CH494119A

CH494119A - Matériau stratifié composite

Info

Publication number: CH494119A
Application number: CH715068A
Authority: CH
Inventors: Collis Birley John Noel
Original assignee: Rolls Royce
Priority date: 1967-05-16
Filing date: 1968-05-14
Publication date: 1970-07-31
Also published as: FR1578958A; BE715195A; GB1199735A

Description

Matériau stratifié composite
La présente invention a pour objet un matériau stratifié composite.

Ce matériau est caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de strates faites d'une matière armée de fibres et de feuilles d'un matériau sensiblement isotrope, dans le plan de chaque feuille, quant à sa résistance et à sa rigidité.

L'invention a également pour objet l'utilisation de ce matériau stratifié composite pour la fabrication d'une ailette de compresseur.

Dans le dessin annexé:
la fig. 1 représente un moteur à turbine à gaz et montre, dans sa partie arrachée, une ailette de compresseur dans laquelle est utilisé un matériau stratifié composite conforme à l'invention;
la fig. 2 est une vue agrandie de l'ailette de compresseur visible à la fig. 1 et montre plus en détail le matériau stratifié composite qui est utilisé pour sa fabrication, et
la fig. 3 représente, à plus grande échelle, une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 2.

Le moteur à turbine à gaz 10 qui est représenté à la fig. 1 comprend un compresseur 11, une chambre de combustion 12, une turbine 13 et une tuyère d'échappement 14. Le compresseur comprend des ailettes 15, dont une vue agrandie est représentée à la fig. 2.

Chaque ailette 15 est fabriquée à l'aide du matériau qui fait l'objet de l'invention et, comme cela ressort de la base de cette ailette, il y a six strates 16a, 16b, 16c, 16d, 16e et 16f d'une matière armée de fibres. Dans le cas présent, I'armature est faîte de fibres de carbone, lesquelles sont enrobées dans un liant constitué par une résine. Ces six strates 16a, ..., 16f sont interfoliées avec quatre feuilles 17a, 17b, 17c, 17d faites d'une matière sensiblement isotrope. Dans le cas présent, cette matière isotrope est de l'acier.

La longueur et la largeur de chacune de ces strates et de chacune de ces feuilles dépendent de sa position au sein de l'ailette: quelques-unes ne s'étendent pas au-delà de la base; d'autres se prolongent jusque dans la lame, tout en étant moins longues et moins larges que cette dernière; d'autres enfin s'étendent sur toute la longueur et toute la largeur de la lame. La ligne en trait interrompu 18 dessine le contour d'une feuille d'acier qui s'étend sur une partie seulement de la longueur et de la largeur de l'ailette de compresseur.

Les fibres de carbone sont disposées dans le sens de la longueur de l'ailette et ont donc ici pratiquement la même orientation dans toutes les strates.

La fig. 3 montre, en coupe, la base de l'ailette et les sections droites des fibres appartenant aux strates 16a, ....

16f y sont visibles. Comme cela ressort de cette figure, les feuilles 17a, ..., 17d ont de préférence la même épais- seur et cette épaisseur est de préférence plus faible que celle des strates 16a, ..., lof, ici disposées en paires.

La technique usuelle pour accroître la résistance à la torsion et la rigidité en torsion de matériaux armés de fibres consiste à disposer les fibres d'une ou de plusieurs strates obliquement par rapport aux fibres des autres strates. Cette technique donne lieu à un accroissement de la résistance à la torsion et de la rigidité en torsion, mais cause une diminution de la résistance à la traction et de la rigidité longitudinale.

On a maintenant trouvé qu'en recourant à des feuilles d'un matériau sensiblement isotrope, et doué d'une résistance à la traction et d'une rigidité adéquates, telles que de l'acier, en lieu et place de strates à armature oblique, la résistance à la torsion et la rigidité en torsion du matériau stratifié composite pouvaient être grandement augmentées sans qu'il en résulte une diminution sensible de la résistance à la traction et de la rigidité longitudinale; en fait, ces dernières pouvaient aussi être augmentéos.

On a constaté que, dans un matériau stratifié composite comprenant des feuilles d'acier et des strates de ré sine armées de fibres de carbone, la quantité optimale d'acier, tant du point de vue de la rigidité en torsion que du point de vue du poids, était de l'ordre de 20 /o à 25 lo en volume et qu'une telle composition conduisait à une valeur de la rigidité en torsion qui était le double de celle d'un matériau stratifié composite constitué seulement de strates armées de fibres de carbone au sein duquel certaines des strates ont leurs fibres disposées obliquement par rapport à celles des autres strates.

Les essais exécutés sur des échantillons comprenant 13 O/o en volume d'acier à haute résistance ont montré que, par rapport aux stratifiés à strates de résines armées de fibres de carbone présentant une même orientation, les caractéristiques mécaniques se trouvaient augmentées dans les proportions suivantes au moins:
résistance à la traction 25 O/o
rigidité à la flexion 15 O/o
résistance à la torsion 1500/o
rigidité en torsion 2OO0/o
Dans le cas particulier d'ailettes réalisées en matériau composite armé de fibres de carbone, I'utilisation, conformément à la présente invention, de feuilles d'acier est particulièrement favorable.

En effet, en plus d'une augmentation de la résistance à la torsion et de la rigidité en torsion sans abaissement de la résistance à la traction et de la rigidité longitudinale, cela peut contribuer à protéger l'ailette contre les dégâts dus à l'érosion et aux chocs.

Bien que l'on ait décrit un matériau composite comprenant des strates de résine armées de fibres de carbone associées à des feuilles d'acier, il est clair qu'il n'est pas nécessaire de se limiter à ce choix de matériaux. Ainsi, des matériaux composites à base de strates armées de fibres de verre ou de fibres de bore peuvent être améliorés en associant ces strates à des feuilles d'acier ou à des feuilles d'autres matériaux sensiblement isotropes doués des propriétés adéquates sous l'angle de la résistance et de la rigidite.

D'autre part, il est recommandé que les couches externes du matériau composite décrit ci-dessus soient constituées de deux feuilles de matériau isotrope.

Claims

REVENDICATIONS

I. Matériau stratifié composite, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de strates faites d'une matière armée de fibres et de feuilles d'un matériau sensiblement isotrope, dans le plan de chaque feuille, quant à sa résistance et à sa rigidité.

II. Utilisation du matériau stratifié selon la revendication I, pour la fabrication d'une ailette de compresseur.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que les fibres constituant l'armature de chacune desdites strates sont sensiblement parallèles entre elles.

2. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que les fibres d'une strate sont sensiblement parallèles aux fibres des autres strates.

3. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que ses couches externes sont constituées de deux desdites feuilles de matériau isotrope.

4. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que lesdites feuilles de matériau isotrope sont interfoliées avec lesdites strates armées.

5. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que lesdites feuilles de matériau isotrope ont des épaisseurs identiques.

6. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que l'épaisseur desdites feuilles de matériau isotrope est différente de l'épaisseur desdites strates armées.

7. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que ledit matériau isotrope est de l'acier.

8. Matériau stratifié selon la revendication I, caractérisé par le fait que l'armature desdites strates armées est constituée par des fibres de carbone.

9. Utilisation selon la revendication II, pour la fabrication d'une ailette de compresseur pour un moteur à turbine à gaz.