FR2740379A1 - Procede de fabrication d'une pale en materiau composite pour rotor d'helicoptere, et pale pouvant etre obtenue par un tel procede - Google Patents

Abstract

La pale est réalisée en matériau composite à base de tissus de carbone consolidés par une résine thermodurcissable, injectée par un procédé de type RTM. La partie courante (20) de la pale comporte un revêtement d'enveloppe (54), deux longerons (58, 60) constitués chacun par une nappe de fibres s'étendant selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement, l'un sur le côté d'intrados (26) et l'autre sur le côté d'extrados (24) de la pale, et éventuellement un corps de remplissage en mousse (56), situé entre les deux longerons. Les longerons se prolongent dans une partie formant pied de pale (22) où ils sont traversés, dans une zone de fixation (84), par une ouverture (34) dans laquelle est placée une douille (36,38) permettant la fixation à un élément de raccordement au moyeu.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PALE EN MATERIAU COMPOSITE
POUR ROTOR D'HELICOPTERE, ET PALE POUVANT
ETRE OBTENUE PAR UN TEL PROCEDE
La présente invention concerne une pale en matériau composite pour un rotor d'hélicoptère et son procédé de fabrication. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux pales à pas variable destinées à équiper des rotors arrière d'hélicoptère.

Les matériaux composites offrent une solution intéressante au problème de la réalisation de pales d'hélicoptère de faible masse. La technologie la plus couramment utilisée repose sur l'utilisation de tissus préimprégnés avec une résine thermodurcissable. On peut ainsi assembler différents éléments constitutifs de la pale, et solidariser l'assemblage par chauffage dans un moule sous pression (voir par exemple FR-A-2 616 409). Cette technologie fournit des pales satisfaisantes, mais avec un coût de fabrication relativement important, dû notamment à la difficulté de réaliser en série des pales de qualité et fiables, et au fait que différents éléments doivent encore être rapportés sur la pale une fois que celle-ci est sortie du moule.

Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'une pale en matériau composite permettant d'obtenir une pale de qualité de manière fiable et économique.

L'invention propose ainsi un procédé de fabrication d'une pale en matériau composite pour rotor d'hélicoptère, comprenant les étapes suivantes
- réaliser une préforme de la pale comprenant une partie formant pied de pale pour le raccordement à un moyeu et une partie courante aérodynamiquement profilée, la partie courante comportant au moins un revêtement d'enveloppe, et deux longerons constitués chacun par au moins une nappe de fibres s'étendant longitudinalement selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un sur le côté d'intrados et l'autre sur le côté d'extrados de la pale, les longerons se prolongeant dans la partie formant pied de pale et étant traversés, dans une zone de fixation de la partie formant pied de pale, par au moins une ouverture dans la direction transversale aux nappes de fibres constituant ces longerons, au moins une douille étant placée dans cette ouverture pour la fixation d'un élément de raccordement au moyeu
- disposer la préforme dans un moule d'injection
- injecter dans le moule une résine liquide thermodurcissable ; et
- chauffer le moule pour faire prendre la résine thermodurcissable.

Cette technique de moulage par transfert de résine (RTM, "Resin Transfer Moulding") permet de réaliser une pale de qualité à coût modéré. En particulier, la pale a un excellent état de surface à la sortie du moule, de sorte que très peu de retouches sont nécessaires avant de la peindre.

De plus, la pale peut intégrer un certain nombre de fonctions dès sa sortie du moule, notamment la fonction de fixation au moyeu par les douilles. Ces douilles sont directement en prise sur les longerons de la partie courante, ce qui permet d'obtenir un bon accrochage de la pale avec une structure relativement simple.

A l'étape d'injection de la résine thermodurcissable, on injecte de préférence la résine dans une partie inférieure du moule, et on crée une dépression dans une partie supérieure du moule pour faire migrer la résine suivant l'axe d'envergure de la pale. On peut notamment disposer le moule verticalement. Cette façon de procéder minimise les risques de présence de bulles d'air dans la pale. En outre, le moule d'injection n'étant pas soumis à d'importantes forces de pression positive, les éléments constitutifs de la pale n'ont pas tendance à se déplacer ou à se déformer lors de l'injection.

Dans un mode d'exécution préféré du procédé, la réalisation de la préforme comprend les étapes suivantes
- réaliser par mise en forme à chaud une coquille d'intrados et une coquille d'extrados comprenant chacune un longeron, une partie correspondante du revêtement d'enveloppe et des renforts d'accrochage dans la zone de fixation
- percer une ouverture dans la zone de fixation de chacune des deux coquilles
- disposer dans un moule de conformage les deux coquilles, éventuellement autour d'un corps de remplissage central en matériau léger, avec une douille métallique dans l'ouverture de chaque coquille ; et
- fermer et chauffer le moule de conformage pour obtenir la préforme.

Les coquilles peuvent notamment être réalisées à partir de tissus poudrés, c'est-à-dire dont les fibres ne sont pas préimprégnées de résine, bien que de la résine (pouvant être différente de la résine ultérieurement injectée) soit présente sous forme de poudre dans le tissu.

De tels tissus peuvent être préassemblés par chauffage modéré (de l'ordre de 1000C) pour réaliser les coquilles.

