30. L’outil de découpe 30 comprend de manière non illustré un moteur d’entrainement de la lame de découpe 30. Grâce à l’outil de découpe 30 automatisé et au tapis de protection 29 selon l’invention, il est possible de réaliser une découpe efficace, fiable, rapide et en toute sécurité de l’ébauche 22 de la préforme fibreuse 15. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse (15) d’une aube (12) de turbomachine (1) d’aéronef, le procédé comprenant les étapes suivantes : (a) fournir une ébauche (22) présentant un tissage tridimensionnel, l’ébauche (22) comprenant au moins des première et seconde couches (23, 24) de fils tissés, les première et seconde couches (23, 24) comprenant chacune des fils de trame (26), les fils de trame (26) de chacune des première et seconde couches (23, 24) étant reliés entre eux par des mêmes fils de chaine (27), (b) délier les fils de chaine (27) et les fils de trame (26) sur une partie (P11) de la première couche (23) pour former des fils flottés (28), (c) découper les fils flottés (28) de cette partie (P11) de la première couche (23), caractérisé en ce que l’étape (c) comprend les sous étapes suivantes : (c0) positionner un tapis de protection (29) entre les fils flottés (28) de la première couche (23) et la seconde couche (24), et (c1) découper les fils flottés (28) avec un outil de découpe (30) rotatif motorisé. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’outil de découpe (30) comprend un manche de préhension (31) et une lame rotative (32) de découpe reliée au manche de préhension (31). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la lame rotative (32) est circulaire et mobile en rotation autour de son axe de révolution (R). Procédé de fabrication selon la revendication 2 et 3, caractérisé en ce que la lame rotative (32) présente un diamètre compris entre 20 mm et 100 mm, de préférence entre 30 mm et 50 mm. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que la lame rotative (32) comprend un matériau métallique. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l’outil de découpe (30) comprend en outre un carter (34) monté autour de la lame rotative (32) et présentant un conduit d’aspiration (35). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le carter (34) est réalisé en matériau polymérique. Procédé de fabrication selon la revendication 2 ou l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que l’outil de découpe (30) comprend un moteur d’entrainement de la lame rotative (32). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tapis de protection (29) comprend un matériau polymérique, de préférence choisi parmi les thermoplastiques. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tapis de protection (29) présente une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, de préférence entre 1 mm et 5 mm.