FR3103855A1 - Structure améliorée de bord d’attaque d’aube. - Google Patents

Abstract

Structure améliorée de bord d’attaque d’aube Aube (1) de turbomachine s’étendant selon une direction principale (Z-Z), ladite aube (1) comprenant :- un corps d’aubage (20) en matériau composite,- un clinquant (30) métallique assemblé sur le corps d’aubage (20),dans lequel le clinquant (30) forme un bord d’attaque (12) de l’aube (1), et présente une ailette intrados (36) et une ailette extrados (38) recouvrant partiellement respectivement une face intrados (26) et une face extrados (28) du corps d’aubage (20), ladite ailette intrados (36) et/ou ladite ailette extrados (38) présentant une bordure ondulée. Figure pour l’abrégé : Fig. 3.

Description

Structure améliorée de bord d’attaque d’aube.

Le présent exposé concerne les aubes de turbomachine, et notamment les aubes de turbomachine réalisées en matériau composite.

Les aubes de turbomachines sont disposées dans un flux d’air traversant la turbomachine. On peut ainsi notamment citer les aubes de redresseurs de turbomachine dont le rôle est de redresser un flux d’air en sortie de turbine, afin d’obtenir la meilleure poussée et ainsi optimiser le rendement de la turbomachine. Plus généralement, on peut citer tout élément du flux d’air comportant un bord d’attaque mouillé par le flux d’air, par exemple des aubes de stator ou de rotor, ou encore une aile ou une entrée d’air, par exemple de petite dimension.

En raison de la vitesse élevée du flux d’air traversant la turbomachine, les aubes sont soumises à de nombreuses agressions externes, notamment les gravillons, grêlons, particules d’eau ou de sable qui peuvent être prises dans le flux d’air et ainsi traverser la turbomachine. La réalisation des aubes pose donc une problématique en termes de résistance à l’usure, d’autant plus importante que les composants employés dans les turbomachines, et plus généralement dans l’aéronautique, doivent satisfaire des conditions fortement restrictives notamment en termes d’encombrement et de masse.

Les aubes de turbomachine sont communément réalisées en matériaux composites. Afin de leur fournir une résistance suffisante aux éléments mentionnés précédemment, on recouvre communément le bord d’attaque des aubes d’un revêtement métallique destiné à absorber les chocs notamment de particules solides présentes dans le flux d’air. Ce revêtement positionné sur le bord d’attaque de l’aube est communément désigné par l’appellation générique «clinquant». On note que bien que la définition exacte d’un clinquant soit une tôle pliée d’épaisseur constante, son utilisation pour désigner un revêtement positionné sur le bord d’attaque de l’aube ne le limite pas à une telle structure. Le terme clinquant employé dans le présent exposé désigne ainsi un revêtement positionné sur le bord d’attaque d’une aube, ce revêtement pouvant être réalisé en tout matériau adapté, et présenter toute géométrie adaptée.

Le clinquant recouvre ainsi le bord d’attaque de l’aube, et se prolonge sur une partie de la face intrados et de la face extrados de l’aube. On représente schématiquement sur la figure 1 un tel exemple de structure d’aube 1, comprenant un corps d’aube 20 en matériau composite, et un clinquant 30 métallique. L’aube 1 s’étend de manière générale entre un pied d’aube 1A et un sommet 1B, et présente un bord d’attaque 12, un bord de fuite 14, une face intrados 16 et une face extrados 18 qui sont définies en fonction d’un sens de circulation de fluide autour de l’aube 1, schématisé par une flèche F. Le clinquant 30 présente une forme générale de feuille de forme rectangulaire en matériau métallique, qui est positionnée de manière à recouvrir le bord d’attaque 12 ainsi qu’une partie de la face intrados 16 et de la face extrados 18 adjacente au bord d’attaque 12. Dans l’exemple illustré sur la figure 1, la portion du clinquant 30 recouvrant la face intrados 16 et la portion du clinquant 30 recouvrant la face extrados 18 du corps d’aube 20 ont des dimensions sensiblement identiques.