De préférence, les longerons sont constitués chacun par un ruban unidirectionnel de fibres de carbone, cest-à- dire qui se compose principalement de fibres structurelles longitudinales en carbone, et d'une proportion sensiblement moindre de fibres de verre tissées transversalement entre les fibres de carbone. Ces fibres de verre assurent la tenue mécanique du longeron lors de sa manipulation pour réaliser les coquilles, et servent en outre à ménager des interstices entre les fibres longitudinales de carbone permettant à la résine de s'écouler lors de la phase d'injection.

Un autre objet de la présente invention se rapporte à une pale en matériau composite pour rotor d'hélicoptère, ayant une partie courante aérodynamiquement profilée et une partie formant pied de pale pour le raccordement à un moyeu.

La partie courante comporte au moins un revêtement d'enveloppe, deux longerons, constitués chacun par au moins une nappe de fibres s'étendant longitudinalement selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un sur le côté d'intrados et l'autre sur le côté d'extrados de la pale, et éventuellement un corps de remplissage central en matériau léger situé entre les longerons. Le revêtement et les longerons, et le cas échéant le corps de remplissage sont rigidifiés par une résine thermodurcissable d'agglomération. Les nappes de fibres des longerons se prolongent dans la partie formant pied de pale.

Dans une zone de fixation de la partie formant pied de pale, les longerons sont traversés par au moins une ouverture dans la direction transversale aux nappes de fibres constituant ces longerons, au moins une douille étant placée dans cette ouverture pour la fixation d'un élément de raccordement au moyeu -
Le procédé RTM selon l'invention s'applique de manière particulièrement intéressante à la réalisation de pales à pas variable. L'invention présente dans ces conditions deux aspects qui se combinent avantageusement à la structure précédemment exposée des longerons et de leur liaison au moyeu, mais qui pourraient être utilisés chacun indépendamment de cette structure.

Le premier de ces deux aspects se rapporte à un procédé de fabrication d'une pale à pas variable en matériau composite pour rotor d'hélicoptère, comportant les étapes suivantes
- réaliser une préforme de la pale comprenant une partie formant pied de pale pour le raccordement à un moyeu et une partie courante aérodynamique profilée, la partie formant pied de pale de la préforme comportant au moins une portion cylindrique de guidage en incidence
- disposer une bague métallique périphérique respective autour de chaque portion cylindrique de guidage en incidence de la préforme
- disposer la préforme pourvue de chaque bague métallique périphérique dans un moule d'injection
- injecter dans le moule une résine liquide thermodurcissable ; et
- chauffer le moule pour faire prendre la résine thermodurcissable.

On peut disposer un ruban d'isolation galvanique en fibres de verre et un film de colle entre la préforme et la bague périphérique de guidage en incidence. Comme la résine est injectée sous une certaine pression, elle assure une pression de collage entre le matériau composite et la bague.

De plus, lors du refroidissement, le métal de la bague présente un retrait thermique plus important que le matériau composite de la préforme, de sorte que la fixation de la bague sur le composite peut être très robuste. Dans les procédés traditionnels de moulage sous pression, il n'est généralement pas possible de coller ainsi les bagues de guidage en incidence dès le moulage, car ou bien la pression n'est pas appliquée au niveau des bagues, ce qui pose des problèmes locaux d'intégrité du composite et/ou de bonne tenue du collage des bagues, ou bien la pression est appliquée sur les bagues et tend à les déformer.

Le second des deux aspects précités concerne plus particulièrement la réalisation du levier de commande de pas que doit comporter une pale à pas variable. Selon ce second aspect, un procédé de fabrication d'une pale à pas variable en matériau composite pour rotor d'hélicoptère comporte les étapes suivantes
- réaliser une préforme de la pale comprenant une partie formant pied de pale pour le raccordement à un moyeu et une partie courante aérodynamiquement profilée, ladite préforme incluant, dans la partie formant pied de pale, un empilement de tissus s'étendant transversalement à l'axe d'envergure de la pale en saillie par rapport à la partie formant pied de pale, pour constituer un levier de commande de pas
- disposer la préforme dans un moule d'injection
- injecter dans le moule une résine liquide thermodurcissable ; et
- chauffer le moule pour faire prendre la résine thermodurcissable.

Le levier de commande de pas peut ainsi être intégré dès le moulage. Son positionnement est précis et reproductible car il est déterminé par la forme du moule d'injection, ce qui élimine les problèmes de dimensionnement et de positionnement habituellement rencontrés lorsqu'on rapporte le levier de commande de pas après la sortie du moule.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation préférés mais non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- les figures 1 à 3 sont des vues en élévation d'une pale réalisée selon l'invention, selon les directions I, II et III respectivement
- la figure 4 montre une section transversale de la partie courante de la pale des figures 1 à 3
- les figures 5 à 7 montrent des sections de la partie formant pied de pale de la pale des figures 1 à 3, selon les plans V, VI et VII respectivement
- les figures 8 à 10 sont des vues respectivement analogues aux figures 5 à 7 montrant avec plus de détail l'agencement des couches de tissus dans le matériau composite de la pale
- la figure 11 est un schéma en perspective d'un ruban unidirectionnel pour la réalisation de longerons dans une pale selon l'invention cet et
- la figure 12 est un schéma illustrant la mise en place d'une douille d'accrochage sur une pale selon 1' invention.

