FR3126639A1 - Aube comprenant une structure en matériau composite et procédé de fabrication associé - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une préforme fibreuse (20) d’une aube (7) de soufflante obtenue par tissage tridimensionnel de torons comprenant: - une partie de pale (17) comprenant une première et une deuxième peau (21) en vis-à-vis comprenant un renfort fibreux, les première et deuxième peaux (21) présentant chacune une face interne (26) délimitant entre elles une cavité (22); et - un ensemble de raidisseurs (28) s’étendant dans la cavité (22), les raidisseurs (28) étant fixés sur la face interne (26) de la première peau (21) et/ou de la deuxième peau (21) ;la préforme fibreuse (20) étant caractérisée en ce que les raidisseurs (28) comprennent chacun une pluralité de torons unidirectionnels (29) qui sont non tissés sur une majorité d’une leur longueur dans la cavité (22) et sont maintenus ensemble au sein de la cavité (22) par une pluralité de torons (t4) provenant de la première peau (21). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

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 aubes 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).

Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant une aube de soufflante, notamment en matériau composite, et une soufflante comprenant de telles aubes, en particulier à calage variable, qui soit simple à réaliser tout en présentant une raideur et une tenue mécanique améliorées et une faible masse.

Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention une préforme fibreuse d’une aube de soufflante obtenue par tissage tridimensionnel de torons comprenant:
- une partie de pale à profil aérodynamique comprenant une première peau et une deuxième peau en vis-à-vis comprenant un renfort fibreux, les première et deuxième peaux présentant chacune une face interne délimitant entre elles une cavité; et
- un ensemble de raidisseurs s’étendant dans la cavité, les raidisseurs étant fixés sur la face interne de la première peau et/ou de la deuxième peau ;
la préforme fibreuse étant caractérisée en ce que les raidisseurs comprennent chacun une pluralité de torons unidirectionnels qui sont non tissés sur une majorité d’une leur longueur dans la cavité et sont maintenus ensemble au sein de la cavité par une pluralité de torons provenant de la première peau.

Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la préforme fibreuse selon le premier aspect sont les suivants, pris individuellement ou en combinaison ;
- les torons de la préforme fibreuse comprennent des torons de chaîne s’étendant suivant une première direction de l’aube et des torons de trame s’étendant suivant une deuxième direction de l’aube, les raidisseurs de l’ensemble de raidisseurs comprenant des premiers torons unidirectionnels s’étendant suivant la première direction et/ou des deuxièmes torons unidirectionnels s’étendant suivant la deuxième direction ;
- la préforme comprend en outre une zone de pied configurée pour être inséré dans un moyeu de la soufflante et une zone d’échasse s’étendant entre la zone de pied et la partie de pale, l’aube comprenant en outre des raidisseurs qui sont fixés sur une face externe des peaux dans la zone d’échasse ;
- les raidisseurs dans la zone d’échasse comprennent des torons unidirectionnels des raidisseurs de l’ensemble de raidisseurs ;
- la zone de pied est dépourvue de torons unidirectionnels ;
- chaque peau comprend au moins quatre couches de torons de trame ;
- les raidisseurs s’étendent dans la cavité à proximité d’un bord d’attaque de l’aube ;
- les raidisseurs s’étendent à distance d’un sommet de l’aube.

Selon un deuxième aspect, l’invention propose une aube comprenant une préforme fibreuse selon le premier aspect une matrice dans laquelle est noyée la préforme fibreuse.

Selon un troisième 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 quatrième aspect, l’invention propose un système propulsif comprenant une soufflante selon le deuxième aspect et 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 ; et

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 de manière schématique coupe et en transparence afin de faire apparaître les raidisseurs de la partie de pale.

La est un exemple simplifié d’un plan de trame partiel d’une préforme fibreuse conforme à un mode de réalisation de l’invention au niveau d’un raidisseur d’une des peaux s’étendant suivant la direction chaîne.

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

Claims (10)

1. Préforme fibreuse (20) d’une aube (7) de soufflante obtenue par tissage tridimensionnel de torons comprenant:
   - une partie de pale (17) à profil aérodynamique comprenant une première peau (21) et une deuxième peau (21) en vis-à-vis comprenant un renfort fibreux, les première et deuxième peaux (21) présentant chacune une face interne (26) délimitant entre elles une cavité (22); et
   - un ensemble de raidisseurs (28) s’étendant dans la cavité (22), les raidisseurs (28) étant fixés sur la face interne (26) de la première peau (21) et/ou de la deuxième peau (21) ;
   la préforme fibreuse (20) étant caractérisée en ce que les raidisseurs (28) comprennent chacun une pluralité de torons unidirectionnels (29) qui sont non tissés sur une majorité d’une leur longueur dans la cavité (22) et sont maintenus ensemble au sein de la cavité (22) par une pluralité de torons (t₄) provenant de la première peau (21).
2. Préforme fibreuse (20) selon la revendication 1, dans laquelle les torons de la préforme fibreuse (20) comprennent des torons de chaîne (c₁-c₁₂) s’étendant suivant une première direction (C) de l’aube et des torons de trame (t₁-t₄) s’étendant suivant une deuxième direction de l’aube (T), les raidisseurs (28) de l’ensemble de raidisseurs (28) comprenant des premiers torons unidirectionnels (29) s’étendant suivant la première direction (C) et/ou des deuxièmes torons unidirectionnels (29) s’étendant suivant la deuxième direction (T).
3. Préforme fibreuse (20) selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant en outre une zone de pied (18) configurée pour être inséré dans un moyeu (6) de la soufflante (3) et une zone d’échasse (19) s’étendant entre la zone de pied (18) et la partie de pale (17), l’aube (7) comprenant en outre des raidisseurs (28) qui sont fixés sur une face externe (27) des peaux (21) dans la zone d’échasse (19).
4. Préforme fibreuse (20) selon la revendication 3, dans laquelle les raidisseurs (28) dans la zone d’échasse (19) comprennent des torons unidirectionnels (29) des raidisseurs (28) de l’ensemble de raidisseurs (28).
5. Préforme fibreuse (20) selon l’une des revendications 3 et 4, dans laquelle la zone de pied (18) est dépourvue de torons unidirectionnels (29).
6. Préforme fibreuse (20) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque peau (21) comprend au moins quatre couches de torons de trame (t₁-t₄).
7. Préforme fibreuse (20) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle les raidisseurs (28) s’étendent dans la cavité (22) à proximité d’un bord d’attaque (23) de l’aube (7).
8. Préforme fibreuse (20) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle les raidisseurs (28) s’étendent à distance d’un sommet (20) de l’aube (7).
9. Aube (7) comprenant une préforme fibreuse (20) selon l’une des revendications 1 à 8 et une matrice dans laquelle est noyée la préforme fibreuse (20).
10. Soufflante (3) comprenant un moyeu (6) et des aubes (7) conformes à la revendication 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.