FR2956875A1

FR2956875A1 - Aube allegee pour turbomachine, carter comportant une pluralite d'une telle aube et turbomachine comportant au moins un tel carter

Info

Publication number: FR2956875A1
Application number: FR1051372A
Authority: FR
Inventors: Gregory Garcia; Thierry Georges Paul Papin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-02
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: FR2956875B1

Abstract

Aube pour turbomachine comportant un corps en matériau métallique s'étendant selon une direction longitudinale, ledit corps (20) comprenant au moins une plateforme de fixation (24) et une cadre support en matériau métallique solidaire de ladite plateforme (24), et des plaques en matériau composite (22.1) fixées sur le cadre support de part et d'autre de celui-ci, l'une des plaques (22.1).

Description

1 AUBE ALLEGEE POUR TURBOMACHINE, CARTER COMPORTANT UNE PLURALITE D'UNE TELLE AUBE ET TURBOMACHINE COMPORTANT AU MOINS UN TEL CARTER DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à une aube allégée, un carter comportant une pluralité d'une telle aube, en particulier le carter peut être un carter intermédiaire d'un turboréacteur double flux d'avion, et à une turbomachine comportant au moins un tel carter. Un turboréacteur comporte classiquement d'amont en aval un compresseur basse pression ou soufflante, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. En outre, le turboréacteur comporte un carter extérieur, un carter intérieur et un carter intermédiaire concentrique aux deux premiers carters et divisant l'espace délimité entre les carters extérieur et intérieur en une veine primaire affectée à la compression puis à la détente des gaz de propulsion et en une veine secondaire dans laquelle circule l'air de dilution. Le carter intermédiaire remplit une fonction structurale en reliant le moyeu intérieur à la virole externe et en étant apte à supporter les charges en fonctionnement. 2 A cet effet, le carter intermédiaire comporte des bras radiaux rigides reliant le moyeu intérieur à la virole externe. Un redresseur de flux aérodynamique dans l'axe du moteur est également prévu. Ce redresseur est composé d'une pluralité d'aubes fixes, qui sont désignées en terminologie anglaise par les initiales OGV (« Outlet Guide Vanes »). Dans les turboréacteurs classiques, le redresseur de flux ou grilles d'aubes est distinct du carter intermédiaire et est situé en amont de celui-ci. Or, on cherche à réduire la masse des turboréacteurs et par conséquent des éléments les composant.

Dans cet objectif, dans les turboréacteurs en cours de développement, on prévoit de confondre le carter intermédiaire et le redresseur de flux afin de supprimer un certain nombre de pièces. Par conséquent, les aubes sont telles qu'elles assurent à la fois la fonction structurale des bras radiaux et leur fonction aérodynamique. Des aubes réalisées en matériau métallique permettent de remplir cette fonction. Cependant elles présentent une masse élevée. Le document FR 2 685 383 décrit un carter intermédiaire d'une turbomachine comportant des bras structuraux comprenant un élément allongé en matériau composite et des ferrures de fixation dudit élément allongé au moyeu intérieur et à la virole externe. Le corps allongé est réalisé par drapage de plusieurs couches de fibres et comporte un évidement 30 3 rempli de fibres de soutien dans la direction longitudinale du bras. Les ferrures métalliques sont disposées aux quatre coins de l'élément allongé et sont fixées sur celui-ci par des vis et des écrous. Ce type de carter donne satisfaction d'un point de vue structural, cependant sa réalisation est complexe puisqu'il comporte quatre ferrures par bras structural, ce qui multiplie la fixation de chacun des bras sur le moyeu intérieur et la virole externe. En outre, la masse des ferrures est non négligeable. Le document US 2005/0254955 Al décrit une aube métallique partiellement évidée sur laquelle sont rapportées des plaques métalliques par soudage. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un élément de carter intermédiaire de turbomachine ayant une masse réduite et de réalisation simplifiée. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but précédemment énoncé est atteint par une aube comportant une plateforme de fixation, un cadre en matériau métallique, et des panneaux rapportés sur le cadre, le cadre et les panneaux étant destinés à former une pale, les panneaux étant réalisés en matériau composite. En d'autres termes, on réalise une aube remplissant à la fois les fonctions structurale et aérodynamique. Cependant, au sein de l'aube, on dissocie les fonctions mécaniques des fonctions aérodynamiques, ladite aube comportant une plateforme et un support remplissant la fonction structurale et 4 des éléments formant l'intrados et l'extrados de l'aube remplissant la fonction aérodynamique. Dans un exemple avantageux, un noyau est disposé entre les panneaux, ce noyau formant un amortisseur acoustique. Dans cet exemple, les fonctions mécanique, acoustique et aérodynamique sont dissociées. La fonction mécanique est remplie par le cadre métallique et la plateforme, la fonction acoustique est remplie par le noyau et la fonction aérodynamique est remplie par les panneaux rapportés sur le cadre. Ainsi l'optimisation de chacune de ces fonctions est facilitée. La fonction de tenue en température est remplie par les panneaux en matériau composite ; dans le cas d'un carter intermédiaire la température maximale atteinte est d'environ 100°C, les matériaux composites sont aptes à tenir une telle température. Par ailleurs, l'aube ainsi obtenue, et donc le carter ainsi formé présentent une masse réduite.