Les figures 1 à 3 montrent l'aspect extérieur d'un exemple de pale pour rotor arrière d'hélicoptère réalisée conformément à la présente invention. Cette pale se compose d'une partie courante 20 aérodynamiquement profilée et d'une partie 22 formant pied de pale. Le profil aérodynamique de la partie courante 20 comporte un côté d'extrados 24 et un côté d'intrados 26 se raccordant l'un à l'autre le long d'un bord d'attaque 28 et d'un bord de fuite 30. Ce profil aérodynamique présente en général un vrillage (non représenté sur les figures 1 et 2, mais visible sur la figure 3) autour de l'axe d'envergure A de la pale.

La partie formant pied de pale 22 a une forme générale de manchon ouvert à son extrémité opposée à la partie courante 20 pour recevoir une barre de raccordement à un moyeu (non représentée). Ce manchon présente une cavité interne 32 s'étendant suivant l'axe d'envergure A de la pale.

Au fond de cette cavité, le manchon est traversé par une ouverture cylindrique 34 transversale à l'axe d'envergure A et garnie de deux douilles métalliques 36,38 prévues pour fixer par brochage la pale sur la barre de raccordement au moyeu. Extérieurement, le manchon de la partie formant pied de pale 22 présente deux portions cylindriques 40,42 centrées sur l'axe d'envergure A de la pale, et une portion en saillie transversalement à l'axe d'envergure A formant un levier de commande de pas 44. Cette forme extérieure de la partie formant pied de pale 22 est prévue du fait que l'exemple de pale représenté est une pale à pas variable. La barre de raccordement au moyeu sur laquelle est fixée la pale s'étend sensiblement suivant son axe d'envergure A et a une certaine liberté de torsion autour de cet axe A. Les portions cylindriques 40,42, qui sont garnies chacune d'une bague métallique périphérique, sont destinées à être installées dans des paliers correspondants solidaires du moyeu. Un alésage 46 (figure 1) est percé dans le levier de commande de pas 44 pour la fixation d'une broche 48 sensiblement parallèle à l'axe d'envergure A et munie d'une portion sphérique 50. Cette portion sphérique 50 est prévue pour une liaison à rotule avec une bielle de commande de pas (non représentée). Un actionnement de cette bielle transversalement à l'axe A et au levier 44 permet de régler l'incidence de la pale.

La constitution de la partie courante 20 est illustrée sur la figure 4. La partie courante 20 comprend un revêtement d'enveloppe 54, un corps de remplissage central 56, un longeron d'extrados 58 et un longeron d'intrados 60.

Outre sa fonction d'enveloppe assurant la stabilité du profil aérodynamique, le revêtement 54 a une fonction de participation à l'absorption des efforts dynamiques et aérodynamiques, notamment des efforts de torsion. Comme représenté sur la figure 4, le revêtement 54 peut être constitué par deux couches de tissu drapé orientées l'une à +450 environ et l'autre à -450 environ par rapport à l'axe d'envergure A de la pale. Chaque couche de tissu du revêtement 54 a par exemple une épaisseur de 0,3 mm.

Grâce à la très faible pression d'injection utilisée dans l'application du procédé RTM selon l'invention, le matériau du corps de remplissage 56 peut être une mousse de faible densité, c'est-à-dire inférieure à 100 kg/m3 (des valeurs de densité typiques sont entre 50 et 70 kg/m3) . Les mousses imide-polymétacrylate conviennent pour cette application. On observera que certains modèles de pales réalisés selon l'invention, notamment des pales à faible corde, pourraient ne pas comporter de corps de remplissage en mousse légère ou analogue 56 dans leur partie courante.

Le remplissage pourrait ainsi consister en un empilement de tissus de carbone. Dans certains cas, on peut même se dispenser de remplissage, des longerons 58, 60 étant alors jointifs.

Le longeron d'extrados 58 est situé entre le revêtement 54 et le corps de remplissage 56 sur le côté d'extrados 24 de la pale. Le longeron d'intrados 60 est situé entre le revêtement 54 et le corps de remplissage 56 sur le côté d'intrados 26 de la pale. Chaque longeron 58,60 est constitué par une nappe de fibres de carbone s'étendant longitudinalement selon l'envergure A de la pale. Ces nappes de fibres peuvent être réalisées à partir de rubans unidirectionnels continus tels que celui illustré schématiquement sur la figure 11. Un tel ruban 62 se compose principalement de fibres structurelles longitudinales en carbone regroupées en faisceaux 64 et d'une proportion sensiblement moindre de fibres de verre 66 tressées transversalement entre les faisceaux de fibre de carbone 64.

La proportion des fibres de carbone longitudinales est au moins 20 fois supérieure à la proportion des fibres de verre 66 dans le sens trame, d'où l'appellation 6ruban unidirectionnel". Pour réaliser les longerons 58,60, on utilise par exemple un tel ruban unidirectionnel ayant une largeur (suivant la corde de la partie courante) de 50 mm environ, une épaisseur de 1,2 mm environ, un rapport de 98,2% entre la densité de fibres de carbone longitudinales et la densité de fibres de verre transversales, et une masse surfacique de 1200 g/m2. Dans la partie courante 20, les longerons 58,60 ont pour principale fonction la reprise des efforts centrifuges auxquels la pale est soumise en service.

