Brevet FR3163106A1 — publié le 20251212

AUBE COMPRENANT UN SYSTEME DIPHASIQUE DE CONTROLE THERMIQUE ( CALODUC ) Un aspect de l’invention concerne une aube (2) de turbomachine, notamment une aube statorique, l'aube comprenant : un bord d'attaque (20), un bord de fuite (21), une surface intrados et une surface extrados qui s'étendent du bord d'attaque (20) au bord de fuite (21), l’ensemble constituant le corps (23) de l’aube, une tête (24) et un pied (22), l’aube (2) comprenant une partie creuse s’étendant de la tête (24) jusqu’au corps (23), la partie creuse comprenant un caloduc (1) capillaire comprenant un réservoir (130) et un circuit (140) s’étendant de la tête (24) jusqu’au corps (23), et un fluide à l'état d'équilibre liquide-vapeur remplissant ledit réservoir (130) en l’absence totale d’autre gaz dans ledit réservoir, ledit fluide étant configuré pour circuler dans le caloduc (1) lors de formation de gradients de températures sur le réservoir (130). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 AUBE COMPRENANT UN SYSTEME DIPHASIQUE DE CONTROLE THERMIQUE (CALODUC) DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des moteurs aéronautiques et plus particulièrement les aubes de turbomachine, comme les aubes statoriques et leur dégivrage, ainsi qu’un procédé de fabrication de ces aubes et une turbomachine comprenant de telles aubes. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les turbomachines sont sujet au phénomène de givrage pendant leur fonctionnement. Les basses températures couplées à la présence d'humidité dans l'air favorisent la formation de givre sur les surfaces fonctionnelles internes, comme les aubes. Non seulement cette glace alourdit la turbomachine, mais elle pénalise aussi son fonctionnement car elle modifie les profils des surfaces guidant le flux primaire. Le rendement global s'en retrouve pénalisé. Par ailleurs, l'épaisseur du givre peut augmenter en s'accumulant progressivement sur la surface des aubes, ce qui peut donner naissance à des blocs de glaces qui représentent des risques potentiels. En effet, s’ils se détachent, les aubes qui les heurtent vont s'abimer, voire se rompre et causer une défaillance du moteur. Dans les cas extrême, la glace peut provoquer l’obstruction totale du moteur. Aujourd’hui afin de contrer l'apparition de givre, les aubes sont équipées de dispositifs électriques chauffants permettant un dégivrage actif électrique ou d’un circuit à air chaud. Mais ces solutions ne sont pas satisfaisantes car elles sont complexes à mettre en œuvre, lourdes et ont une fiabilité qui n’est pas toujours convaincante. Ainsi, il est nécessaire d’alimenter en électricité les dispositifs chauffants électriques, ce qui reste complexe. C’est également le cas des circuits d’air chauds qui nécessitent des conduits pour apporter l’air chaud aux endroits susceptibles de givrer. Ce problème se pose en particulier pour les aubes statoriques, notamment les aubes de redresseurs. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de dégivrer les aubes sans nécessiter d’apport extérieur d’énergie, ni d’électricité, ni d’air chaud. L’aube de turbomachine selon l’invention, notamment une aube statorique, comprend : un bord d'attaque, un bord de fuite, une surface intrados et une surface extrados qui s'étendent du bord d'attaque au bord de fuite, l’ensemble constituant le corps de l’aube, une tête et un pied, l’aube comprenant une partie creuse s’étendant de la tête jusqu’au corps, la partie creuse comprenant un caloduc capillaire comprenant un réservoir et un circuit s’étendant de la tête jusqu’au corps, et un fluide à l'état d'équilibre liquide-vapeur remplissant ledit réservoir en l’absence totale d’autre gaz dans ledit réservoir, ledit fluide étant configuré pour circuler dans le caloduc lors de formation de gradients de températures sur le réservoir. Le caloduc est un système diphasique de contrôle thermique, il présente l’avantage d’être passif, et donc de ne pas nécessiter d’énergie, il a en plus montré dans des cas d’applications spatiaux des fiabilités sur de longue durée (15 à 20 ans). On a ainsi une aube autonome pour son chauffage donc plus robuste et plus légère à réaliser. Grâce au caloduc, en condition givrante, on choisira la position du réservoir qui se trouve à une température plus élevée pour servir d’évaporateur, le corps de l’aube va servir de condensateur. Le fluide est un fluide caloporteur à l'état liquide dans le réservoir se vaporise en absorbant