FR3139493A1 - Texture fibreuse de pied d’aube ou d’helice - Google Patents

Texture fibreuse de pied d’aube ou d’helice Download PDF

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Henri OUTTRABADY
Richard Anandavelou MOUNIEN
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Abstract

TEXTURE FIBREUSE DE PIED D’AUBE OU D’HELICE La présente invention concerne une texture fibreuse (1) comprenant au moins une portion (3) de pied formant un renfort fibreux de pied d’aube ou d’hélice en queue d’aronde et réalisée par tissage tridimensionnel en une seule pièce, la portion de pied comprenant une surface (3a) intrados et une surface (3b) extrados ayant chacune une portion textile (5a ; 5b) de blocage radial du pied formant une surépaisseur locale. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

TEXTURE FIBREUSE DE PIED D’AUBE OU D’HELICE
La présente invention concerne une texture fibreuse destinée à former le renfort fibreux d’une aube ou d’une hélice en matériau composite, comprenant une portion de pied intégrant des portions textiles de blocage radial du pied qui sont aptes à venir en appui avec un disque de positionnement pour retenir l’aube ou l’hélice sur le disque. L’invention concerne également des aubes ou hélices en matériau composite associées.
Les aubes de soufflante de turbomachines aéronautiques sont communément fabriquées en matériau composite à matrice organique (CMO). Les CMO supportent des températures allant de 100°C à 250°C. Ces matériaux viennent en remplacement des pièces en matériau métallique. Leur utilisation contribue à optimiser les performances des turbomachines ou des équipements de la turbomachine notamment par la baisse de la masse globale de la turbomachine, réduisant ainsi la consommation de carburant qui à son tour entraine une réduction des émissions nocives (CO, CO2, NOx…).
Les aubes de soufflantes sont positionnées sur un disque rotatif qui comprend une pluralité d’alvéoles dans lesquelles les pieds d’aube sont destinés à être logés. Il est connu de positionner un matériau d’usure sur les surfaces intrados et extrados des pieds d’aube composite qui est destiné à venir en appui avec le disque de positionnement, notamment avec un clinquant monté sur ce dernier, pour assurer le blocage radial des pieds dans les alvéoles. Ce matériau d’usure est un matériau distinct du matériau composite formant le pied d’aube et nécessite une fabrication séparée ou un approvisionnement spécifique ainsi qu’une étape de solidarisation au pied composite. Cela résulte en un rallongement de la gamme de fabrication. Il est souhaitable de simplifier l’obtention de ces portions de blocage radial.
La présente invention concerne une texture fibreuse comprenant au moins une portion de pied formant un renfort fibreux de pied d’aube ou d’hélice en queue d’aronde et réalisée par tissage tridimensionnel en une seule pièce, la portion de pied comprenant une surface intrados et une surface extrados ayant chacune une portion textile de blocage radial du pied formant une surépaisseur locale.
Les portions textiles de blocage radial du pied sont intégrées à la texture et permettent de s’affranchir du matériau d’usure rapporté, simplifiant ainsi l’obtention de la zone d’interface avec le disque de positionnement. En outre, le fait que les portions de blocage soient co-tissées avec le reste de la portion de pied permet d’améliorer leur tenue mécanique par rapport à la technique antérieure.
Dans un exemple de réalisation, chaque portion textile de blocage radial du pied est située à une distance non nulle d’une extrémité axiale amont de la portion de pied.
Une telle caractéristique permet avantageusement d’assurer un contact avec le disque de positionnement ailleurs que sur l’extrémité axiale amont qui constitue déjà une zone importante d’application des efforts et de décharger ainsi cette zone.
Dans un exemple de réalisation, la portion de pied comprend une région de cœur située entre les surfaces intrados et extrados, au moins une partie des fils présents dans chaque portion textile de blocage radial ayant un titre supérieur au titre des fils dans la région de cœur.
Une telle caractéristique permet avantageusement d’améliorer la résistance à l’usure du pied d’aube ou d’hélice en fonctionnement.
Dans un exemple de réalisation, la surépaisseur locale définie par chaque portion textile de blocage radial est comprise entre 1 mm et 5 mm.
Une telle caractéristique permet avantageusement d’avoir une cinétique d’usure ralentie.
Dans un exemple de réalisation, une dimension axiale de chaque portion textile de blocage radial est comprise entre les 2/3 et les 3/4 d’une dimension axiale de la portion de pied.