De manière avantageuse, le carter réalisé à partir des aubes selon la présente invention comporte également, disposées angulairement à 12 heures et 6 heures, des aubes métalliques pour reprendre les efforts au niveau de la suspension ainsi que la transmission des efforts provenant du noyau. La présente invention a alors principalement pour objet une aube de turbomachine comportant un corps en matériau métallique s'étendant selon une direction longitudinale, ledit corps comprenant au moins une plateforme de fixation et une cadre support en matériau métallique solidaire de ladite plateforme, et des plaques en matériau composite fixées sur le cadre support de part et d'autre de celui-ci, l'une des plaques formant l'intrados et l'autre des plaques l'extrados. 5 Le cadre support peut comporter un bord d'attaque et un bord de fuite portés chacune par des montants longitudinaux reliés par des montants transversaux, une feuillure étant réalisée dans lesdits montants de chaque côté du cadre support, la profondeur desdites feuillures étant telle que les surface extérieures des plaques affleurent la surface du cadre support. De manière avantageuse, le fond des feuillures présente un relief d'accroche.

L'aube peut comporte avantageusement un noyau, avantageusement en mousse, disposé dans le cadre support entre les deux plaques. Dans une variante de réalisation, des fibres traversant le noyau et reliant mécaniquement les deux plaques Les plaques sont par exemple en matériau composite drapé. La présente invention a également pour objet un carter comportant une pluralité de premières aubes selon la présente invention et une pluralité de deuxièmes aubes en matériau métalliques, lesdites deuxièmes aubes en matériau métallique comportant une pale s'étendant le long d'un axe longitudinal et des plateformes de fixation à chacune des extrémités longitudinales de ladite pale, lesdites deuxièmes aubes en matériau métalliques étant disposées angulairement à douze heures et à six heures, les premières aubes étant répartis angulairement entre les premières aubes. La présente invention a également pour 5 objet une turbomachine comportant au moins un carter selon la présente invention. La turbomachine peut avantageusement former un turboréacteur double flux, dans lequel le carter forme un carter intermédiaire fixé sur un moyeu 10 intérieur et sur une virole externe. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une aube selon la présente invention comportant les étapes : a) empilement de plis en matériau composite 15 sur les deux faces du cadre support ; b) injection de résine dans les plis, l'ensemble ayant été préalablement disposé dans un autoclave. Avantageusement, préalablement à l'étape a), 20 un noyau est disposé dans le cadre support. Préalablement à l'étape b), des fibres peuvent être passées à travers le noyau et fixées aux plis de part et d'autre du cadre support. Les plis sont de préférence fabriqués à 25 partir de fibres de carbone et/ou fibres de verre et ou fibres de Kevlar® et la résine est une résine époxy. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins 30 en annexes sur lesquels : 7 - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un turboréacteur auquel peut être appliquée la présente invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une aube selon la présente invention, - les figures 3A à 3C sont des vues des différentes éléments composant l'aube de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective de l'assemblage des panneaux aérodynamiques et du noyau acoustique, - la figure 5 est une vue en perspective d'un carter selon la présente invention, - la figure 6 est une vue en perspective d'une aube mise en oeuvre dans le carter de la figure 5 en association avec les aubes de la figure 1, - la figure 7A est une vue en perspective d'une variante de réalisation du cadre support de l'aube selon la présente invention, - la figure 7B est une vue éclatée d'une aube selon la présente invention comportant le cadre support de la figure 7A, - la figure 8 est une représentation schématique d'un exemple d'assemblage mécanique entre les deux plaques aérodynamiques disposées de part et d'autre du noyau acoustique, - la figure 9 est une vue en coupe schématique d'un autre exemple d'assemblage mécanique entre les deux plaques aérodynamiques disposées de part et d'autre du noyau acoustique.