La symétrie des longerons 58,60 de part et d'autre de l'axe d'envergure A assure une bonne répartition des efforts dans la partie courante.

Comme représenté sur la figure 4, la partie courante 20 comporte un blindage 68 de protection du bord d'attaque 28, présentant par exemple une largeur plus grande côté intrados que côté extrados. Le blindage 68 peut être réalisé en tôle de titane ou d'acier inoxydable, étirée en déformation plastique et mise en forme entre un poinçon et une matrice. Un film de colle 70 est appliqué sur la face interne du blindage 68 pour consolider sa fixation, une couche de tissu 72 (tissu de carbone, verre ou autre) est interposée entre le blindage 68 et le revêtement d'enveloppe 54 pour faciliter la mise en place du blindage 68 et pour fermer le revêtement d'enveloppe 54 au niveau du bord d'attaque 28.

L'extrémité de la partie courante 20 opposée au pied de pale est fermée par une garniture d'obturation pour empêcher l'humidité d'atteindre le corps de remplissage en mousse 56. Cette garniture est par exemple constituée par un empilement de tissus en fibres de carbone enroulé sur luimême autour d'une direction perpendiculaire à l'axe A et précompacté pour obtenir un profil qui se loge dans l'espace délimité par le revêtement d'enveloppe 54 et les longerons 58,60 à l'extrémité de la partie courante.

Les fibres du matériau composite de la partie courante 20 sont rigidifiées par la résine thermodurcissable d'agglomération injectée lors du procédé détaillé ci-après.

Ce matériau composite s'étend également dans la partie formant pied de pale 22, comme le montrent les vues en coupe des figures 5 à 7. Sur les figures 5 à 7, les hachures larges représentent le matériau composite tandis que les hachures étroites représentent les éléments métalliques de la partie formant pied de pale, essentiellement les douilles 36,38 et les bagues 76,78 de guidage en incidence dans les portions cylindriques 40,42. Les figures 5 à 7 font également apparaître la cavité 32 prévue dans la partie formant pied de pale 22 pour recevoir la barre de raccordement au moyeu.

Cette barre de raccordement 82 est représentée sur la coupe de la figure 6. Cette barre 82 ayant une section rectangulaire aplatie, la cavité 32 a une section complémentaire légèrement plus grande dans une zone de fixation 84 de la partie formant pied de pale 22. La cavité 32 s'évase depuis la zone de fixation 84 vers l'extrémité de la pale opposée à la partie courante 20, pour permettre à la barre de raccordement 82 de se tordre autour de l'axe A (figure 5). Dans la zone de fixation 84, le matériau composite de la partie formant pied de pale 22 forme, vers le côté d'extrados 24 et vers le côté d'intrados 26, deux ailes d'une chape dans laquelle s'insère l'extrémité de la barre de raccordement 82. Une broche 86 (figure 6) peut alors être engagée dans l'ouverture 34 renforcée par les douilles 36,38 afin de fixer la pale sur la barre de raccordement 82.

Dans l'exemple de réalisation illustré, la douille 36 est une douille cylindrique lisse, et la douille 38 est une douille cylindrique de diamètre plus petit pourvue d'un épaulement extérieur. Une rondelle épaulée 88 est engagée dans la douille lisse 36, et un écrou 90 est vissé sur la broche 86 pour bloquer la liaison entre la pale et la barre de raccordement 82.

Les figures 8 à 10 montrent avec plus de détails la structure du matériau composite dans la partie formant pied de pale 22. On voit notamment que les longerons 58,60 ainsi que le revêtement d'enveloppe 54 se prolongent dans la partie formant pied de pale 22. Dans l'exemple représenté, les longerons 58,60 et le revêtement 54 s'étendent jusqu'à l'extrémité de la partie formant pied de pale. Les longerons 58,60 passent notamment dans la zone de fixation 84, où ils sont traversés par les ouvertures 34. Ainsi, les longerons, qui reprennent les efforts centrifuges dans la pale, transmettent ces efforts centrifuges jusqu'à la barre de raccordement au moyeu.

Dans et autour de la zone de fixation 84, des renforts d'accrochage 94,96 sont situés contre les longerons 58,60. Certains de ces renforts 94 sont situés entre le longeron 58,60 et la paroi de la cavité 32. Des renforts 96 sont également prévus entre le longeron 58,60 et le revêtement d'enveloppe 54. Dans la zone de fixation 84, les renforts 94,96 sont traversés par les ouvertures 34, comme les longerons 58,60 et le revêtement 54. Les renforts d'accrochage 94,96 sont constitués par des empilements de tissus en fibres de carbone rigidifiés par la résine d'agglomération. De préférence, les tissus empilés dans les renforts d'accrochage sont orientés alternativement à 450 environ et à 900 environ par rapport à l'axe A d'envergure de la pale. Comme le montre la figure 8, les renforts d'accrochage 94,96 s'étendent jusqu'à la partie courante 20, et au-delà de la zone de fixation 84 dans la partie formant pied de pale. Vers la partie courante 20, les renforts d'accrochage 94,96 présentent une épaisseur décroissante pour assurer une transmission homogène des efforts.