Une telle structure d’aube présente plusieurs problématiques. En premier lieu, une problématique est d’assurer le maintien en position du clinquant 30 sur le corps d’aube 20. De plus, la structure du clinquant 30 forme un plan P d’épaisseur moindre entre les deux extrémités du clinquant 30 sur la face intrados 16 et la face extrados 18. Ce plan P entraine une fragilité de l’aube, et forme un plan de rupture lors de chocs.

Il a été proposé de faire varier la longueur de la portion du clinquant 30 recouvrant la face intrados 16 et la face extrados 18 du corps d’aube 20, par exemple en sur dimensionnant la portion du clinquant 30 recouvrant la face extrados 18 du corps d’aube 20. La figure 2 représente schématiquement une telle variante. Toutefois, la problématique résultant de la formation d’un plan P d’épaisseur moindre demeure, et une telle structure définit ainsi un plan de rupture pour l’aube, en plus d’augmenter la masse de l’aube du fait de l’augmentation de la masse de matériau métallique.

Le présent exposé vise ainsi à répondre au moins partiellement à ces problématiques.

A cet effet, le présent exposé concerne une aube de turbomachine s’étendant selon une direction principale, ladite aube comprenant:
- un corps d’aubage en matériau composite,
- un clinquant métallique assemblé sur le corps d’aubage,
dans lequel le clinquant forme un bord d’attaque de l’aube, et présente une ailette intrados et une ailette extrados recouvrant partiellement respectivement une face intrados et une face extrados du corps d’aubage, ladite ailette intrados et/ou ladite ailette extrados présentant une bordure ondulée.

Selon un exemple, ladite ailette intrados et ladite ailette extrados présentent chacune une bordure ondulée

Selon un exemple, le clinquant présente une bordure radiale interne et une bordure radiale externe définissant respectivement l’extrémité radiale interne et l’extrémité radiale externe du clinquant par rapport un axe de turbomachine, et une bordure intrados et une bordure extrados, reliant la bordure radiale interne et la bordure radiale externe respectivement sur la face intrados et la face extrados du corps d’aubage, dans laquelle la bordure intrados et/ou la bordure extrados présentent des ondulations.

Selon un exemple, les ondulations formées sur la bordure intrados et/ou sur la bordure extrados sont continues et de même amplitude.

Selon un exemple, ondulations formées sur la bordure intrados et/ou sur la bordure extrados présentent un profil de sinusoïde et sont en décalage de phase selon la direction principale.

Selon un exemple, les ondulations formées sur la bordure intrados et/ou sur la bordure extrados présentent un profil de sinusoïde et sont en opposition de phase selon la direction principale.

Selon un exemple, les ondulations s’étendent sur tout ou partie de la bordure intrados et/ou de la bordure extrados.

Selon un exemple, le corps d’aubage est en matériau composite à fibres longues discontinues.

Selon un exemple, l’ailette intrados et l’ailette extrados présentent des surfaces distinctes.

Selon un exemple, l’ailette intrados et/ou l’ailette extrados présente des évidements traversant.

Selon un exemple, lesdits évidements traversant présentent une section rectangulaire, oblongue ou ronde.

Selon un exemple, lesdits évidements sont répartis sur l’ailette intrados et/ou l’ailette extrados selon la direction principale.

Le présent exposé concerne également un redresseur de flux de turbomachine comprenant une pluralité d’aubes telles que décrites précédemment.

Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un tel redresseur de flux.

Le présent exposé concerne également un aéronef comprenant une telle turbomachine.

L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs.

La figure 1 présente un exemple d’aube selon l’état de la technique.

La figure 2 présente un exemple d’aube selon l’état de la technique.

La figure 3 présente un exemple d’aube selon un aspect de l’invention.

La figure 4 présente un exemple de structure de clinquant.

La figure 5 présente un autre exemple de structure de clinquant.

La figure 6 présente un autre exemple de structure de clinquant.

La figure 7 présente un autre exemple de structure de clinquant.

Sur l’ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.

La figure 3 présente un exemple d’aube selon un aspect de l’invention.

