TITRE : AUBE COMPOSITE POUR UN MOTEUR D’AERONEF ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne une aube en matériau composite pour une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un procédé de fabrication de cette aube.

Arrière-plan technique

L’état de la technique comprend notamment les documents FR-A1 -2 956 057, FR-A1 - 3 029 134, FR-A1 -3 051 386, WO-A1 -2019/186029A1 , WO-A1 -2020/043996 et WO- A1 -2017/025682.

L’utilisation de matériaux composites est avantageuse dans l’industrie aéronautique notamment car ces matériaux ont des performances mécaniques intéressantes pour des masses relativement faibles.

Un procédé de fabrication d’une pièce composite pour l’industrie aéronautique, qui est bien connu de l’homme du métier, est le procédé de moulage RTM dont les initiales font référence à l’acronyme anglo-saxon de Resin Transfer Molding.

Il s’agit d’un procédé de réalisation d’une pièce en matériau composite à base de fibres imprégnées de résine. Un tel procédé est par exemple utilisé pour fabriquer une aube, notamment de soufflante de turbomachine. Pour la fabrication d’une telle aube, une préforme est réalisée par tissage puis est imprégnée avec la résine afin de former une pale. Cette pale comporte un intrados et un extrados qui s’étendent depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite de la pale.

Le matériau composite de la pale est relativement fragile, et en particulier sensible aux chocs, et il est connu de le protéger au moyen d’un bouclier métallique qui est rapporté et fixé sur le bord d’attaque de la pale.

Un procédé de fixation du bouclier sur la pale consiste par exemple à coller le bouclier sur la pale après polymérisation de la résine, à l’aide d’une colle se présentant sous forme de pâte. Or, le drapage de la colle sur un objet de forme complexe telle qu’une pale, entraîne des difficultés concernant notamment la précision du positionnement de la colle sur la pale. En outre, le drapage de la colle sur la pale peut générer des plissements et donc une surépaisseur pouvant créer une déformation de l’aube une fois le bouclier fixé sur la pale. La précision de la mise en place de la colle sur la pale, ainsi que la constance dans la répétition de cette mise en place sont donc difficiles à garantir.

Afin de palier en partie à ces défauts, des étapes de préparation supplémentaires du composite sont parfois réalisées, comme par exemple le dégraissage, le ponçage et l’appairage de la pale. Ces étapes de préparation étant manuelles, elles sont donc chronophages et coûteuses, et ne permettent pas toujours de palier au défaut de précision de mise en place de la colle sur la pale.

La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités.

Résumé de l'invention

L’invention propose à cet effet un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, cette aube comportant une pale comportant un intrados et un extrados qui s’étendent depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite de la pale, l’aube comportant en outre un bouclier métallique s’étendant le long du bord d’attaque de la pale, le procédé comprenant les étapes de a) préparation d’une préforme comportant des premières fibres, b) positionnement d’un film sur au moins une partie de la préforme, ce film recouvrant un bord de la préforme destiné à former le bord d’attaque de la pale, c) positionnement provisoire du bouclier sur le bord de la préforme, une partie dudit film étant intercalée entre le bouclier et ce bord de la préforme, d) et e) découpe du film le long des bords du bouclier de façon à ce que le film découpé forme au moins un gabarit délimitant une zone d’apposition de colle située sous le bouclier, et retrait du bouclier, f) positionnement d’un film de colle sur ladite zone et découpe du film de colle suivant la forme du ou de chaque gabarit, g) retrait du ou de chaque gabarit et positionnement du bouclier sur le film de colle, et h) cuisson de l’ensemble ainsi obtenu dans un moule de thermocompression.

Grâce au procédé de l’invention, et en particulier à la formation et l’utilisation d’un gabarit, le film de colle peut être positionné de façon précise de manière à respecter la position finale du bouclier et d’éviter une surépaisseur liée aux plissements du film de colle sur la forme complexe. Le collage est beaucoup plus précis et peut être reproduit sans erreur, améliorant ainsi la stabilité et la reproductibilité de la fabrication des aubes. Les étapes supplémentaires de préparation manuelle décrites précédemment sont ainsi évitées, ce qui permet notamment un gain financier.

Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

- à l’étape a), la préforme est formée par l’empilement de plusieurs nappes desdites premières fibres qui sont tissées ou non tissées et/ou par le tissage, en particulier en trois dimensions, desdites premières fibres ;

- les premières fibres sont en carbone ;

-- les premières fibres sont imprégnées d’une résine polymérisable ;

- après l’étape c), le procédé comprend une étape j) de traçage d’une ligne de démarcation sur ledit film, le long des bords du bouclier ;

-- la découpe du film a lieu après le retrait du bouclier ; en variante, la découpe du film a lieu avant le retrait du bouclier ;

- entre les étapes d) et e), d’une part, et f), d’autre part, il comprend les étapes supplémentaires de : i) retrait du ou de chaque gabarit, ii) positionnement d’au moins une nappe de secondes fibres sur au moins une partie de la préforme, cette nappe recouvrant le bord d’attaque, iii) positionnement du ou de chaque gabarit sur la préforme ;

- les secondes fibres sont des fibres de verre ;

- le nombre de gabarit est de deux, ces gabarits étant disposés sur deux faces de la préforme destinées à former respectivement l’intrados et l’extrados de la pale ;

- le film de colle est découpé au moyen d’une lame coupante ;

- le ou chaque gabarit comprend un bord incurvé ou ondulé s’étendant le long du bord d’attaque et à distance de ce dernier ;

- cette zone s’étend sur des faces de la préforme destinées à former respectivement l’intrados et l’extrados de la pale.

La présente invention concerne également une aube en matériau composite pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, cette aube comportant une pale comportant un intrados et un extrados qui s’étendent depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite de la pale, l’aube comportant en outre un bouclier métallique s’étendant le long du bord d’attaque de la pale, cette aube étant fabriquée par un procédé selon l’une des revendications précédentes et comportant au moins un film de colle entre le bouclier et le bord d’attaque de la pale, voire également au moins une nappe intercalée entre la pale et le film de colle.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

[Fig.1 ] la figure 1 est une vue schématique en perspective d’une aube composite de turbomachine d’aéronef selon l’invention ;

[Fig.2] la figure 2 est un schéma bloc montrant des étapes d’un procédé de fabrication selon l’invention d’une aube telle que celle représentée à la figure 1 ;

[Fig.3a-3c] les figures 3a, 3b et 3c sont des vues schématiques des étapes de création d’un gabarit sur une préforme préimprégnée ;

[Fig.4a-4b] les figures 4a et 4b sont des vues schématiques du gabarit sur la préforme coté intrados (5a) et extrados (5b) ;

[Fig.5a-5c] les figures 5a, 5b et 5c sont des vues schématiques de la pose d’une seconde nappe de fibres sur la préforme coté intrados (5a, 5c) et extrados (5b) ;

[Fig.6a-6b] les figures 6a et 6b sont des vues schématiques de mise en place d’un film de colle directement sur la préforme préimprégnée coté intrados (6a) et extrados (6b)

J

[Fig.7] la figure 7 est une vue schématique d’une découpe du film de colle sur la préforme par un opérateur ;

[Fig.8] la figure 8 est une vue schématique du film de colle correctement positionné sur la préforme avec le gabarit toujours en place ;

[Fig.9a-9b] les figures 9a et 9b sont des vues similaires à celle de la figure 8 mais après le retrait du gabarit coté intrados (9a) et extrados (9b) ;

[Fig.10] la figure 10 est une vue schématique en perspective du bouclier collé sur la préforme ; et

[Fig.11 ] la figure 11 est une vue schématique en perspective d’un moule dans lequel la préforme et le bouclier sont destinés à être disposés.

Description détaillée de l'invention On se réfère d’abord à la figure 1 qui illustre une aube 10 en matériau composite pour une turbomachine, cette aube 10 étant par exemple une aube de soufflante. Alternativement, l’aube 10 est par exemple un redresseur de flux.

L’aube 10 comprend une pale 12 reliée par une échasse 14 à un pied 16 qui a par exemple une forme en queue d’aronde et est conformé pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor, afin de retenir l’aube sur ce disque.

