INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
On connaît de l’art antérieur, ainsi qu’illustré en , une aube 100 de redresseur d’une turbomachine carénée s’étendant radialement entre une plateforme interne, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter interne de la turbomachine, et une plateforme externe, par laquelle l’aube 100 est fixée à un carter externe de la turbomachine. Chaque aube 100 comprend un corps de pale en matériau composite constitué d’un renfort fibreux présentant un tissage tridimensionnel et densifié par une matrice. Le renfort fibreux présente une partie d'extrémité comprenant deux segments 200 déliés l'un de l'autre jusqu'à une extrémité libre du renfort fibreux. L’aube 100 comporte en outre un sous-composant de remplissage (« Gap filler » ou « roving » en anglais) sous la forme d’insert rapporté 300 permettant de combler un espace libre au niveau de la jonction entre les segments 200 du renfort fibreux. L’insert 300 peut notamment être fabriqué à partir d’une tresse mise en forme. Le document FR 3 063 514 A1 décrit une telle aube de redresseur, l’aube comprenant en outre un insert rapporté présentant une section en forme de pi. Ainsi, l’aube peut être fabriquée en un matériau composite plein en lieu et place de matériaux métalliques tels que le titane, et l’accroissement de la masse de l’aube est réduit.
Toutefois, l’insert rapporté ne permet pas de répondre aux nouvelles contraintes géométriques et structurales d’une aube composite, en particulier d’une aube composite à matrice organique tissée 3D d’un redresseur de flux secondaire. En effet, l’évolution de la géométrie cible de l’insert rapporté, qui doit présenter une variation d’épaisseur très importante, rend infaisable sa fabrication à partir des techniques connues, telles qu’à partir d’une tresse mise en forme.
En outre, dans les turbomachines non carénées, le fait de fixer l’aube, en particulier l’aube de redresseur, à un carter de la turbomachine uniquement par son extrémité radiale interne située au niveau du pied d’aube, a pour conséquence de faire transiter l’ensemble des efforts dans la zone du pied d’aube, ce qui se traduit par des niveaux élevés de contraintes dans les parties composites du pied de l’aube. Les inserts rapportés connus ne permettent pas de renforcer localement suffisamment la zone du pied d’aube, et ainsi ne limitent pas suffisamment l’ouverture et les contraintes au niveau des segments déliés du renfort fibreux sous sollicitation de traction, compression et flexion. En outre, les inserts connus fabriqués à partir d’une tresse présentent une rigidité trop faible et ne permettent donc pas d’augmenter suffisamment la raideur globale de l’aube, ce qui entraîne un risque accru de flambage et une dégradation du placement fréquentiel du redresseur.
Un but de la présente demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine permettant de réduire les contraintes s’exerçant sur l’aube au niveau d’une zone structurale de l’aube, et permettant de limiter l’augmentation de la masse de l’aube.
Un autre but de la demande est de proposer un renfort pour une aube composite de turbomachine présentant une géométrie complexe et des propriétés de résistance mécanique satisfaisantes.
Un autre but de la demande est de proposer un procédé de fabrication d’un tel renfort qui permette de créer rapidement un renfort présentant une géométrie complexe.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect, un renfort pour une aube de turbomachine, l’aube comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, dans lequel le renfort est adapté pour être disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture, et dans lequel le renfort comprend un empilement de plis, chaque pli présentant une longueur, une largeur et une épaisseur, un pli étant superposé à un pli adjacent suivant une direction d’empilement correspondant à une direction de l’épaisseur des plis, au moins deux des plis de l’empilement présentant des longueurs et/ou des largeurs différentes de sorte que le renfort présente un profil de dimensions variables.
Optionnellement, l’empilement de plis du renfort peut comprendre un premier pli présentant une première longueur et un deuxième pli présentant une deuxième longueur strictement inférieure à la première longueur, et : - le deuxième pli peut être disposé plus proche d’un centre du renfort que le premier pli, la direction d’empilement étant adaptée pour correspondre à une direction d’épaisseur de l’aube, ou - le premier pli peut être adapté pour être disposé plus proche de l’extrémité interne de l’aube que le deuxième pli lorsque le renfort est disposé dans la cavité intérieure de l’aube, la direction d’empilement étant adaptée pour correspondre à une direction de hauteur de l’aube.