de l'énergie thermique émise par la source chaude. La vapeur circule alors dans le corps de l’aube où elle se condense pour retourner à l'état liquide. La condensation permet de céder de l'énergie thermique à la source froide et ainsi dégivrer l’aube. Les capacités de transfert de chaleur peuvent être de plusieurs centaines de watts. Avantageusement, le caloduc capillaire comprend un fluide à l'état d'équilibre liquide-vapeur en l’absence totale d’air ou d’un autre gaz, le fluide étant de l’ammoniaque, du méthanol ou de l’acétone. Le caloduc étant étanche, le fluide circule entre les zones chaude et froide, en réchauffant la zone froide où se trouve le givre. Dans la zone chaude (ou évaporateur), correspondant à la tête, le liquide s’évapore et la vapeur vient se condenser dans la zone à refroidir (ou condenseur), correspondant à la zone à dégivrer. Le condensat sous forme liquide retourne vers l’évaporateur grâce à l’effet de la capillarité développée dans une surface poreuse qui tapisse la paroi intérieure du caloduc. Le choix du fluide est fait en fonction des températures visées. Avantageusement, le réservoir est disposé dans la tête de l’aube. Placer le réservoir dans la tête de l’aube permet quand celle-ci est en fonctionnement d’être à une température plus élevé que le corps et permet de le réchauffer. Avantageusement, le circuit serpente dans le corps de l’aube. Le circuit en serpentant permet un réchauffement d’une plus grande surface du corps de l’aube. La forme du circuit peut varier en fonction de la dimension et de la géométrie de l’aube. Avantageusement, le circuit est disposé du côté du bord d’attaque. Le bord d’attaque étant une des zones le plus exposée au froid, parce que l’air froid y arrive en premier. Avantageusement, le circuit est disposé du côté du bord de fuite. Le bord de fuite est aussi une zone exposée. L’invention concerne également un premier procédé de fabrication d’une aube ayant au moins une des caractéristiques précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : fabrication additive de l’aube dans lequel la partie creuse est intégrée, puis dépoudrage de l’aube réalisée, injection du fluide dans la partie creuse, bouchage de la partie creuse. L’aube réalisée par fabrication additive peut être, par exemple, imprimée dans une machine de fusion laser sur lit de poudre ou « LPBF » (acronyme pour l’anglicisme « laser powder bed fusion ») avec un circuit intégré et le réservoir du caloduc. La poudre utilisée peut être de l’aluminium. L’aube imprimée, comprend ainsi un circuit dans lequel le fluide peut circuler et un réservoir. Après impression, l’aube est dépoudrée et le fluide est ensuite injecté dans le volume intérieur ainsi créé et le circuit et le réservoir sont ensuite fermés de façon étanche soit par brasage, par collage ou par tout autre élément mécaniquement rapporté. La fabrication additive ou impression 3D permet de réaliser un circuit avec une forme difficilement réalisable par des procédés classiques. L’invention concerne également un deuxième procédé de fabrication d’une aube ayant au moins une des caractéristiques précédentes, le procédé comprenant les étapes suivantes : frittage avec insertion d’un noyau en céramique dans le moule de frittage, le noyau en céramique ayant la forme d’un circuit dans lequel le fluide peut circuler, élimination du noyau en céramique, injection du fluide à la place du noyau en céramique, bouchage du caloduc. Quand l’aube est frittée avec de la poudre métallique et le volume intérieur est obtenu avec un noyau céramique intégré dans le moule de frittage. Après le frittage, le noyau en céramique est retiré par exemple par traitement par le froid ou par dissolution chimique. Le frittage permet la réalisation de pièces de façon industrielle avec un grande résistance. L’invention concerne également un troisième procédé de réalisation d’une aube ayant au moins une des caractéristiques précédentes, qui comprend les étapes suivantes : forgeage avec une rainure usinée ou forgée, fixation du circuit, positionnement du réservoir, injection du fluide bouchage du caloduc. Le forgeage est fait, soit avec une rainure dans le corps et/ou un creux dans la tête, réalisée lors de la dernière opération de forge, soit sans, dans ce dernier cas la pièce doit être usiné pour réaliser cette rainure et/ou ce creux. Le circuit du caloduc peut alors être fixé dans la rainure ainsi formée par brasage ou collage par exemple. Un réservoir est ensuite rapporté