FR3127020A1 - Procede de fabrication d’une aube pour une turbomachine d’aeronef et aube associee - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube (20) comprenant les étapes suivantes :
(a) fournir une pale (21), présentant un axe d’allongement (Z) et comprenant un bord d’attaque (23) et un bord de fuite (24) reliés par une face intrados (25b) et une face extrados (25a) opposée à la face intrados (25b),
(b) fournir un bouclier de protection (26),
(c) disposer une couche de colle (27) sur une surface externe de la pale (21) ou sur une surface interne du bouclier de protection (26),
(d) assembler le bouclier de protection (26) métallique sur la pale (21), le bord d’attaque (23) étant recouvert par le bouclier de protection (26),
caractérisé en ce que le procédé comprend en outre l’étape suivante :
(e) insérer un insert (28) dans la couche de colle (27), l’insert (28) présentant une cavité interne (28a) et s’étendant suivant l’axe d’allongement (Z) parallèlement au bord d’attaque (23).
Figure d’abrégé : figure 3a
Description
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne le domaine technique des aubes pour les turbomachines d’aéronef.
L’invention concerne plus particulièrement le domaine de la fabrication des aubes de soufflante comprenant une pale en matériau composite, pour les turbomachines d’aéronef.
Arrière-plan technique
De manière bien connue, une turbomachine d’aéronef s’étend selon un axe longitudinal et comprend, d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre annulaire de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz.
La soufflante est composée d’un disque central tournant autour d’un axe de rotation. L’axe de rotation est par exemple l’axe longitudinal de la turbomachine. Le disque central est surmonté par une pluralité d’aubes permettant la compression initiale de l’air entrant dans la turbomachine. Les aubes sont éventuellement entourées par un carter de rétention permettant de retenir les aubes en cas de rupture de ces dernières.
Une aube de soufflante est généralement composée d’une pale présentant un profil aérodynamique comprenant un bord d’attaque et un bord de fuite reliés par une face intrados et une face extrados opposée à la face intrados. La pale comprend par ailleurs une extrémité supérieure et une extrémité inférieure opposée reliée à un pied. Le pied est destiné à coopérer avec une alvéole correspondante du disque central pour fixer l’aube sur le disque central.
Par ailleurs, afin de réduire le poids de la soufflante, la pale de l’aube peut être réalisée en un matériau composite, typiquement un matériau composite à matrice organique (CMO). Le matériau composite comprend une matrice polymérique, par exemple, une matrice thermoplastique ou thermodurcissable et des fibres, telles que des fibres de carbone ou des fibres de verre, noyées dans la matrice. La pale est par exemple réalisée par un procédé de drapage ou de moulage par injection.
En outre, afin de protéger le bord d’attaque de l’usure par érosion et/ou de la dégradation causée par des chocs avec des corps étrangers, le bord d’attaque est recouvert d’un bouclier de protection typiquement métallique. Le bouclier de protection est assemblé et fixé sur le bord d’attaque par collage. A cet effet, le bord d’attaque ou le bouclier de protection est revêtu d’une couche de colle, puis le bouclier de protection est assemblé sur le bord d’attaque. L’ensemble est ensuite soumis à un traitement thermique afin d’assurer la polymérisation de la couche de colle. Le bouclier est ainsi fixé sur le bord d’attaque.
Après la fabrication, chaque aube est montée sur le disque central en fonction de son inertie propre et de son inertie relative par rapport à ses voisines. L’équilibrage de la soufflante est primordial pour éviter que la rotation n'induise un effort perpendiculaire à l'axe de rotation et n’use prématurément le disque central et la turbomachine, ainsi que pour un meilleur rendement et une performance optimale.
Pour équilibrer la soufflante, il est nécessaire d’équilibrer les forces générées par les aubes relativement à l’axe de rotation. La force générée par une aube est appelée « poids moment radial » (« radial moment weight » (RMW) en anglais). Le poids moment radial d’une aube est égal à la masse de l’aube multipliée par la distance entre le centre de gravité de l’aube et l’axe de rotation. Lorsque le poids moment radial de chaque aube est égal à celui des autres, alors le rotor de la soufflante est parfaitement équilibré. La durée de vie du rotor dépend en partie de son équilibrage : plus le rotor est équilibré, moins il s’use vite.
Cependant, les procédés de fabrication des aubes résultent en une dispersion importante du poids moment radial des aubes. Ainsi, afin d’équilibrer parfaitement le rotor, il est connu d’ajouter des masselottes d’équilibrage dans le cône du module de la soufflante au moment du montage de la soufflante sur la turbomachine. Sans un tel équilibrage, un balourd apparait et le rotor s’use de manière prématurée.
Cette solution n’est pas entièrement satisfaisante en ce qu’elle permet d’ajuster le poids moment radial sur le jeu d’aubes complet de la soufflante, c’est-à-dire après le montage de la soufflante et non sur les aubes de manière individuelle. Par ailleurs, cette solution met en œuvre des pièces rapportées ce qui complexifie le montage de la soufflante.