Dans un exemple de réalisation, la texture fibreuse forme une préforme fibreuse d’aube ou d’hélice, comprenant en outre une portion de pale co-tissée ou rapportée sur la portion de pied.
L’invention concerne une aube de turbomachine comprenant une texture fibreuse telle que décrite plus haut, et une matrice organique densifiant celle-ci. L’aube est par exemple une aube de soufflante aéronautique.
En alternative, l’invention concerne une hélice comprenant une texture fibreuse telle que décrite plus haut et une matrice organique densifiant celle-ci.
L’invention concerne également une roue de turbomachine comportant un disque de positionnement comprenant une pluralité d’alvéoles dans lesquelles sont positionnées plusieurs aubes ou hélices telles que décrites plus haut.
La représente, de manière schématique et partielle, un exemple de texture fibreuse selon l’invention formant une préforme fibreuse d’aube de soufflante.
La représente, de manière schématique et partielle, un détail de la texture fibreuse de la au niveau de la portion de pied.
La est une vue en coupe selon III-III montrant un exemple de plan d’armure de tissage dans la portion de pied.
La représente, de manière schématique et partielle, des aubes selon l’invention montées sur un disque de positionnement.
L’invention va, dans la suite, être décrite en lien avec une application à une aube de turbomachine aéronautique mais les détails ci-dessous demeurent applicables à une hélice destinée à être montée dans un aéronef.
On a représenté à la un exemple de texture fibreuse 1 qui comprend une portion 3 de pied qui est tissée en une seule pièce avec une portion 20 de pale par tissage tridimensionnel. L’exemple illustré concerne un cas où il y a continuité textile entre la portion 3 et la portion 20. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention lorsque la texture fibreuse comprend une portion de pied qui sur laquelle est rapportée une portion de pale creuse. Dans ce cas, la portion de pied peut comporter, à une extrémité radiale externe, un élément en saillie apte à être introduit dans un volume intérieur de la portion de pale afin de positionner celle-ci sur la portion de pied.
La texture 1 est obtenue par tissage tridimensionnel de premiers et deuxièmes fils et forme, dans l’exemple illustré, une seule et même pièce de tissu. Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des premiers fils lient des deuxièmes fils sur plusieurs couches de deuxièmes fils. Les premiers fils peuvent être des fils de chaine et les deuxièmes fils des fils de trame ou, inversement, les premiers fils peuvent être des fils de trame et les deuxièmes fils des fils de chaine. Les fils de chaîne peuvent s’étendre le long de la direction radiale DR et les fils de trame le long de la direction axiale DA. Sauf mention contraire, une inversion des rôles entre chaine et trame est possible dans le texte qui suit, et doit être considérée comme couverte aussi par les revendications. La direction DR radiale correspond à la direction selon la hauteur de l’aube ou de l’hélice, reliant son pied à son sommet. La direction DA axiale correspond à la direction selon la corde de l’aube ou de l’hélice ainsi qu’à la direction d’écoulement de l’air en fonctionnement. D’une manière générale, la texture 1 peut comporter des fils de carbone, des fils de verre, ou un mélange de tels fils.
Dans l’exemple de la , la texture 1 est à la forme de l’aube à obtenir en donnant en particulier à la portion 20 la forme du profil aérodynamique souhaité. Pour cela, la texture est mise en forme dans un conformateur d’une manière connue en soi avant de procéder à l’introduction d’un matériau de matrice qui permet d’obtenir la pièce en matériau composite et de figer celle-ci à la forme souhaitée.