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir une vue d'ensemble d'un turboréacteur double flux. Celui-ci présente un axe longitudinal X et comprend un corps central 2 à l'avant duquel est placée une soufflante 4, ce corps étant entouré par une nacelle annulaire 6. Un moyeu intérieur annulaire 8 est placé autour du corps central 2 et à l'intérieur de la nacelle annulaire 6. A l'intérieur de ce turboréacteur double flux, le flux d'air entrant se divise en un flux primaire I qui traverse un compresseur basse pression 10 dont les aubes sont disposées entre le corps principal 2 et le moyeu intérieur 8 et un flux secondaire II qui passe entre le moyeu intérieur 8 et la nacelle 6. Le flux secondaire permet d'augmenter la poussée du turboréacteur. Un carter intermédiaire 12 est situé entre le moyeu intérieur 8 et une virole externe formant la partie intérieure de la nacelle 6. Le carter intermédiaire 12 représenté sur la figure 5 va maintenant être décrit en détail. Celui-ci présente un axe longitudinal X' destiné à être aligné avec l'axe du turboréacteur. Le carter intermédiaire 12 comporte une pluralité d'aubes 16, 18 disposées autour du moyeu intérieur 8 et fixées sur celui-ci. Dans l'exemple représenté, le carter intermédiaire 12 comporte des aubes d'un premier type 16 et des aubes d'un deuxième type 18. La disposition de ces aubes 16, 18 sera décrite en détail dans la suite de la description. 9 Sur la figure 2, on peut voir un exemple de réalisation d'une aube du premier type 16 selon la présente invention. Dans la suite de la description et à des fins de simplicité, nous désignerons les aubes du premier type par aubes 16. L'aube 16 comporte une partie structurale 20 et une partie aérodynamique 22. Sur la figure 3A, on peut voir la partie structurale réalisée en matériau métallique, avantageusement en titane. Celle-ci comporte une plateforme intérieure 24 destinée à la fixation de l'aube sur le moyeu intérieur 8, un cadre support 26 destiné à supporter la partie aérodynamique 22 et des moyens de fixation radialement extérieurs 28 de la virole externe sur l'aube. Une plateforme radialement extérieure peut également être prévue. Le cadre support 26 comporte un bord d'attaque 26.1, un bord de fuite 26.2, un bord radialement intérieur 26.3 solidaire de la plateforme intérieure 24 et un bord radialement extérieur 26.4 duquel sont solidaires les moyens de fixation radialement extérieurs 28. Ainsi, les parties particulièrement sensibles telles que les bords d'attaque et de fuite sont en matériau métallique. Le cadre support 26 présente un profil correspondant à celui de l'aube que l'on souhaite réaliser. Il présente donc d'un côté une concavité donnée et sur l'autre une convexité donnée. 10 Dans l'exemple représenté, les moyens de fixation radialement extérieurs 28 sont formés par des pattes latérales 30 munies chacune d'un perçage 32. La partie aérodynamique 22 est composée de deux plaques 22.1, 22.2 formant pour l'une l'intrados et pour l'autre l'extrados et présentant donc la concavité et la convexité requises. Sur la figure 3B, on peut voir la plaque 22.2 formant l'extrados. Les plaques 22.1, 22.2 sont réalisées en matériau composite. Le cadre support 26 est composé d'une fenêtre centrale 34 et de montants longitudinaux et transversaux 36. Les montants comportent, sur leurs deux faces, une feuillure 38 bordant la fenêtre centrale 34 dans laquelle seront reçus les bords des plaques 22.1, 22.2. La profondeur des feuillures correspond à l'épaisseur des plaques 22.1, 22.1 de sorte que les faces extérieures des plaques affleurent la surface du cadre support. Dans l'exemple représenté, un noyau 40 (représenté seul sur la figure 3C) est disposé dans la fenêtre centrale 34 entre les deux plaques 22.1, 22.2. De manière avantageuse, le noyau 40 est réalisé en un matériau offrant des propriétés acoustiques, permettant alors de réduire le bruit lors du fonctionnement. Par exemple, le noyau est réalisé en mousse, par exemple en élastomère. Le noyau 40 présente avantageusement une épaisseur sensiblement égale à celle des montants entre les deux feuillures 38. 11 La présence du noyau 40 n'est en aucun cas nécessaire, on peut prévoir que les plaques aient des faces intérieures telles qu'elles remplissent la fenêtre centrale. En outre, le noyau n'a pas nécessairement des propriétés acoustiques. Les propriétés acoustiques peuvent être améliorées en perçant les plaques en matériau composite. Dans une variante de réalisation représentée sur les figures 7A et 7B, le cadre support 26 comporte un montant transversal 42 reliant les deux montants longitudinaux 26.1, 26.2 sensiblement au centre de ceux-ci et divisant la fenêtre en deux. Ce montant 42 accroît encore la rigidité de l'aube. Dans ce cas, le noyau 40 est en deux parties 40.1, 40.2. On peut prévoir que les plaques recouvrent le montant transversal 42, ou de disposer de deux demi-plaques par côté, le montant transversal 42 restant alors visible. Sur la figure 4, on peut voir l'assemblage de deux plaques 22.1, 22.2 et du noyau 40.

