FR3126729A1 - Aube comprenant une structure en matériau composite et procédé de fabrication associé - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une aube (7) de soufflante comprenant un pied d’aube (17) et une attache (9) configurée pour recevoir avec ajustement le pied d’aube (17) et le fixer à un moyeu (6) de soufflante. L’attache (9) comprend une platine (22) configurée pour être fixée au moyeu (6) de soufflante, deux parois (23) s’étendant depuis la platine (22) et au moins un organe de fixation (24). L’organe de fixation (24) comprend une tige s’étendant à travers des orifices (25, 27) formés à travers les parois (23) de l’attache (9) et le pied d’aube (17) de sorte à fixer le pied d’aube (17) dans l’attache (9). Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Aube comprenant une structure en matériau composite et procédé de fabrication associé

DOMAINE DE L'INVENTION

L’invention concerne une aube de soufflante (ou d’hélice) d’un système propulsif pouvant comprendre une structure en matériau composite.

L’invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, une aube destinée à être utilisée dans un rotor de soufflante non-carénée de moteur d’aéronef (tels qu’un moteur de type « Open Rotor », c’est-à-dire dont la soufflante n’est pas carénée, présentant deux hélices tournantes ou un moteur de type USF pour « Unducted Single Fan » présentant un aubage mobile et un aubage fixe ou un turbopropulseur présentant une architecture avec une seule hélice) ou dans un rotor d’éolienne.

ETAT DE LA TECHNIQUE

La conception des aubes de soufflante nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes.

D’un côté, le dimensionnement de ces aubes doit permettre des performances aérodynamiques optimales (maximiser le rendement et fournir la poussée tout en minimisant les pertes). L’amélioration des performances aérodynamiques de la soufflante tendant vers une augmentation du taux de dilution (ou BPR, acronyme anglais de bypass ratio) implique une augmentation du diamètre externe et donc de l’envergure de ces aubes.

D’un autre côté, il est également nécessaire de garantir une résistance aux contraintes mécaniques pouvant s’exercer sur ces aubes tout en limitant leur signature acoustique.

L’intérêt des moteurs à soufflante (ou hélice) non-carénée est que le diamètre de la soufflante n’est pas limité par la présence d’un carénage, de sorte qu’il est possible de concevoir un moteur présentant un fort taux de dilution, et par conséquent une consommation réduite de carburant.

Ainsi, dans ce type de moteur, les aubes de la soufflante peuvent présenter une grande envergure.

Il a été proposé de réaliser ces aubes en matériau métallique. Si les aubes en matériau métallique ont une bonne résistance mécanique, elles présentent toutefois l’inconvénient d’avoir une masse relativement importante.

Afin de réduire cette masse, il est souhaitable de pouvoir fabriquer ces aubes en matériau composite. A cet effet, le matériau composite des aubes de soufflante comprend un renfort fibreux réalisé par tissage tridimensionnel densifié par une matrice polymère. Le cas échéant, les aubes peuvent comprendre des peaux réalisées en matériau composite et définissant la structure à profil aérodynamique de l’aube, et un longeron logé au sein des peaux et formant le pied et l’échasse de l’aube configuré pour augmenter la raideur de l’aube (notamment en torsion) et résister aux excitations vibratoires subies par l’aube au cours des différentes phases de vol. Il ressort toutefois que la fabrication de telles aubes en matériau composite peut être complexe d’un point de vue process.

De plus, les moteurs à soufflante non carénée comprennent généralement un mécanisme permettant de modifier l’angle de calage des aubes afin d’adapter la poussée générée par la soufflante en fonction des différentes phases de vol. A cet effet, les aubes sont fixées au niveau de leur pied par l’intermédiaire d’une attache montée rotative par rapport au moyeu autour d’un axe de calage. Les attaches sont donc fortement soumises à des efforts centrifuges lors de la rotation de la soufflante, ainsi qu’à une excitation vibratoire intense variable selon les phases de vol et l’angle de calage des aubes qui endommage la partie inférieure du pied (fretting). Toutefois, les vibrations en pied d’aube et les efforts centrifuges sont difficiles à gérer, notamment à bas régime, et risquent d’endommager les aubes de soufflante.

Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant aune aube de soufflante, notamment en matériau composite, et une soufflante comprenant de telles aubes, en particulier à calage variable, dans lesquelles les vibrations dans le pied d’aube sont limitées voire supprimées, notamment à bas régime, et qui soit en outre simple à réaliser.

Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention un de soufflante comprenant :
- un pied d’aube présentant un fond et deux faces opposées s’étendant dans le prolongement d’un intrados et d’un extrados de l’aube ; et
- une attache configurée pour recevoir avec ajustement le pied d’aube et le fixer à un moyeu de soufflante. L’attache comprend une platine configurée pour être fixée au moyeu de soufflante et deux parois s’étendant depuis la platine et au moins un organe de fixation. Les parois s’étendant chacune en regard d’une face correspondante du pied d’aube et l’organe de fixation comprend une tige s’étendant à travers des orifices formés à travers les parois et le pied d’aube de sorte à fixer le pied d’aube dans l’attache.

Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- l’attache comprend deux organes de fixation, chaque organe de fixation comprenant une tige s’étendant à travers des orifices dédiés formés dans les parois et le pied d’aube de sorte à fixer le pied d’aube sur l’attache ;
- l’au moins un organe de fixation comprend un boulon ;
- le fond de l’aube est de forme complémentaire d’une face en regard de la platine ;
- le pied d’aube est en contact direct avec la platine ;
- le fond du pied d’aube et la platine sont sensiblement plans ;
- chaque paroi de l’attache présente une face interne configurée pour venir en contact avec la face en regard du pied d’aube, les faces internes de l’attache et les faces en regard du pied d’aube étant de forme complémentaire ;
- le pied d’aube est évasé en direction du fond, la face interne des parois de l’attache étant inclinée de manière complémentaire en direction de la platine ; et/ou
- l’attache est métallique et l’aube est réalisée dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux.

Selon un deuxième aspect, l’invention propose une soufflante comprenant un moyeu et des aubes conformes au premier aspect s’étendant radialement à partir du moyeu, chaque aube étant montée rotative par rapport au moyeu par l’intermédiaire d’une attache respective.

Selon un troisième aspect, l’invention propose un système propulsif comprenant une soufflante selon le deuxième aspect ainsi qu’un aéronef comprenant au moins un système propulsif selon le troisième aspect.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La représente de manière schématique un exemple de moteur incluant une soufflante non-carénée ;

La illustre un exemple d’aéronef comprenant des moteurs conformes à un mode de réalisation de l’invention ;

La représente de manière schématique une aube de soufflante et un mécanisme d’actionnement permettant de modifier l’angle de calage des aubes de la soufflante, dans laquelle l’aube de soufflante a été représentée en coupe partielle afin de faire apparaître le longeron, une pièce de remplissage et le renfort structural.

La est une vue partielle et en perspective d’un exemple d‘attache conforme à un mode de réalisation de l’invention ; et

La est une vue partielle et en perspective d’un exemple d’aube de soufflante conforme à un mode de réalisation de l’invention pouvant être fixée à l’aide de l’attache de la sur un moyeu de soufflante.

Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.

Claims (10)

1. Aube (7) de soufflante comprenant :
   - un pied d’aube (17) présentant un fond (19) et deux faces (20, 21) opposées s’étendant dans le prolongement d’un intrados et d’un extrados de l’aube (7) ; et
   - une attache (9) configurée pour recevoir avec ajustement le pied d’aube (17) et le fixer à un moyeu (6) de soufflante ;
   l’aube (7) étant caractérisée en ce que l’attache (9) comprend une platine (22) configurée pour être fixée au moyeu (6) de soufflante, deux parois (23) s’étendant depuis la platine (22) et au moins un organe de fixation (24), les parois (23) s’étendant chacune en regard d’une face (20, 21) correspondante du pied d’aube (17), et en ce que l’organe de fixation (24) comprend une tige s’étendant à travers des orifices (25, 27) formés à travers les parois (23) et le pied d’aube (17) de sorte à fixer le pied d’aube (17) dans l’attache (9).
2. Aube (7) selon la revendication 1 dans laquelle l’attache (9) comprend deux organes de fixation (24), chaque organe de fixation (24) comprenant une tige s’étendant à travers des orifices (25, 27) dédiés formés dans les parois (23) et le pied d’aube (17) de sorte à fixer le pied d’aube (17) sur l’attache (9).
3. Aube (7) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle l’au moins un organe de fixation (24) comprend un boulon.
4. Aube (7) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le fond (19) de l’aube (7) est de forme complémentaire d’une face en regard de la platine (22).
5. Aube (7) selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le pied d’aube (17) est en contact direct avec la platine (22).
6. Aube (7) selon l’une des revendications 4 et 5, dans laquelle le fond (19) du pied d’aube (17) et la platine (22) sont sensiblement plans.
7. Aube (7) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle chaque paroi (23) de l’attache (9) présente une face interne configurée pour venir en contact avec la face (20, 21) en regard du pied d’aube (17), les faces internes de l’attache (9) et les faces en regard du pied d’aube (17) étant de forme complémentaire.
   
8. Aube (7) selon la revendication 7, dans laquelle le pied d’aube (17) est évasé en direction du fond (19), la face interne des parois (23) de l’attache (9) étant inclinée de manière complémentaire en direction de la platine (22).
9. Aube (7) selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle l’attache (9) est métallique et l’aube (7) est réalisée dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux.
10. Soufflante (3) comprenant un moyeu (6) et des aubes (7) conformes à l’une des revendications 1 à 9 s’étendant radialement à partir du moyeu (6), chaque aube (7) étant montée rotative par rapport au moyeu (6) par l’intermédiaire d’une attache (9) respective.