La portion 3 forme le renfort fibreux d’un pied d’aube en queue d’aronde à obtenir. La portion 3 a en particulier la forme du pied d’aube à obtenir. La portion 3 est obtenue par tissage tridimensionnel des premiers et deuxièmes fils et forme une seule et même pièce de tissu. La portion 3 comprend une surface intrados 3a qui est située du côté de l’intrados 20a de la portion 20, et une surface extrados 3b qui est située du côté de l’extrados 20b de la portion 20. Dans le cas d’une portion de pale rapportée, la surface intrados de la portion de pied correspond à la surface destinée à être située du côté de l’intrados de la portion de pale une fois celle-ci rapportée, et la surface extrados de la portion de pied correspond à la surface destinée à être située du côté de l’extrados de la portion de pale une fois celle-ci rapportée. La portion 3 est ici en queue d’aronde et les surfaces 3a, 3b présentent une forme inclinée avec un angle non nul par rapport à la direction DR radiale dans un plan normal à la direction DA axiale. Chacune des surfaces 3a, 3b présente une portion textile 5a, 5b de blocage radial du pied qui forme une surépaisseur locale, comme visible sur la . Les portions 5a, 5b sont configurées pour assurer un blocage radial du pied d’aube lorsqu’il est monté dans une alvéole AL d’un disque D de positionnement (voir ). Les portions 5a, 5b peuvent avoir la même forme et les mêmes dimensions. La portion 3 comprend une région 4 de cœur qui est située entre les portions 5a, 5b. Les portions 5a, 4 et 5b sont décalées le long de la direction DC circonférentielle de la texture 1. La direction DC circonférentielle correspond à la direction selon la circonférence du disque de positionnement, autour de l’axe de ce dernier. Les portions 5a, 5b sont co-tissées avec la région 4. Ces portions 5a, 5b peuvent être réalisées par tissage tridimensionnel de premiers et de deuxièmes fils, avec une partie des premiers fils de ces portions 5a, 5b liant des couches de deuxièmes fils de la région 4, comme cela est illustré à la qui sera décrite dans la suite. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention lorsque les portions 5a, 5b ne correspondent pas à des portions tissées, on peut en effet réaliser une sortie de fils de la région 4 pour former localement des portions fibreuses unidirectionnelles définissant la portion de blocage du pied en surépaisseur.
Les figures 2 et 3 qui vont, à présent, être décrites fournissent plus de détails sur la portion 3 et les portions 5a, 5b. Cet exemple concerne le cas de portions 5a, 5b réalisées par tissage tridimensionnel mais la personne du métier reconnaîtra que cet enseignement s’appliquemutatis mutandisà des portions 5a, 5b formées par des couches fibreuses unidirectionnelles.
La illustre une vue de face de la surface 3a étant entendu qu’un agencement similaire s’applique à la surface 3b et à la portion 5b. La portion 5a peut former une portion textile connexe (en un seul morceau), comme illustré. Elle peut présenter une forme sensiblement polygonale, par exemple rectangulaire dans le cas illustré, dans un plan normal à la direction DC circonférentielle. La portion 5a peut avoir une forme allongée le long de la direction DA axiale. La portion 5a peut être espacée des extrémités axiales amont EA1 et aval EA2 de la portion 3 par une distance non nulle, notée A7a et A9a. Les termes « amont » et « aval » sont utilisés ici en référence au sens d’écoulement de l’air autour de l’aube ou de l’hélice. Ainsi, la surface 3a est définie, le long de la direction axiale DA, par une portion 7a, la portion 5a qui, à la manière d’une marche, produit une surépaisseur locale, et une portion 9a. La portion 5a forme un relief en saillie. On peut comme illustré avoir une portion 5a qui est centrée le long de la dimension axiale A3 de la portion 3, les distances A7a et A9a étant ainsi sensiblement égales. Dans l’exemple de la , la dimension A5a axiale de la portion 5a est comprise entre les 2/3 et les 3/4 de la dimension A3 axiale de la portion 3. Auquel cas, chacune des distances A7a et A9a peut être supérieure ou égale à 1/8 de la dimension A3, et par exemple être comprise entre 1/8 et 1/6 de la dimension A3.
Les portions 5a, 5b sont obtenues en ajoutant localement des couches supplémentaires de premiers fils 6a, 6b et de deuxièmes fils 8a, 8b par rapport à la définition initiale de l’aube qui correspond ici à la région 4 de cœur obtenue par tissage de premiers 6 et deuxièmes 8 fils. Une surépaisseur locale e5a, e5b, définie par chaque portion 5a, 5b, supérieure ou égale à 1 mm, par exemple comprise entre 1 mm et 5 mm, est ainsi obtenue sur les surfaces 3a, 3b. On a représenté des portions 5a, 5b et une région de cœur 4 co-tissées chacune avec une armure de tissage « interlock » dans laquelle chaque couche de premiers fils lie plusieurs couches de deuxièmes fils avec tous les fils de la même colonne de premiers fils ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. La personne du métier reconnaîtra que d’autres armures de tissage sont possibles sans sortir du cadre de l’invention. Comme visible à la , des surlongueurs de premiers 6a et deuxièmes 8a fils sont obtenues après tissage de la portion 5a qui sont ensuite découpées, avant l’introduction du matériau de matrice. Les portions 5a, 5b sont co-tissées avec la région 4 de cœur par la présence de fils 8at, 8bt qui lient des couches de fils des portions 5a, 5b avec des couches de fils de la région 4 de cœur. En outre, dans l’exemple illustré, les portions 5a, 5b présentent des fils 6a, 6b ayant un titre supérieur au titre des fils 6 dans la région 4. Les fils 6a, 6b peuvent avoir un titre supérieur ou égal à 24k, par exemple compris entre 24k et 72k.