Les plaques 22.1, 22.2 sont par exemple réalisées en matériau composite drapé, dont les différentes couches sont réalisées à partir de fibres de carbone et/ou fibres de verre et/ou fibres de Kevlar®, celles-ci étant enduites avec une résine époxy. Dans le cas d'un carter intermédiaire d'un turboréacteur, la température maximale à laquelle est soumise l'aube en fonctionnement normal du turboréacteur est environ 100°C.

Nous allons maintenant décrire un exemple de réalisation d'une aube selon la présente invention.

12 Le noyau au mousse 40 est disposé dans la fenêtre du cadre support 26. Lors d'une étape suivante, un certain nombre de plis frais est disposé sur le noyau 40 sur les deux côtés du cadre support 26. La forme des plis frais est telle qu'ils remplissent les feuillures. La résine est ensuite injectée, l'ensemble étant préalablement disposé dans un autoclave. Les aubes ainsi obtenues offrent un très bon état de surface. On peut avantageusement prévoir, après la prise de la résine, de réaliser un joint, par exemple en silicone, à la jonction entre les plaques 22.1, 22.2 et les montants du cadre support 26 pour améliorer encore davantage l'état de surface des aubes 18. De manière avantageuse, on peut prévoir que le fond de la feuillure présente une certaine rugosité, voire comporte des picots en saillie afin d'améliorer l'accrochage du matériau composite sur le cadre support. On peut également envisager, comme cela est schématisé sur la figure 8, que des fibres 44 traversent le noyau 40 de part en part et relient mécaniquement les deux plaques 22.1, 22.2. Cette réalisation permet d'éviter le pelage du matériau composite et que les plis partent dans le flux d'écoulement. On peut également prévoir, comme cela est schématisé sur la figure 9, qu'au moins une fibre 45 fasse des allers et retours dans le noyau 40 et les plaques 22.1 et 22.2 le long de la direction longitudinale de l'aube, par exemple à partir de 13 l'extrémité radialement extérieure de l'aube vers l'extrémité radialement intérieure de l'aube. La fibre est réalisé dans le même matériau que les plaques 22.1 et 22.2, i.e. par exemple en verre ou en carbone, mais celle présente une plus grande souplesse notamment du fait qu'elle est plus fine. Ce procédé d'assemblage est désigné « tufting ». L'aube, outre sa masse réduite, présente également l'avantage de permettre une réparation simplifiée en cas de petits impacts. On peut envisager de reboucher ceux-ci directement dans le turboréacteur sans avoir à la retirer de celui-ci, en fabriquant du matériau composite. Sur la figure 5, on peut voir un exemple de 15 réalisation d'un carter intermédiaire réalisé à partir des aubes selon la présente invention. Le carter intermédiaire comporte, disposées dans la position angulaire à 12 heures et à 6 heures, des aubes du deuxième type 18 destinées à reprendre les 20 efforts au niveau de la suspension et à transmettre les efforts provenant des noyaux, et des aubes du premier type 16 disposées entre les aubes du deuxième type 18. Sur la figure 6, on peut voir un exemple de réalisation d'une aube du deuxième type 18 comportant 25 une pale 46, une plateforme 48 destinée à être fixée à du côté du moyeu intérieur 8 et une plateforme 50 destinée à être fixée à la virole externe. L'aube 18 est réalisée en matériau métallique, avantageusement en titane ou en aluminium.