Par conséquent, la présente invention a pour objectif de remédier aux inconvénients ci-dessus et vise ainsi à fournir un procédé de fabrication d’aubes permettant de limiter la dispersion du poids moment radial des aubes et une aube présentant un poids moment radial prédéterminé afin de limiter la dispersion du poids moment radial des aubes.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une aube pour une turbomachine d’aéronef, l’aube comprenant un pied, le procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) fournir une pale en matériau composite, présentant un axe d’allongement et comprenant un bord d’attaque et un bord de fuite reliés par une face intrados et une face extrados opposée à la face intrados,
(b) fournir un bouclier de protection,
(c) disposer une couche de colle sur une surface externe de la pale ou sur une surface interne du bouclier de protection,
(d) assembler le bouclier de protection métallique sur la pale, le bord d’attaque étant recouvert par le bouclier de protection.
Le procédé se caractérise en ce qu’il comprend en outre l’étape suivante :
(e) insérer un insert dans la couche de colle, l’insert présentant une cavité interne et s’étendant suivant l’axe d’allongement parallèlement au bord d’attaque.
Selon le procédé de l’invention, un insert est inséré dans la couche de colle. En effet, la couche de colle présente une épaisseur, ce qui permet d’agencer l’insert dans cette couche.
L’insert présente une cavité interne qui permet, lors de la fabrication de l’aube, d’ajuster si besoin le poids moment radial de l’aube en comblant au moins une partie de la cavité avec un ou plusieurs matériaux. Le poids moment radial de chaque aube peut alors être ajusté de manière individuelle. Le procédé de fabrication permet ainsi de limiter la dispersion de ce paramètre en cours de fabrication et de fournir des aubes présentant un poids moment radial ajusté.
Les aubes présentant, grâce à l’invention, un poids moment radial correspondant à un poids moment radial de référence, les risques de création d’un balourd lors du montage des aubes sur le rotor sont réduits. Grâce au procédé de fabrication de l’invention, il est possible de s’affranchir de l’étape d’équilibrage de la soufflante par l’ajout de masselottes d’équilibrage.
Par ailleurs, les propriétés mécaniques de l’aube sont maintenues puisque l’insert est intégré dans l’épaisseur de la couche de colle qui est faiblement sollicitée lors de l’opération de la turbomachine sur laquelle les aubes sont montées.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
-- le matériau composite comprend une préforme fibreuse noyée dans une matrice polymérique ;
-- la couche de colle présente une épaisseur, l’insert étant agencé dans l’épaisseur de la couche de colle ;
-- la couche de colle comprend une ailette extrados agencée entre la face extrados de la pale et la première ailette latérale du bouclier de protection et une ailette intrados agencée entre la face intrados de la pale et la seconde ailette latérale du bouclier de protection, la couche de colle comprenant en outre une base centrale reliant l’ailette extrados et l’ailette intrados, la base centrale étant agencée entre le bord d’attaque et la portion centrale du bouclier de protection, l’insert étant agencé dans la base centrale ;
-- à l’étape (e), la cavité interne débouche dans une extrémité supérieure de la couche de colle opposée au pied de l’aube ;
- à l’étape (e), l’insert est inséré dans une portion supérieure de la couche de colle opposée au pied ;
- le procédé comprend en outre l’étape (f) suivante, postérieurement à l’étape (e) : (f) polymériser la couche de colle ;
- l’insert présente une forme cylindrique d’axe central parallèle à l’axe d’allongement ;
- à l’étape (e), la cavité interne est délimitée axialement suivant l’axe d’allongement par une paroi transversale inférieure et une paroi transversale supérieure et est délimitée radialement par une paroi périphérique ;
- le procédé comprend postérieurement à l’étape (e), les étapes suivantes:
(g) découper ou usiner la portion supérieure de la couche de colle de façon à accéder à la cavité interne de l’insert,
(h) mesurer le poids moment radial de l’aube et comparer le poids moment radial mesuré avec un poids moment radial de référence,
(i) ajouter une quantité prédéterminée d’au moins un premier matériau dans la cavité interne afin d’ajuster le poids moment radial de l’aube ;
- à l’étape (i) un second matériau est ajouté dans la cavité interne, les premier second matériaux présentant une densité différente ;
- la quantité du premier matériau ou la somme des quantités des premier et second matériaux est comprise entre 0g et 20g, préférentiellement entre 5g et 20g ;
- le premier matériau est du plomb.
L’invention concerne également une aube pour une turbomachine d’aéronef comprenant :
- une pale en matériau composite présentant un axe d’allongement et comprenant un bord d’attaque et un bord de fuite reliés par une face intrados et une face extrados opposée à la face intrados,
- un bouclier de protection fixé sur la pale et recouvrant le bord d’attaque,
- une couche de colle disposée entre le bouclier de protection et la pale qui est destinée à fixer le bouclier de protection sur la pale.