Des tissus 98 de remplissage d'entre-chape sont placés entre les renforts internes 94 entre l'extrémité de la cavité 32 et la partie courante 20. Ces tissus 98 forment un empilement d'épaisseur décroissante vers la partie courante 20.

La partie formant pied de pale 22 comporte les deux portions cylindriques 40,42 de part et d'autre de la zone de fixation 84. La portion cylindrique 42 de plus grand diamètre, située entre la zone de fixation 84 et la partie courante 20 est constituée par des empilements de tissus en fibres de carbone 102 drapés autour de deux corps de remplissage en matériau léger 104 de forme générale hémicylindrique (figures 8 et 10). Le matériau léger des corps de remplissage 104 peut être le même que celui du corps de remplissage central 56 de la partie courante 20. La portion cylindrique 40 de moindre diamètre peut être réalisée plus simplement en fixant la bague métallique 76 directement sur le revêtement d'enveloppe 54. Pour fixer les bagues métalliques 40,42, qui sont par exemple en aluminium, on applique un film de colle sur leurs faces internes, et on interpose un ruban de fibres de verre entre la bague et le matériau composite à des fins d'isolation galvanique. De façon analogue, les douilles 36,38 sont fixées au matériau composite en appliquant un film de colle et un ruban de fibres de verre sur leurs faces externes.

La figure 10 montre que le levier de commande de pas 44 est constitué par un empilement de tissus en fibres de carbone rigidifiés et solidarisés à la pale par la résine d'agglomération. Les tissus de cet empilement s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe d'envergure A de la pale. Des tissus de liaison 106 couvrent la surface du matériau composite dans la majorité de la partie formant pied de pale 22, notamment la surface extérieure du manchon, les flancs de la portion cylindrique de guidage en incidence de plus grand diamètre, les flancs et la périphérie du levier de commande de pas 44. Ces tissus de liaison 106 reçoivent également la résine d'agglomération pour adhérer à la pale.

Ils servent principalement à assurer la continuité des reprises d'efforts entre les côtés intrados et extrados pour éviter que ces efforts soient transmis uniquement par la résine dans la partie formant pied de pale.

Pour réaliser une pale du type décrit ci-dessus, la première étape consiste à réaliser une coquille d'intrados et une coquille d'extrados. La coquille d'intrados et la coquille d'extrados comprennent chacune un longeron 58,60, les renforts d'accrochage 94,96 situés contre ce longeron, et la portion correspondante du revêtement d'enveloppe 54.

Chaque coquille peut en outre incorporer un corps de remplissage en mousse 104 et des tissus de renforcement 102 (figure 8) formant une portion hémicylindrique de plus grand diamètre destinée à faire partie de la portion 42 de guidage en incidence. Les tissus à partir desquels sont réalisés les coquilles sont des tissus poudrés, c'est-à-dire constitués de fibres de carbone dans lesquels une certaine quantité de résine est dispersée sous forme de poudre. Les tissus du revêtement, des renforts et des longerons peuvent être précompactés à plat puis drapés dans deux moitiés d'un moule de mise en forme pour intégrer les formes de la pale, un apport de chaleur permettant de ramollir la résine pour assembler les tissus au fur et à mesure qu'ils sont drapés.

Les moitiés du moule de mise en forme et les coquilles sont ensuite refermées autour d'un mandrin ayant la propriété d'assurer une pression sur la préforme lors de la montée en température, par exemple en silicone se dilatant quand la température augmente. En chauffant le moule de mise en forme, la coquille d'intrados et la coquille d'intrados sont compactées, de sorte qu'elles peuvent ensuite être transportées aisément vers un moule de conformage.

La préforme (coquilles d'intrados et d'extrados) peut, en variante, être réalisée par une technique de tressage au lieu de la technique de drapage exposée cidessus.

Avant de disposer les coquilles dans le moule de conformage final, on procède au perçage des ouvertures 34 dans les zones de fixation 84 des deux coquilles. La figure 12 illustre cette étape de perçage. La partie centrale de la figure 12 montre l'empilement des tissus dans la zone de fixation 84 de la coquille d'intrados avant le perçage (revêtement d'enveloppe 54, longeron 60, renforts d'accrochage 94,96). On utilise pour le perçage un emportepièce 110 tranchant selon son diamètre intérieur, lequel diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur de la douille 38 qui sera placée dans l'ouverture ainsi percée.

L'emporte-pièce conique permet lors de la découpe d'écarter les renforts, laissant apparente une ouverture d'un diamètre plus grand que celui de la douille. Ceci permet de mettre en place aisément la douille 38 avec son film de colle 112 et son ruban 114 d'isolation galvanique.

Le moule de conformage a une moitié d'intrados et une moitié d'extrados dont la forme correspond à la forme définitive de la pale. Toutefois, l'intérieur du moule de conformage présente, dans la partie courante, un relief correspondant au logement du blindage 68 du bord d'attaque.