On représente sur cette figure un exemple de structure d’aube 1, comprenant un corps d’aube 20 en matériau composite, et un clinquant 30 métallique. L’aube 1 s’étend de manière générale entre un pied d’aube 1A et un sommet 1B, et présente un bord d’attaque 12, un bord de fuite 14, une face intrados 16 et une face extrados 18 qui sont définies en fonction d’un sens de circulation de fluide autour de l’aube 1, schématisé par une flèche F. L’aube 1 s’étend généralement selon un axe principal Z-Z définissant une direction principale Z-Z, cet axe principal s’étendant typiquement radialement par rapport à un axe de turbomachine. L’aube est typiquement liée à un segment central par son pied d’aube 1A, et à un carter externe par son sommet 1B, le segment central et le carter externe délimitant une veine pour l’écoulement de fluide. L’aube 1 est par exemple une aube de redresseur de flux de turbomachine, ou plus généralement une aube d’une pièce aérodynamique présentant un bord d’attaque.

Le corps d’aube 20 est réalisé en matériau composite, typiquement un matériau composite de type DLF, c’est-à-dire un matériau composite à fibres longues discontinues. Par fibres longues, on entend des fibres ayant une longueur comprise entre 5 et 100mm, ou typiquement entre 5 et 50 mm.Le matériau composite est typiquement un matériau de type DLF dans lequel on a découpé des zones rectanfulaires dans un pli unidirectionnel préimprégné, ou un matériau composite de type BMC (pour la désignation anglaise «Bulk Molding Compound», i.e. un composite obtenu par moulage par compression) dans lequel les torons sont en vrac. Le matériau composite est par exemple drapé, tissé 3D, injecté. Le matériau composite présente typiquement une matrice thermoplastique et/ou thermodurcissable.

. Le corps d’aube 20 présente également un bord d’attaque non visible sur les figures, car recouvert par le clinquant 30, une face intrados 26, une face extrados 28 et un bord de fuite qui correspond au bord de fuite 14 de l’aube 1. Le matériau composite peut être un matériau à matrice thermoplastique ou thermodurcissable. A titre d’exemple, le matériau composite peut être le matériau commercialisé sous la désignation commerciale HexMC ® (marque déposée) de la société Hexcel.

Le clinquant présente une bordure radiale interne 30A et une bordure radiale externe 30B, qui délimitent respectivement l’extrémité radiale interne et l’extrémité radiale externe du clinquant 30 par rapport à l’axe principal Z-Z, ou plus généralement par rapport à une hauteur du clinquant 30.

Le clinquant 30 est typiquement composé d’une feuille en matériau métallique, pouvant présenter une épaisseur constante ou variable, qui est positionnée de manière à recouvrir le bord d’attaque 12 ainsi qu’une partie de la face intrados 26 et de la face extrados 28 du corps d’aube 20 adjacente au bord d’attaque. On définit pour le clinquant 30 un front 32 recouvrant le bord d’attaque 12, une ailette intrados 36 et une ailette extrados 38, recouvrant partiellement respectivement la face intrados 16 et la face extrados 18 du corps d’aube 10 comme visible sur la figure 3. L’ailette extrados 38 présente une extrémité libre 39, et l’ailette intrados 36présente une extrémité libre 37, lesdites extrémités libres 37 et 39 reliant la bordure radiale interne 30A et la bordure radiale externe 30B du clinquant 30.

L’ailette intrados 36 et l’ailette extrados 38 présentent typiquement une longueur comprise entre 5 et 50mm, la longueur étant mesurée selon un plan perpendiculaire à l’axe principal Z-Z, entre le front 32 et l’extrémité libre 37 ou 39 concernée. On peut par exemple prendre en considération la longueur maximale de l’ailette intrados 36 et de l’ailette extrados 38 sur la hauteur de l’aube 1. L’ailette intrados 36 et l’ailette extrados 38 peuvent présenter des longueurs identiques ou distinctes.

Comme on le voit sur la figure 3, le clinquant 30 présente des bordures ondulées sur la face intrados 16 et sur la face extrados 18 de l’aube 1. Plus précisément, les extrémités libres 37 et 39 sont ondulées.

On présente à présent différents exemples de forme de clinquant en référence aux figures 4 et 5.

On représente sur ces figures deux variantes de clinquant 30 pris isolément du corps d’aube 20 représenté précédemment.

Dans l’exemple représenté sur la figure 4, l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 présentent des ondulations qui sont en phase. Ainsi, l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 présentent un même profil sur la hauteur du clinquant 30, la hauteur étant mesurée selon l’axe principal Z-Z. Autrement dit, le tracé de l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et le tracé de l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 peuvent être modélisés par une même courbe.