Selon un deuxième aspect, la présente demande concerne une aube de turbomachine, comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe, l’aube comprenant en outre un renfort selon le premier aspect, le renfort présentant des dimensions correspondant sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture, le renfort étant disposé dans la cavité intérieure de sorte à boucher l’ouverture.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le deuxième aspect sont les suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement envisageable :
- l’aube comprend une pale à profil aérodynamique propre à être placée dans un flux d’air lorsque la turbomachine est en fonctionnement afin de générer une portance, et un pied configuré pour être fixé au moyeu d’un aubage comprenant l’aube au niveau de l’extrémité interne de l’aube, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant adaptées pour définir ensemble des parois extérieures du pied et d’au moins une partie de la pale de l’aube, de sorte que la cavité intérieure comprend une partie de pied et une partie de pale, et le renfort comprenant une partie de pied disposée dans la partie de pied de la cavité intérieure et une partie de pale disposée dans la partie de pale de la cavité intérieure ;
- l’aube comprend en outre un matériau de remplissage disposé dans la cavité intérieure radialement entre le renfort et l’extrémité externe de l’aube.
Selon un troisième aspect, la présente demande concerne une turbomachine non carénée, comprenant : - un carter ; - une soufflante ayant un moyeu de soufflante et des pales périphériques de soufflante, solidaires du moyeu de soufflante, le moyeu de soufflante ayant une partie aval de moyeu qui est entourée par une surface interne d’une partie amont du carter et qui dépasse de la partie amont du carter, le moyeu de soufflante étant monté à rotation par rapport à la partie amont du carter autour de l’axe longitudinal ; et - au moins une aube de redresseur selon le deuxième aspect, ladite aube étant située en aval par rapport aux pales périphériques de soufflante, ladite aube étant montée sur une surface externe de la partie amont du carter au niveau d’une extrémité interne de l’aube, le renfort étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube.
Selon un quatrième aspect, la présente demande concerne un procédé de fabrication d’un renfort selon le premier aspect pour une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : E1 : Découpe d’un ensemble de plis dans un mat carbone, chaque pli présentant une longueur, une largeur et une épaisseur, au moins deux des plis de l’ensemble présentent des longueurs et/ou des largeurs différentes ; E3 : Empilement des plis de l’ensemble par superposition d’un pli sur un pli adjacent suivant une direction de l’épaisseur des plis, de sorte à créer un empilement présentant un profil de dimensions variables ; et E4 : Compactage de l’empilement de plis.
Optionnellement, le procédé peut comprendre en outre les étapes suivantes : E2 : Humidification des plis après l’étape de découpe E1 et avant l’étape d’empilement E3 ; et E5 : Séchage de l’empilement de plis compactés lors de l’étape E4 ;
comprenant les étapes suivantes de : une première étape d’estérification, par exemple à l’aide de 4-diméthylaminopyridine et de 1-Éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl)carbodiimide ou d’anhydride propylphosphonique ou d’acide sulfurique, du composé de formule (17) avec un composé (18) et un composé (19) pour obtenir le composé de formule (5),
lesdit groupements R 1 et R 5 comprenant éventuellement un à six substituant(s) choisi(s) parmi -OH, -OR 7 et OCOR 7 , dans lequel R 7 est un groupe alkyle de 1 à 3 atome(s) de carbone,
sous réserve que l’un au moins des groupements R 0 , R 1 ou R 5 comprend au moins une fonction alcényle, une seconde étape d’époxydation, par exemple à l’aide d’acide formique, de peroxyde d’hydrogène et d’acide sulfurique, du composé de formule (5) pour obtenir le composé de formule (13)
Optionnellement, les plis peuvent être empilés lors de l’étape E3 dans un moule de formage, les plis peuvent être compactés lors de l’étape E4 dans le moule de formage, et le procédé peut comprendre en outre une étape E6 de démoulage à froid de l’empilement de plis compacté.