dans le creux de l’aube et solidarisé avec le circuit de façon étanche. Le fluide caloporteur est alors injecté dans le volume intérieur ainsi créé et est bouchonné soit par brasage, par collage ou par tout autre élément mécaniquement rapporté. Le circuit étant en relief, pour récupérer le profil aérodynamique de l’aube, il est possible de recouvrir le circuit avec un revêtement par pulvérisation à froid, ou connu par l’anglicisme « coldspray », ou par un revêtement électrolytique à haut pouvoir nivelant. Un autre objet de l’invention concerne une turbomachine comprenant une aube ayant au moins une des caractéristiques précédentes. D’autres avantages pourront encore apparaître à l’homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre illustratif. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. FIG. 1 montre le fonctionnement d’un caloduc représenté de façon schématique; FIG. 2 est une vue coupe d’une aube de l’invention réalisée selon un premier procédé de réalisation; FIG. 3 est une vue coupe d’une aube de l’invention réalisée selon un deuxième procédé de réalisation ; FIG. 4 est une vue en coupe de la FIG. 2 ; FIG. 5 est une vue coupe d’une aube de l’invention réalisée selon un troisième procédé de réalisation avant le mise en place du caloduc. DESCRIPTION DETAILLEE Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Dans toute la description on appellera « haut » ou « supérieure », la partie haute des figures 2, 3 et 5, et « bas » ou « supérieure », la partie base desdites figures. On appellera « amont », la partie située en amont dans le sens du flux d’air et « aval », la partie en aval dans le sens du flux d’air. Comme illustré de façon schématique sur la FIG. 1 , le caloduc 1 comprend une enceinte étanche 10 remplie par un fluide 11 en équilibre entre sa forme liquide 110 et sa forme gazeuse 111. Une première zone 13 est exposée à la chaleur C (dite évaporateur), chaleur qui provoque l’évaporation du liquide en gaz qui va se refroidir en se condensant et redevenir liquide dans une deuxième zone 14 (dite condensateur) en émettant de la chaleur R. Le caloduc va donc refroidir la zone chaude 13 et réchauffer la zone froide 14. L’enceinte comprend plusieurs parois 100, 101, 102 et 103, une paroi d’extrémité chaude 103, une paroi d’extrémité froide 101 et deux parois 102 et 104 reliant les parois d’extrémité 101 et 103. Les parois 102 et 104 sont recouvertes intérieurement d’un réseau capillaire 12 reliant la zone chaude 13 et la zone froide 14. La forme liquide 110 du fluide circule de la zone froide 14 vers la zone chaude 13 grâce au réseau capillaire tandis que la forme gazeuse 111 du fluide émise dans la zone chaude 13, se dirige vers la zone froide 14. On peut voir FIG. 2 , un exemple d’aube 2 selon l’invention qui comprend un caloduc 1. L’air A circule selon la flèche d’amont en aval. L’aube 2 comprend un bord d’attaque 20 situé en amont et un bord de fuite 21 situé en aval, un pied 22 positionné en bas, un corps 23 et une tête 24 positionné en haut, un intrados 25 et un extrados 26 (cf. FIG. 4 ). Le caloduc 1 comprend un réservoir 130 placé dans la tête 24 de l’aube 2 et un circuit 140 disposé dans le corps 23. Le circuit 140 est constitué d’un certain nombre de boucles 140a, 140b et 140c, ici trois, mais il peut en avoir qu’une, deux ou plus de trois sans sortir du cadre de la présente invention. Le circuit 140 se prolonge de préférence sur toute la hauteur du corps 23 de l’aube 2 et le réservoir 130 sur toute la hauteur de la tête 24. La tête 24 de l’aube 2 est dans une zone chaude tandis que le corps 23 est dans le flux d’air A qui est particulièrement froid en altitude. Le bord d’attaque 20 est particulièrement exposé puisque l’air A vient le frapper en premier, c’est donc sur cette partie de l’aube que peut se produire un phénomène de givrage et qui a besoin d’être réchauffée. Le circuit 140 sera donc disposé plus près du bord d’attaque 20 que du bord de fuite 21. Cette aube 1 de la FIG. 2 pourra être réalisée par fabrication additive avec la technologie de fusion laser sur lit de poudre (ou en anglais : Laser Powder Bed Fusion : LPBF). La poudre utilisée pourra être de l’aluminium. L’aube 1 va être imprimée avec une partie creuse pour le circuit 140 et le réservoir 130, une fois l’aube 1 terminée et la poudre évacuée, on injecte le fluide dans le réservoir 130 et le circuit 140, puis on bouche le caloduc 1 ainsi constitué. Le bouchage peut être fait soit par brasage, soit par