30 La plateforme 48 comporte des perçages pour le passage de vis et la fixation dans le moyeu 14 intérieur 8. La plateforme 50 comporte des alésages du côté de la virole pour le vissage de vis. Des panneaux aérodynamiques sont également prévus entre les extrémités radialement extérieures des aubes. Les aubes selon la présente invention présentent une masse allégée, tout en offrant une très bonne tenue mécanique. En outre, en réalisant les bords d'attaque et de fuite en matériau métallique on assure leur tenue dans le temps. Le passage du flux d'air sans turbulence est réalisé par les plaques en matériau composite qui offrent un très bon état de surface. Le carter ainsi obtenu présente une masse allégée, tout en assurant le même niveau de tenue mécanique. Par ailleurs sa réparation, en particulier des aubes en cas de petits impacts, est simplifiée.

Claims

REVENDICATIONS1. Aube comportant un corps en matériau métallique s'étendant selon une direction longitudinale, ledit corps (20) comprenant au moins une plateforme de fixation (24) et un cadre support (26) en matériau métallique solidaire de ladite plateforme (24), et des plaques en matériau composite (22.1, 22.2) fixées sur le cadre support (26) de part et d'autre de celui-ci, l'une des plaques (22.1, 22.2) formant l'intrados et l'autre des plaques formant l'extrados.
2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle le cadre support (26) comporte un bord d'attaque (26.1) et un bord de fuite (26.2) portés chacune par des montants longitudinaux (36) reliés par des montants transversaux, une feuillure (38) étant réalisée dans lesdits montants (36) de chaque côté du cadre support (26), la profondeur desdites feuillures (38) étant telle que les surface extérieures des plaques (22.1, 22.2) affleurent la surface du cadre support (26).
3. Aube selon la revendication 2, dans lequel le fond des feuillures (38) présente un relief d'accroche.
4. Aube selon la revendication 1, 2 ou 3, comportant un noyau (40), avantageusement en mousse, disposé dans le cadre support (26) entre les deux plaques (22.1, 22.2). 16
5. Aube selon la revendication 4, comportant au moins une fibre traversant le noyau (40) et reliant mécaniquement les deux plaques (22.1, 22.2).
6. Aube selon la revendication 5 comportant au moins une fibre effectuant des allers et retours à travers le noyau et les deux plaques le long de la direction longitudinale.
7. Aube selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les plaques (22.1, 22.2) sont en matériau composite drapé.
8. Carter comportant une pluralité de premières aubes selon l'une des revendications 1 à 7 et une pluralité de deuxièmes aubes (18) en matériau métalliques, lesdites deuxièmes aubes (18) en matériau métallique comportant une pale (46) s'étendant le long d'un axe longitudinal et des plateformes de fixation (48, 50) à chacune des extrémités longitudinales de ladite pale (46), lesdites deuxièmes aubes (18) en matériau métalliques étant disposées angulairement à douze heures et à six heures, les premières aubes (16) étant réparties angulairement entre les deuxièmes aubes (16).
9. Turbomachine comportant au moins un carter selon la revendication précédente.30
10. Turbomachine selon la revendication précédente formant un turboréacteur double flux, dans lequel le carter forme un carter intermédiaire (12) fixé sur un moyeu intérieur (8) et sur une virole externe.
11. Procédé de fabrication d'une aube selon l'une des revendications 1 à 7 comportant : a) l'empilement de plis en matériau composite sur les deux faces du cadre support (26) ; b) l'injection de résine dans les plis, l'ensemble ayant été préalablement disposé dans un autoclave.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel, préalablement à l'étape a), un noyau (40) est disposé dans le cadre support (26).
13. Procédé de fabrication selon la revendication 11 ou 12, dans lequel, préalablement à l'étape b), des fibres sont passées à travers le noyau (40) et fixées aux plis de part et d'autre du cadre support (26). 25
14. Procédé de réalisation selon la revendication 11, 12 ou 13, dans lequel les plis sont fabriqués à partir de fibres de carbone et/ou fibres de verre et ou fibres de Kevlar® et la résine est une 30 résine époxy. 20