Selon un cinquième aspect, la demande concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon le deuxième aspect, comprenant les étapes suivantes :
Réalisation d’une préforme composite de l’aube composite, ladite préforme comprenant une première peau extérieure et une deuxième peau extérieure en matériau composite raccordées l’une à l’autre au niveau d’une extrémité externe de l’aube, la première peau comprenant une première partie d’extrémité interne, la deuxième peau comprenant une deuxième partie d’extrémité interne, la première partie d’extrémité interne et la deuxième partie d’extrémité interne étant distantes l’une de l’autre de sorte à délimiter entre elles une cavité intérieure de l’aube débouchant dans une ouverture au niveau d’une extrémité interne de l’aube, l’extrémité interne étant radialement opposée à l’extrémité externe ; Fabrication d’un renfort au moyen d’un procédé selon le quatrième aspect, le renfort présentant des dimensions sensiblement à des dimensions de la cavité intérieure au niveau de l’ouverture ; Mise en place du renfort dans la cavité intérieure de la préforme d’aube de sorte à boucher l’ouverture ; et Injection de résine dans l’ensemble comprenant la préforme d’aube et le renfort.
La illustre une vue en perspective schématique en coupe d’une aube selon l’art antérieur.
La illustre une vue en perspective schématique d’un renfort selon un mode de réalisation, le renfort présentant une deuxième géométrie différente de la première géométrie.
La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une aube selon un mode de réalisation.
La illustre une vue schématique en coupe longitudinale radiale d’une aube selon un mode de réalisation.
La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une partie d’extrémité d’une aube comprenant un renfort selon un mode de réalisation, le renfort comprenant des plis empilés suivant une direction d’empilement De correspondant à une direction d’épaisseur de l’aube.
La illustre une vue schématique en coupe transversale radiale d’une partie d’extrémité d’une aube comprenant un renfort selon un mode de réalisation, le renfort comprenant des plis empilés suivant une direction d’empilement De correspondant à une direction radiale de l’aube.
La illustre une vue en perspective schématique partielle d’une aube selon un mode de réalisation.
La illustre une vue schématique en perspective d’un exemple de turbomachine non carénée comportant une aube selon un mode de réalisation.
La est un schéma bloc illustrant un procédé de fabrication d’une aube selon un mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE Turbomachine Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz à travers la soufflante 200 de la turbomachine 100, un flux d’air s’écoulant dans la turbomachine 100 depuis l’amont vers l’aval. L’axe longitudinal X correspond à un axe de rotation de la soufflante 200. Un axe radial est un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal X et passant par lui. Une direction longitudinale, respectivement radiale, correspond à la direction de l'axe longitudinal X, respectivement radial. Les termes interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X que la partie ou la face externe du même élément. Une direction de largeur L de l’aube 1 correspond sensiblement à la direction longitudinale, une direction de hauteur R de l’aube 1 correspond à la direction radiale au niveau de l’aube 1, et une direction d’épaisseur Y de l’aube 1 correspond à la direction perpendiculaire à la direction de largeur L et à la direction de hauteur R de l’aube 1.
La turbomachine 100 s’étend sensiblement autour de l’axe longitudinal X. La turbomachine 100 comprend, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, au moins une soufflante 200, ou hélice, un ensemble moteur 300 comprenant au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine, et une tuyère 108 d’échappement des gaz. Par exemple, l’ensemble moteur 300 de la turbomachine 100 peut comprendre une soufflante et un redresseur, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, la chambre de combustion, et une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression s’étendant selon l’axe longitudinal X. La turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression s’étendant selon l’axe longitudinal X. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante 200 soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante 200, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
Chaque compresseur et chaque turbine peuvent comporter un ou plusieurs étages, chaque étage étant formé par un ensemble d’aubes fixes, ou aubage de stator, et un ensemble d’aubes rotatives, ou aubage de rotor. Les aubes fixes sont fixées à un carter 101 de la turbomachine 100. Les aubes rotatives du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont fixées à l’arbre basse pression. Les aubes rotatives du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont fixées à l’arbre haute pression.