collage, soit par insertion d’un bouchon. L’aube 1 des figures 3 et 4 est extérieurement identique à l’aube de la FIG. 2 , mais elle est réalisée différemment. Le caloduc 1 comprend ici un réservoir 130 et un circuit 141 avec plusieurs branches 141a, 141b, 141c parallèles entre elles. Dans l’exemple illustré FIG. 4 , les branches 141a et 141b, 141b et 141c sont équidistantes, mais elles peuvent être plus serrées vers le bord d’attaque 20 et/ou ne pas être parallèles entre elles sans sortir du cadre de la présente invention. Elle est réalisée par frittage d’une poudre métallique. La partie creuse du circuit 141 et du réservoir 130 est obtenue grâce à l’intégration d’un noyau céramique dans le moule de frittage. Ledit noyau a la forme du circuit 141 et du réservoir 130. Une fois le frittage terminé, le noyau en céramique est supprimé par dissolution chimique ou par le froid qui conduit à la rupture de la céramique par un phénomène de dilatation différentielle. L’aube de la FIG. 5 est réalisée par forgeage. Elle comprend une rainure 230 dans le corps 30 de l’aube 2 et un creux 240 dans la tête 24. La rainure 230 et le creux 240 sont reliés entre eux. Cette rainure 230 et ce creux 240 peuvent être réalisés par usinage ou lors du forgeage quand le moule de forgeage comprend une empreinte en relief et/ou un insert. On fixe le circuit 140 dans la rainure 230 par brasage ou collage, par exemple. On met ensuite le réservoir 130 dans le creux 240 et on le relie de façon étanche au circuit 140, puis on injecte le fluide et on ferme hermétiquement le réservoir 140 par la pose d’un bouchon (non représenté), par brasage, par collage ou par tout autre élément mécaniquement rapporté. Le circuit 140 peut présenter de légers reliefs en saillie ou en creux qui peuvent perturber le profil aérodynamique de l’aube 2, il est alors possible de recouvrir le circuit 140 avec un revêtement par projection thermique à froid ou par un revêtement électrolytique à haut pouvoir nivelant afin de redonner à l’aube 2 un profil aérodynamique satisfaisant. Aube (2) de turbomachine, notamment une aube statorique, l'aube comprenant : un bord d'attaque (20), un bord de fuite (21), une surface intrados (25) et une surface extrados (26) qui s'étendent du bord d'attaque (20) au bord de fuite (21), l’ensemble constituant le corps (23) de l’aube, une tête (24) et un pied (22), l’aube (2) comprenant une partie creuse s’étendant de la tête (24) jusqu’au corps (23), caractérisée en ce que la partie creuse comprend un caloduc (1) capillaire comprenant un réservoir (130) et un circuit (140) s’étendant de la tête (24) jusqu’au corps (23), et un fluide à l'état d'équilibre liquide-vapeur remplissant ledit réservoir (130) en l’absence totale d’autre gaz dans ledit réservoir, ledit fluide étant configuré pour circuler dans le caloduc (1) lors de formation de gradients de températures sur le réservoir (130). Aube (2) selon la revendication 1, dans lequel le fluide est de l’ammoniaque, du méthanol ou de l’acétone. Aube (2) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le réservoir (130) est disposé dans la tête de l’aube. Aube (2) selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le circuit (140) serpente dans le corps (23) de l’aube (2). Aube (2) selon la revendication précédente caractérisée en ce que le circuit (140) est disposé du côté du bord d’attaque (20). Aube (2) selon une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le circuit (140) est disposé du côté du bord de fuite (21). Procédé de fabrication d’une aube (2) selon une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - fabrication additive de l’aube dans lequel la partie creuses est intégrée, - puis dépoudrage de l’aube réalisée, - injection du fluide dans la partie creuse, - bouchage de la partie creuse. Procédé de fabrication d’une aube (2) selon une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - frittage avec insertion d’un noyau en céramique dans le moule de frittage, le noyau en céramique ayant la forme d’un circuit dans lequel le fluide peut circuler, - élimination du noyau en céramique, - injection du fluide à la place du noyau en céramique, - bouchage du caloduc. Procédé de fabrication d’une aube (2) selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - forgeage avec une rainure usinée ou forgée, - ixation du circuit, - positionnement du réservoir, - injection du fluide, - bouchage du caloduc. Turbomachine comprenant une aube (2) selon une des revendications 1 à 6.