En variante, l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 présentent des ondulations qui sont en décalage de phase ou en opposition de phase.

Ainsi, on représente sur la figure 5 un exemple de réalisation dans lequel les ondulations réalisées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 sont modélisées par une même courbe, mais décalées l’une par rapport à l’autre, typiquement par translation selon l’axe principal Z-Z.

A titre d’exemple, si les ondulations formées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 sont modélisées par une courbe ayant une périodicité de T, on peut décaler les ondulations de T/4 comme visible sur la figure 5, ou par exemple de T/2 ce qui correspondrait ainsi à des extrémités libres 37 et 39 ayant des ondulations en opposition de phase. Ainsi, en considérant des ondulations en opposition de phase, pour une même hauteur de l’aube 1, un sommet dans les ondulations réalisées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 serait disposé en regard d’un creux dans les ondulations réalisées sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38.

En variante, les ondulations formées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 peuvent présenter des profils distincts. Ainsi, les ondulations formées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 peuvent être modélisées par des courbes modélisées par des fonctions différentes.

En variante, le clinquant 30 peut présenter une extrémité libre ondulée et une extrémité libre droite, c’est-à-dire dépouvue d’ondulations. Selon un exemple, le clinquant 30 présente des ondulations sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 tandis que l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 est dépourvue d’ondulations. Selon un autre exemple, le clinquant 30 présente des ondulations sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 tandis que l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 est dépourvue d’ondulations.

Les ondulations réalisées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 sont typiquement continues. Elles forment typiquement des courbes, typiquement de type sinusoïdales ce qui évite la formation d’angles vifs.

Les ondulations présentent par exemple une amplitude comprise entre 5 et 20mm.

La formation de telles ondulations sur les extrémités libres 37 et 39 de l’ailette intrados 36 et de l’ailette extrados 38 permet d’éviter la formation d’un plan de rupture comme présenté précédemment en référence aux figures 1 et 2, et permet d’augmenter la zone de recouvrement entre le matériau métallique du clinquant 30 et le matériau composite du corps d’aube 10. La formation d’ondulations permet d’éviter la formation d’une zone potentielle de rupture de l’aube. Cet effet est amplifié lorsque les ondulations formées sur l’extrémité libre 37 de l’ailette intrados 36 et sur l’extrémité libre 39 de l’ailette extrados 38 ne sont pas en phase. En effet, un décalage de phase ou une opposition de phase entre les ondulations permet de maximiser la matière présente entre les extrémités libres 37 et 39, et ainsi améliorer la tenue mécanique de l’aube 1.

La formation de telles ondulations sur les extrémités libres 37 et 39 de l’ailette intrados 36 et de l’ailette extrados 38 permet plus généralement d’améliorer les propriétés d’accroche du clinquant 30 sur le corps d’aube 20, et donc d’améliorer la tenue mécanique de l’aube 1 ainsi formée, sans nécessiter d’en augmenter l’épaisseur.

En variante ou en complément, le clinquant 30 peut présenter des évidements traversant ou alésages traversant sur son ailette intrados 36 et/ou sur son ailette extrados 38.

La figure 6 présente une variante du mode de réalisation du clinquant 30 déjà décrit en référence à la figure 4, qui présente ici une pluralité d’évidements 56 et 58 traversant formés respectivement sur son ailette intrados 36 et sur son ailette extrados 38.

Dans l’exemple illustré, les évidements 56 et 58 sont formés dans les ondulations des ailettes intrados 36 et 38. On comprend que ce mode de réalisation n’est pas limitatif, et que les évidements 56 et 58 peuvent être positionnés dans une portion des ailettes intrados 36 et extrados 38 située entre le front 32 du clinquant 30 et les extrémités libres 37 et 39 ondulées.

La figure 7 illustre un exemple de clinquant 30 dans lequel les évidements 56 et 58 traversant sont formés respectivement dans les ondulations des ailettes intrados 36 et 38, ces dernières présentant des extrémités libres 37 et 39 linéaires.

Les évidements 56 et 58 traversant permettent d’améliorer l’accroche entre le matériau composite formant le corps d’aube 20 et le clinquant 30.