En outre, au droit des portions cylindriques 40,42, le moule de conformage présente un diamètre interne plus petit que le diamètre intérieur des bagues métalliques périphériques 76,78. La mise en place des composants dans le moule de conformage est par exemple effectuée dans l'ordre suivant
- la coquille d'intrados équipée de la douille 38 du côté intrados, avec son film de colle 112 et son ruban d'isolation 114
- les tissus 98 de remplissage dentre-chape ;
- le corps de remplissage en mousse 56 de la partie courante (pour mettre en forme au préalable le corps de remplissage 56, on peut procéder à un usinage grossier d'un bloc de mousse, puis chauffer le corps en mousse, par exemple à 1800 C, dans un outillage reproduisant la forme désirée du corps de remplissage 56 ; outre la mise en forme définitive, le chauffage confère un bon état de surface à la mousse qui empêche la pénétration de la résine lors de l'injection ; en variante, la mousse peut être directement usinée aux formes finales, ce qui conduit à des gains de masse)
- la garniture d'extrémité (empilement de tissus enroulé et précompacté suivant la section du corps de remplissage 56)
- la coquille d'extrados équipée de la douille 36 du côté extrados avec son film de colle et son ruban d'isolation galvanique
- l'empilement de tissus destinés à former le levier de commande de pas 44, introduit au moyen de tiroirs d'accès prévus dans la zone de pied de pale du moule de conformage
- les tissus de liaison 106 prévus notamment pour couvrir la jointure entre les coquilles d'intrados et d'extrados, introduits par des tiroirs d'accès prévus dans la zone de pied de pale du moule de conformage.

Un insert est placé dans la cavité 32 du pied de pale. Cet insert a une forme correspondant à la forme finale de la cavité 32, avec une ouverture cylindrique dans l'alignement des douilles 36, 38. Un dispositif de calage, consistant en un autre insert en forme de broche, est installé de manière à occuper l'espace cylindrique délimité par les douilles 36, 38 et l'ouverture du premier insert. Le moule de conformage est alors fermé puis chauffé pour obtenir une préforme sous l'effet cumulé de la température et de la pression de fermeture. Le moule de conformage est par exemple chauffé à une température de 100 à 1100 C. La préforme ainsi obtenue a une certaine tenue mécanique étant donné qu'elle est réalisée à partir de tissus poudrés. Cette préforme peut être sortie du moule de conformage, équipée des bagues 76 et 78 et du blindage 68 comme exposé ci-après et transportée vers un moule d'injection, ou encore être stockée en attendant d'être amenée au moule d'injection.

Les bagues 76,78 de guidage en incidence sont mises en place autour de la préforme avant de disposer cette préforme dans le moule d'injection. La préforme ayant, au niveau de chaque portion cylindrique 40,42 une portion cylindrique de diamètre inférieur au diamètre intérieur de la bague correspondante 76,78, cette bague peut être engagée sans difficulté, avec interposition d'un film de colle et d'un ruban de fibre de verre pour l'isolation galvanique. Le blindage 68 du bord d'attaque est également mis en place sur la préforme avant de la mettre dans le moule d'injection.

La préforme ainsi équipée est placée dans le moule d'injection. Avant la fermeture de ce moule, un insert est mis en place dans la cavité 32, de même qu'un dispositif de calage permettant de maintenir en place les douilles 36, 38 pendant la phase d'injection, à moins que l'insert et le dispositif de calage utilisés lors du conformage aient été laissés en place sur la préforme.

Pour procéder à l'injection, le moule d'injection est disposé verticalement, de façon que la partie formant pied de pale 22 soit située plus haut que la partie courante 20.

La résine liquide est injectée dans la partie inférieure du moule, et on crée une dépression à la partie supérieure du moule pour faire monter la résine et pour limiter la formation de porosités dans le composite. La pression d'injection à la base du moule peut être faible (par exemple 0,5 bar en pression relative) afin d'écraser au minimum la mousse de faible densité des corps de remplissage 56,104 lorsque de tels corps de remplissage sont présents. La dépression créée à la partie supérieure du moule correspond par exemple à un vide de l'ordre de 2.10-4 bar. Lors de l'injection, le moule est par exemple porté à une température de 1300 C, et la résine liquide injectée à une température de 900 C. Au bout de quelques minutes, la résine liquide commence à sortir discontinument à llendroit où est appliquée la dépression. Le flot de résine sortant se régularise progressivement. Lorsqu'il n'y a plus de bulles dans ce flot de résine, on ferme l'orifice de dépression en maintenant la pression à la base du moule, et on chauffe le moule jusqu'au palier de réticulation de la résine (typiquement 1800 C). Le temps de cuisson est par exemple de deux heures, après quoi on peut laisser refroidir naturellement le moule.

Le fait que la pale intègre pratiquement tous ses composants dès la sortie du moule d'injection est particulièrement intéressant. Il permet notamment de limiter le coût de fabrication de la pale étant donné qu'on n'a plus besoin de rapporter a posteriori des éléments sur la pale sortie du moule. En outre, on obtient une excellente précision et une excellente reproductibilité dans le dimensionnement du matériau composite et le positionnement des inserts métalliques.

I1 ne reste qu'un petit nombre d'opérations à effectuer sur la pale sortie du moule d'injection après refroidissement. Les opérations restantes sont essentiellement
- la mise à longueur, consistant à mettre en forme l'extrémité de la partie courante selon les spécifications, par découpage de la garniture d'extrémité, et éventuellement la mise à largeur par rectification du bord de fuite 30
- le percement d'une ouverture de drainage 118 entre le fond de la cavité 32 et la base de la partie courante 20 pour permettre l'évacuation de l'eau pouvant pénétrer dans la cavité 32 (voir figure 7);
- le perçage de l'alésage 46 dans le levier de commande de pas 44, et la mise en place de la broche 48 (figure 1)
- la peinture de finition
- l'équilibrage statique.