En fonctionnement, de l'air s'écoule à travers la soufflante 200 rotative et une première partie, dite flux primaire, du flux d'air est acheminée à travers le compresseur basse pression et le compresseur haute pression, le flux primaire étant ainsi comprimé puis envoyé à la chambre de combustion. Les produits de combustion chauds provenant de la chambre de combustion sont utilisés pour entraîner la turbine haute pression et la turbine basse pression et produire ainsi la poussée de la turbomachine 100, et sont évacués par la tuyère 108 située en aval de l’ensemble moteur 300. Une deuxième partie de l’air, dite flux secondaire, est évacué de la soufflante 200 rotative autour du carter 101 de l’amont vers l’aval.
Une aube 1 est une pièce structurelle de la turbomachine 100, destinée à être intégrée dans un aubage de la turbomachine 100. L’aubage comprend un moyeu qui peut être monté rotatif par rapport au carter 101 de la turbomachine 100 pour un aubage rotatif, ou être monté fixe par rapport au carter 101 de la turbomachine 100 pour un aubage fixe. L’aubage comprend en outre une pluralité d’aubes 1 fixées au moyeu. Les aubes 1 s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe longitudinal X et peuvent être réparties circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X.
L’aubage peut présenter par exemple un diamètre supérieur ou égal à 150 cm, de préférence supérieur ou égal à 200 cm, par exemple inférieur ou égal à 400 cm. Ainsi, l’aube 1 présente une envergure suffisante pour que les aubes 1 de l’aubage comprennent deux peaux 2, 3 extérieures réalisées dans un matériau composite et délimitant une cavité intérieure 4. Une aube 1 de l’aubage présente ainsi de préférence une hauteur supérieure ou égale à 50 cm, de préférence supérieure ou égal à 70 cm, par exemple de l’ordre de 80 cm à 100 cm, en étant par exemple inférieure ou égal à 160 cm.
La illustre un exemple non limitatif dans lequel la turbomachine 100 est une turbomachine non carénée dont le redresseur comprend une aube 1 comprenant un renfort 6 selon un mode de réalisation particulier. La turbomachine 100 comprend : - un carter 101 ; - une soufflante 200 ayant un moyeu 201 de soufflante 200 et des pales périphériques 202 de soufflante 200, solidaires du moyeu 201 de soufflante 200, le moyeu 201 de soufflante 200 ayant une partie aval 203 de moyeu 201 qui est entourée par une surface interne 102 d’une partie amont 103 du carter 101 et qui dépasse de la partie amont 103 du carter 101, le moyeu 201 de soufflante 200 étant monté à rotation par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X ; et - au moins une aube 1 de redresseur, ladite aube 1 étant située en aval par rapport aux pales périphériques 202 de soufflante 200, ladite aube 1 étant montée sur une surface externe de la partie amont 103 du carter 101 au niveau d’une extrémité interne de l’aube 1, ladite aube 1 comprenant un renfort 6 tel que décrit ci-dessous, le renfort 6 étant disposé au niveau de l’extrémité interne de l’aube 1.
Le carter 101 de la turbomachine 100 porte la soufflante 200 sur son côté amont. Les pales périphériques 202 de soufflante 200 sont réparties sur le moyeu 201 de soufflante 200 autour de l’axe longitudinal X de rotation en amont du carter 101 de turbomachine 100. Le moyeu 201 de soufflante 200 est apte à tourner sur lui-même par rapport à la partie amont 103 du carter 101 autour de l’axe longitudinal X. La turbomachine 100 comporte en aval du moyeu 201 de soufflante 200 et dans le carter 101 un ensemble moteur 300 permettant de faire tourner le moyeu 201 de soufflante 200 et donc les pales périphériques 202 de soufflante 200 autour de l’axe longitudinal X.
Les aubes 1 de redresseur sont situées dans l’espace d’écoulement du flux secondaire, qui est créé en aval des pales périphériques 202 de soufflante 200 autour de la surface extérieure du carter 101, lorsque les pales périphériques 202 de soufflante 200 sont mises en rotation autour de l’axe longitudinal X.
La turbomachine 100 étant non carénée, chaque aube 1 de redresseur de flux secondaire est fixée ou montée de manière mobile sur une surface extérieure de la partie amont 103 du carter 101, uniquement au niveau d’une extrémité interne 11 de l’aube. Une extrémité externe 12 de l’aube 1, qui est radialement opposée par rapport à l’extrémité interne 11, est laissée nue dans le flux secondaire, sans être montée ni fixée à un carter, aucun carter ni nacelle n’entourant les aubes 1 de redresseur et le carter 101.