On comprend que les modes de réalisation représentés sur les figures 6 et 7 ne sont pas limitatifs. Les évidements peuvent être formés dans l’ailette intrados 36 et/ou dans l’ailette extrados 38. Les évidements peuvent présenter différentes géométries. Dans les exemples illustrés sur les figures 6 et 7, les évidements présentent une section rectangulaire. En variante, les évidements peuvent présenter une section ovale, ronde, oblongue, parallélépipédique.

Les évidements présentent typiquement une dimension maximale comprise entre 5 mm et 50 mm, de manière à permettre la migration de fibres imprégnées du matériau composite au travers desdits évidements lors d’une étape de thermocompression.

Le clinquant 30 peut être réalisé par tout procédé adapté, notamment par pliage ou thermoformage. Il peut par exemple être réalisé en titane, en acier inoxydable, ou en superalliage tel que l’Inconel ® (marque déposée). Le clinquant 30 peut être réalisé par électrodéposition de matière, par exemple à base de Nickel, de Cobalt, ou d’alliage Nickel-Cobalt. La forme du clinquant 30, et notamment des extrémités libres 37 et 39, peut être réalisée lors du dépôt de matière, ou lors d’une opération d’usinage et/ou de découpe. Le clinquant 30 peut être réalisé par fabrication additive, ou par tout autre procédé de fabrication.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims (14)

1. Aube (1) de turbomachine s’étendant selon une direction principale (Z-Z), ladite aube (1) comprenant:
   - un corps d’aubage (20) en matériau composite,
   - un clinquant (30) métallique assemblé sur le corps d’aubage (20),
   dans lequel le clinquant (30) forme un bord d’attaque (12) de l’aube (1), et présente une ailette intrados (36) et une ailette extrados (38) recouvrant partiellement respectivement une face intrados (26) et une face extrados (28) du corps d’aubage (20), ladite ailette intrados (36) et/ou ladite ailette extrados (38) présentant une bordure ondulée.
2. Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle le clinquant (30) présente une bordure radiale interne (30A) et une bordure radiale externe (30B) définissant respectivement l’extrémité radiale interne et l’extrémité radiale externe du clinquant (30) par rapport un axe de turbomachine, et une bordure intrados (37) et une bordure extrados (39), reliant la bordure radiale interne (30A) et la bordure radiale externe (30B) respectivement sur la face intrados (26) et la face extrados (28) du corps d’aubage (20), dans laquelle la bordure intrados (37) et/ou la bordure extrados (39) présentent des ondulations.
3. Aube (1) selon la revendication 2, dans laquelle les ondulations formées sur la bordure intrados (37) et/ou sur la bordure extrados (39) sont continues et de même amplitude.
4. Aube (1) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans laquelle les ondulations formées sur la bordure intrados (37) et/ou sur la bordure extrados (39) présentent un profil de sinusoïde et sont en décalage de phase selon la direction principale (Z-Z).
5. Aube (1) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans laquelle les ondulations formées sur la bordure intrados (37) et/ou sur la bordure extrados (39) présentent un profil de sinusoïde et sont en opposition de phase selon la direction principale (Z-Z).
6. Aube (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel les ondulations s’étendent sur tout ou partie de la bordure intrados (37) et/ou de la bordure extrados (39).
7. Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le corps d’aubage (20) est en matériau composite à fibres longues discontinues.
8. Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’ailette intrados (36) et l’ailette extrados (38) présentent des surfaces distinctes.
9. Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’ailette intrados (36) et/ou l’ailette extrados (38) présente des évidements (56, 58) traversant.
10. Aube (1) selon la revendication 8, dans laquelle lesdits évidements (56, 58) traversant présentent une section rectangulaire, oblongue ou ronde.
11. Aube (1) selon l’une des revendications 9 ou 10, dans laquelle lesdits évidements (56, 58) sont répartis sur l’ailette intrados (36) et/ou l’ailette extrados (38) selon la direction principale (Z-Z).
12. Redresseur de flux de turbomachine comprenant une pluralité d’aubes (1) selon l’une des revendications précédentes.
13. Turbomachine comprenant un redresseur de flux selon la revendication 12.
14. Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 13.