On notera encore que le blindage 68 du bord d'attaque pourrait, dans certains cas, être également positionné et collé après la phase d'injection et non avant comme décrit ci-dessus.

Le traitement de surface des éléments métalliques, notamment des bagues de guidage en incidence 76,78 peut avoir été réalisé au préalable, la surface extérieure de ces éléments métalliques étant alors protégée lors de l'injection par un film adhésif (en Teflon par exemple).

L'équilibrage de la pale peut être réalisé de façon commode en fixant un ou plusieurs corps d'équilibrage 120 contre un flanc d'une portion élargie de la partie formant pied de pale 22, et en enlevant de la matière de ce corps d'équilibrage 120 pour obtenir le réglage désiré. Les figures 1,2,3 et 5 montrent ainsi des corps d'équilibrage 120 fixés contre le flanc intérieur de la plus large portion cylindrique de guidage en incidence 42. Les corps d'équilibrage 120 peuvent être simplement vissés dans le matériau composite, la précision de leur positionnement n'étant pas critique.

Claims (31)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une pale en matériau composite pour rotor d'hélicoptère, caractérisé par les étapes suivantes

- réaliser une préforme de la pale comprenant une partie formant pied de pale (22) pour le raccordement à un moyeu et une partie courante aérodynamiquement profilée (20), la partie courante comportant au moins un revêtement d'enveloppe (54) et deux longerons (58,60) constitués chacun par au moins une nappe de fibres s 'étendant longitudinalement selon l'envergure de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un sur le côté d'intrados (26) et l'autre sur le côté d'extrados (24) de la pale, les longerons se prolongeant dans la partie formant pied de pale et étant traversés, dans une zone de fixation (84) de la partie formant pied de pale (22), par au moins une ouverture (34) dans la direction transversale aux nappes de fibres constituant ces longerons, au moins une douille (36,38) étant placée dans cette ouverture pour la fixation d'un élément de raccordement au moyeu (82);

- disposer la préforme dans un moule d'injection

- injecter dans le moule une résine liquide thermodurcissable ; et

- chauffer le moule pour faire prendre la résine thermodurcissable.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape d'injection de la résine thermodurcissable, on injecte la résine dans une partie inférieure du moule, et on crée une dépression dans une partie supérieure du moule pour faire migrer la résine suivant la direction de l'axe d'envergure (A) de la pale.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la réalisation de la préforme comprend les étapes suivantes

- réaliser une coquille d'intrados et une coquille d'extrados comprenant chacune un longeron (58,60), une partie correspondante du revêtement d'enveloppe (54) et des renforts d'accrochage (94,96) dans la zone de fixation

- percer une ouverture respective (34) dans la zone de fixation de chacune des deux coquilles

- disposer les deux coquilles dans un moule de conformage, avec une douille métallique respective (36,38) dans l'ouverture (34) de chaque coquille ; et

- fermer et chauffer le moule de conformage pour obtenir la préforme.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque coquille comporte, entre la zone de fixation (84) et la partie courante (20), une portion hémicylindrique de plus grand diamètre destinée à faire partie d'une portion (42) de guidage en incidence de la pale, un élément de remplissage en matériau léger (104) étant placé dans cette portion hémicylindrique.

5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les nappes de fibres des longerons se composent principalement de fibres structurelles longitudinales en carbone (64), et d'une proportion sensiblement moindre de fibres de verre (66) tissées transversalement entre les fibres de carbone.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la réalisation des coquilles comprend une étape d'assemblage de leurs composants et une étape de compactage à chaud pendant laquelle on place les deux coquilles assemblées dans un moule de mise en forme, autour d'un élément assurant une pression de compactage sous l'action de la température.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le perçage de l'ouverture (34) dans chaque coquille est effectué au moyen d'un emporte-pièce conique (110) tranchant selon son diamètre intérieur, ce diamètre intérieur correspondant au diamètre extérieur de la douille (38) à placer dans ladite ouverture.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un ruban en fibres de verre (114) et une couche de colle (112) sont placés autour de chaque douille (38) avant sa mise en place dans l'ouverture (34) d'une coquille.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'on dispose dans le moule de conformage, entre les deux coquilles et, dans le sens longitudinal, entre la zone de fixation (84) et la partie courante (20), des tissus de remplissage d'entre-chape (98).

10. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'on dispose dans le moule de conformage, entre les deux coquilles et à l'extrémité de la partie courante (20) opposée à la partie formant pied de pale (22), un empilement de tissus enroulé autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe d'envergure de la pale.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'on dispose dans le moule de conformage, au niveau de la partie formant pied de pale (22), un empilement de tissus s'étendant transversalement à l'axe d'envergure (A) de la pale en saillie par rapport à la partie formant pied de pale, pour constituer un levier de commande de pas (44).

12. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'on dispose dans le moule de conformage des tissus de liaison (106) couvrant au moins partiellement la surface de la partie formant pied de pale (22), notamment le long de la séparation entre les coquilles d'intrados et d'extrados.

13. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la partie formant pied de pale (22) comporte au moins une portion cylindrique de guidage en incidence (40,42) comportant une bague métallique périphérique (76,78) mise en place autour de la préforme avant l'étape d'injection de la résine thermodurcissable.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, au niveau de la portion cylindrique de guidage en incidence (40,42), la préforme a une portion cylindrique de diamètre inférieur au diamètre intérieur de la bague correspondante (76,78), et en ce qu'on place un ruban en fibres de verre et une couche de colle entre ladite portion cylindrique de la préforme et ladite bague avant la mise en place dans le moule d'injection.

15. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la partie courante de la préforme comporte un corps de remplissage central en matériau léger (56) entre les deux longerons (58,60).

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le matériau léger du corps de remplissage central (56) est une mousse de densité inférieure à 100 kg/m3.

17. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'équilibrage de la pale, consistant à fixer au moins un corps d'équilibrage (120) contre un flanc d'une portion élargie de la partie formant pied de pale (22), et à enlever de la matière dudit corps d'équilibrage pour obtenir le réglage désiré.

18. Pale en matériau composite pour rotor d'hélicoptère, ayant une partie courante aérodynamiquement profilée (20) et une partie formant pied de pale (22) pour le raccordement à un moyeu, caractérisée en ce que la partie courante comporte au moins un revêtement d'enveloppe (54), et deux longerons (58,60), constitués chacun par au moins une nappe de fibres s'étendant longitudinalement selon l'envergure (A) de la pale et situés chacun contre le revêtement d'enveloppe, l'un sur le côté d'intrados (26) et l'autre sur le côté d'extrados (24) de la pale, en ce que le revêtement d'enveloppe et les longerons sont rigidifiés par une résine thermodurcissable d'agglomération, en ce que les nappes de fibres des longerons se prolongent dans la partie formant pied de pale (22), et en ce que dans une zone de fixation (84) de la partie formant pied de pale, les longerons sont traversés par au moins une ouverture (34) dans la direction transversale aux nappes de fibres constituant ces longerons, au moins une douille (36,38) étant placée dans cette ouverture pour la fixation d'un élément de raccordement au moyeu (82).

19. Pale selon la revendication 18, caractérisée en ce que les nappes de fibres des longerons (58,60) se composent principalement de fibres structurelles longitudinales en carbone (64), et d'une proportion sensiblement moindre de fibres de verre (66) tissées transversalement entre les fibres de carbone.

20. Pale selon la revendication 18 ou 19, caractérisée en ce que la partie formant pied de pale (22) comporte des renforts d'accrochage (94,96) situés contre les longerons (58,60) et traversés par ladite ouverture (34) dans la zone de fixation (84).

21. Pale selon la revendication 20, caractérisée en ce que les renforts d'accrochage (94,96) sont constitués par des empilements de tissus rigidifiés par la résine d'agglomération, de préférence orientés alternativement à 450 environ et à 900 environ par rapport à l'axe d'envergure (A) de la pale.

22. Pale selon la revendication 20 ou 21, caractérisée en ce que les renforts d'accrochage (94,96) s'étendent sensiblement jusqu'à la partie courante (20), et au delà de la zone de fixation (84) dans la partie formant pied de pale (22).

23. Pale selon la revendication 22, caractérisée en ce que les renforts d'accrochage (94,96) présentent une épaisseur décroissante vers la partie courante (20).

24. Pale selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, caractérisée en ce que, dans la direction longitudinale, la zone de fixation (84) est située entre deux portions cylindriques (40,42) de guidage en incidence appartenant à la partie formant pied de pale (22).

25. Pale selon la revendication 24, caractérisée en ce que chaque portion de guidage en incidence (40,42) comprend une bague métallique périphérique (76,78) collée sur la partie formant pied de pale (22).

26. Pale selon la revendication 25, caractérisée en ce qu'un élément de remplissage en matériau léger (104) est placé entre les longerons (58,60) et l'une au moins des bagues de guidage en incidence (78).

27. Pale selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, caractérisée en ce que la partie formant pied de pale (22) comporte un levier de commande de pas (44) s'étendant transversalement à l'axe d'envergure (A) de la pale, constitué par un empilement de tissus rigidifiés et solidarisés à la pale par la résine d'agglomération.

28. Pale selon lune quelconque des revendications 18 à 27, caractérisée en ce que des tissus de liaison (106) couvrent la surface du matériau composite dans la partie formant pied de pale (22), ces tissus de liaison adhérant à la pale par la résine d'agglomération.

29. Pale selon l'une quelconque des revendications 18 à 28, caractérisée en ce que le revêtement d'enveloppe (54) comporte deux couches de tissu orientées l'une à +450 environ, l'autre à -450 environ par rapport à l'axe d'envergure (A) de la pale.

30. Pale selon l'une quelconque des revendications 18 à 29, caractérisée en ce que la partie courante (20) comporte un corps de remplissage central en matériau léger (56) entre les deux longerons (58,60).

31. Pale selon la revendication 30, caractérisé en ce que la partie courante (20) comporte, à son extrémité opposée à la partie formant pied de pale (22), un empilement de tissus agglomérés par la résine, qui masque le corps de remplissage en matériau léger (56).