L’aube est caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un insert présentant une cavité interne, l’insert étant disposé dans la couche de colle et s’étendant suivant l’axe d’allongement parallèlement au bord d’attaque, la cavité interne étant destinée à recevoir un premier matériau.
L’aube selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
-- le matériau composite comprend une préforme fibreuse noyée dans une matrice polymérique ;
-- la couche de colle présente une épaisseur, l’insert étant agencé dans l’épaisseur de la couche de colle ;
-- la couche de colle comprend une ailette extrados agencée entre la face extrados de la pale et la première ailette latérale du bouclier de protection et une ailette intrados agencée entre la face intrados de la pale et la seconde ailette latérale du bouclier de protection, la couche de colle comprenant en outre une base centrale reliant l’ailette extrados et l’ailette intrados, la base centrale étant agencée entre le bord d’attaque et la portion centrale du bouclier de protection, l’insert étant agencé dans la base centrale.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Claims (10)
- Procédé de fabrication d’une aube (20) pour une turbomachine (1) d’aéronef, l’aube (20) comprenant un pied (22), le procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) fournir une pale (21) en matériau composite, présentant un axe d’allongement (Z) et comprenant un bord d’attaque (23) et un bord de fuite (24) reliés par une face intrados (25b) et une face extrados (25a) opposée à la face intrados (25b),
(b) fournir un bouclier de protection (26),
(c) disposer une couche de colle (27) sur une surface externe de la pale (21) ou sur une surface interne du bouclier de protection (26),
(d) assembler le bouclier de protection (26) métallique sur la pale (21), le bord d’attaque (23) étant recouvert par le bouclier de protection (26),
caractérisé en ce que le procédé comprend en outre l’étape suivante :
(e) insérer un insert (28) dans la couche de colle (27), l’insert (28) présentant une cavité interne (28a) et s’étendant suivant l’axe d’allongement (Z) parallèlement au bord d’attaque (23). - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l’étape (e), l’insert (28) est inséré dans une portion supérieure de la couche de colle (27) opposée au pied (22).
- Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre l’étape (f) suivante, postérieurement à l’étape (e) :
(f) polymériser la couche de colle (27). - Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’insert (28) présente une forme cylindrique d’axe central (Y) parallèle à l’axe d’allongement (Z).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l’étape (e), la cavité interne (28a) est délimitée axialement suivant l’axe d’allongement (Z) par une paroi transversale inférieure (28c) et une paroi transversale supérieure (28d) et est délimitée radialement par une paroi périphérique (28b).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend, postérieurement à l’étape (e), les étapes suivantes:
(g) découper ou usiner la portion supérieure de la couche de colle (27) de façon à accéder à la cavité interne (28a) de l’insert (28),
(h) mesurer le poids moment radial de l’aube (20) et comparer le poids moment radial mesuré avec un poids moment radial de référence,
(i) ajouter une quantité prédéterminée d’au moins un premier matériau dans la cavité interne (28a) afin d’ajuster le poids moment radial de l’aube (20). - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, à l’étape (i) un second matériau est ajouté dans la cavité interne (28a), les premier second matériaux présentant une densité différente.
- Procédé selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la quantité du premier matériau ou la somme des quantités des premier et second matériaux est comprise entre 0g et 20g, préférentiellement entre 5g et 20g.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le premier matériau est du plomb.
- Aube (20) pour une turbomachine (1) d’aéronef comprenant :
- une pale (21) en matériau composite présentant un axe d’allongement (Z) et comprenant un bord d’attaque (23) et un bord de fuite (24) reliés par une face intrados (25b) et une face extrados (25a) opposée à la face intrados (25b),
- un bouclier de protection (26) fixé sur la pale (21) et recouvrant le bord d’attaque (23),
- une couche de colle (27) disposée entre le bouclier de protection (26) et la pale (21) qui est destinée à fixer le bouclier de protection (26) sur la pale (21), l’aube (20) étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre :
- un insert (28) présentant une cavité interne (28a), l’insert (28) étant disposé dans la couche de colle (27) et s’étendant suivant l’axe d’allongement (Z) parallèlement au bord d’attaque (23), la cavité interne (28a) étant destinée à recevoir un premier matériau.
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| WO2024252073A1 (fr) * | 2023-06-07 | 2024-12-12 | Safran Aircraft Engines | Procede de traitement de surface d'un bouclier de protection pour un bord d'attaque d'une aube |
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| CN105804804A (zh) * | 2015-01-15 | 2016-07-27 | 通用电气公司 | 复合叶片翼型件和柄部上的金属前缘 |
| FR3105292A1 (fr) * | 2019-12-18 | 2021-06-25 | Safran Aircraft Engines | Aube en matériau composite avec bord d’attaque rapporté à densité variable |
-
2021
- 2021-09-10 FR FR2109501A patent/FR3127020B1/fr active Active
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