L’ensemble moteur 300 est situé dans le carter 101. Une entrée d’air est située entre la partie amont 103 du carter 101 et le moyeu 201 de soufflante 200 et en aval des pales périphériques 202 de soufflante 200. L’aube 1 de redresseur a une forme configurée pour concentrer le flux secondaire contre la surface extérieure de la partie aval 107 du carter 101, située en aval de la surface extérieure de la partie amont 103 du carter 101. Un bras de fixation extérieur ou un moyen extérieur de fixation relie le carter 101 à un aéronef.
Il est entendu que le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 d’une turbomachine 100 de tout type, par exemple d’une turbomachine 100 non carénée, par exemple d’un turbopropulseur de type UDF comprenant deux soufflantes non carénées et contrarotatives, ou d’un turbopropulseur de type USF comprenant une seule soufflante non carénée et un redresseur. En variante, le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 d’une turbomachine 100 carénée, par exemple d’un turboréacteur comprenant une soufflante 200 carénée.
En outre, il est entendu que le renfort 6 peut être un renfort 6 pour toute aube 1 composite de turbomachine 100 nécessitant un renfort 6 épais ou de géométrie à épaisseur évolutive, en particulier pour une aube 1 en composite à matrice organique partiellement creuse présentant une zone creuse structurale à renforcer. Ainsi, le renfort 6 peut être un renfort 6 pour une aube 1 composite de tout aubage d’une turbomachine 100, par exemple à un renfort 6 pour une aube 1 de soufflante 200, de redresseur, de compresseur, et/ou de turbine.
Aube Une aube 1 comprend une pale 13 à profil aérodynamique propre à être placée dans un flux d’air lorsque la turbomachine 100 est en fonctionnement afin de générer une portance, et un pied 14 configuré pour être fixé au moyeu rotatif ou fixe de l’aubage comprenant l’aube 1 au niveau de l’extrémité interne 11 de l’aube 1. L’extrémité interne 11 de l’aube 1 correspond ainsi au côté de montage de l’aube 1.
Le pied 14 de l’aube 1 peut être fixé au moyeu, fixe ou rotatif, de l’aubage, par une attache recevant le pied 14 de l’aube 1 et le fixant au moyeu de l’aubage. La illustre à titre d’exemple non limitatif un exemple d’attache comprenant des trous 210, 310 traversant respectivement la première partie d’extrémité interne 21 et la deuxième partie d’extrémité interne 31 dans la direction radiale R, et pouvant comprendre des boulonnages ou rivetages dans les trous, ou autres.
Le pied 14 de l’aube 1 correspond à la partie de l’aube 1 qui est située sous une ligne Fs délimitant l’espace d’écoulement du flux secondaire de la turbomachine 100, ou ligne d’écoulement secondaire Fs. Ainsi, le pied 14 de l’aube 1 est situé en une position radialement interne par rapport à une paroi du carter 101 de la turbomachine 100 qui délimite radialement à l’intérieur l’espace d’écoulement du flux secondaire. Dans un turboréacteur caréné 100, l’espace d’écoulement du flux secondaire est une veine d’écoulement du flux secondaire délimitée à l’intérieur par la paroi du carter 101, le carter 101 correspondant à un carter interne, et délimitée à l’extérieur par une paroi d’un carter externe du turboréacteur 100. Dans un turbopropulseur 100, l’espace d’écoulement du flux secondaire est un espace extérieur au turbopropulseur 10, qui est délimité à l’intérieur par la paroi du carter 101.
La paroi du carter 101 peut être formée d’une ou d’un ensemble de plateformes inter-aubes 1. Les plateformes inter-aubes 1 peuvent être formées d’une seule pièce avec les aubes 1 ou être séparées et rapportées sur les aubes 1 d’un aubage au niveau d’une jonction entre le pied 14 de l’aube 1 et la pale 13. Les plateformes inter-aubes 1 délimitent à l’intérieur l’espace d’écoulement du flux secondaire au niveau de l’aubage.