La pièce en matériau composite est ensuite obtenue, à partir de la texture 1 mise à la forme souhaitée, par introduction d’un matériau de matrice dans la porosité de cette texture 1 de sorte à procéder à sa densification. On peut ainsi obtenir un composite à matrice organique par introduction d’une résine dans la porosité de la texture 1 en mettant en œuvre des techniques connues en soi. La résine peut être thermoplastique ou thermodurcissable, dans ce dernier cas l’introduction de la résine peut être suivie d’un traitement thermique de réticulation de sorte à obtenir le matériau composite. La résine introduite peut par exemple être une résine époxy.
On a représenté à la le positionnement d’une pluralité d’aubes 11 en matériau composite dans les alvéoles AL d’un disque D de positionnement. Il peut par exemple s’agir d’aubes de soufflante. Les aubes 11 présentent la même forme que la texture 1 précédemment décrite avec une portion 201 de pale qui présente un intrados 201a et un extrados 201b, ainsi qu’une portion 31 de pied qui comprend des portions 51a, 51b de blocage radial qui viennent en appui avec le disque D de positionnement et éventuellement avec un clinquant CL rapporté sur celui-ci, comme illustré. De cette manière, les aubes 11 sont retenues radialement dans les alvéoles AL. Une région 41 de cœur est située entre les portions 51a, 51b. Dans l’exemple illustré, une cale C est présente à une extrémité radiale interne de la portion 31 de pied.
L’expression « compris(e) entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims (10)

  1. Texture fibreuse (1) comprenant au moins une portion (3) de pied formant un renfort fibreux de pied d’aube ou d’hélice en queue d’aronde et réalisée par tissage tridimensionnel en une seule pièce, la portion de pied comprenant une surface (3a) intrados et une surface (3b) extrados ayant chacune une portion textile (5a ; 5b) de blocage radial du pied formant une surépaisseur locale.
  2. Texture fibreuse (1) selon la revendication 1, dans laquelle chaque portion textile (5a ; 5b) de blocage radial du pied est située à une distance (A7a) non nulle d’une extrémité axiale (EA1) amont de la portion (3) de pied.
  3. Texture fibreuse (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la portion (3) de pied comprend une région (4) de cœur située entre les surfaces intrados (3a) et extrados (3b), au moins une partie des fils présents dans chaque portion textile (5a ; 5b) de blocage radial ayant un titre supérieur au titre des fils dans la région de cœur.
  4. Texture fibreuse (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la surépaisseur locale (e5a ; e5b) définie par chaque portion textile (5a ; 5b) de blocage radial est comprise entre 1 mm et 5 mm.
  5. Texture fibreuse (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle une dimension axiale (A5a) de chaque portion textile (5a ; 5b) de blocage radial est comprise entre les 2/3 et les 3/4 d’une dimension axiale (A3) de la portion (3) de pied.
  6. Texture fibreuse (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, formant une préforme fibreuse d’aube ou d’hélice, comprenant en outre une portion (20) de pale co-tissée ou rapportée sur la portion (3) de pied.
  7. Aube (11) de turbomachine comprenant une texture fibreuse (1) selon la revendication 6, et une matrice organique densifiant celle-ci.
  8. Aube (11) de turbomachine selon la revendication 7, dans laquelle l’aube est une aube de soufflante aéronautique.
  9. Hélice comprenant une texture fibreuse selon la revendication 6, et une matrice organique densifiant celle-ci.
  10. Roue de turbomachine comportant un disque (D) de positionnement comprenant une pluralité d’alvéoles (AL) dans lesquelles sont positionnées plusieurs aubes (11) ou hélices selon l’une quelconque des revendications 7 à 9.
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