La pale 12 comprend un bord d’attaque 12a et un bord de fuite 12b des gaz qui s’écoulent dans la turbomachine. La pale 12 a un profil aérodynamique incurvé voire vrillé et comprend un intrados 18 et un extrados 19 s’étendant depuis le bord d’attaque 12a jusqu’au bord de fuite 12b.

La pale 12 est réalisée à partir d’une préforme 2 (visible sur les figures 3a, 3b et 3c), notamment fibreuse, et en particulier obtenue par tissage en trois dimensions de fibres et/ou par empilement de nappes de fibres, ces fibres étant par exemple en carbone. L’aube 10 comprend également un bouclier métallique 1 configuré pour renforcer et protéger le bord d’attaque 12a de la pale 12. Le bouclier 1 s’étend le long du bord d’attaque 12a de la pale. Le bouclier 1 est par exemple en alliage à base de nickel et de cobalt.

Dans la présente invention, cette fixation est réalisée par collage du bouclier 1 au moyen d’au moins un film de colle 7 (visible à la figure 7), également appelé film adhésif.

La figure 2 est un organigramme qui illustre des étapes d’un procédé de fabrication selon l’invention d’une aube composite 10 telle que celle représentée à la figure 1 . Le procédé peut comprendre plusieurs étapes dont certaines sont facultatives.

La première étape a) du procédé consiste à préparer une préforme 2, en particulier une préforme composite, notamment la préforme composite de la pale 12, visible aux figures 3a, 3b et 3c. La préparation de la préforme 2 comprend par exemple le tissage de premières fibres imprégnées d’une résine polymérisable. Les premières fibres sont notamment en carbone. En variante ou en caractéristique additionnelle, la préforme 2 comprend l’empilement de plusieurs nappes de premières fibres tissées ou non tissées.

Les étapes suivantes b), c), d) et e) vont permettre la création d’un gabarit 5 délimitant une zone 15 d’apposition de colle sur la préforme 2 à l’emplacement prévu du bouclier 1 , c’est-à-dire une zone 15 destinée à être située sous le bouclier 1 . L’étape b) consiste en un positionnement d’un film 3 sur au moins une partie de la préforme 2, ce film 3 recouvrant un bord 9 de la préforme 2 destiné à former le bord d’attaque 12a de la pale 12. Le film 3 peut être un film inerte chimiquement ou en papier. Ce film 3 est par exemple un film plastique.

L’étape suivante c) permet de dimensionner le gabarit 5. Pour cela, on positionne de manière provisoire le bouclier 1 sur le bord 9 de la préforme 2 destiné à former le bord d’attaque 12a de la pale 12, comme illustré sur la figure 3a. Une partie du film 3 se trouve donc intercalée entre le bouclier 2 et ce bord de la préforme 2.

Une fois le bouclier 1 positionné :

- on découpe (selon une étape d)) le film le long des bords 13 du bouclier 1 , c’est- à-dire ici le long d’un premier bord du bouclier 1 situé coté intrados et le long d’un second bord du bouclier 1 situé coté extrados. La découpe est réalisée de façon à ce que le film découpé forme au moins le gabarit 5 délimitant la zone 15 d’apposition de colle. Le bouclier 1 est ensuite retiré selon une étape e) ; ou

- comme illustré sur les figures 3a, 3b et 3c, on trace (selon une étape intercalaire j)) une ligne de démarcation 4 sur le film 3, le long des bords 13 du bouclier 1 c’est-à-dire ici le long d’un premier bord du bouclier 1 situé coté intrados et le long d’un second bord du bouclier 1 situé coté extrados. Lors du traçage de la ligne de démarcation 4, une petite marge est laissée entre le bouclier 1 et la ligne tracée 4, par exemple 3mm. Cette ligne de démarcation 4 est par exemple marquée avec un feutre noir. On retire ensuite le bouclier 1 (étape e)) puis on découpe le film 3 (étape d)) ou inversement. La découpe du film 3 se fait le long de cette ligne de démarcation 4 marquée précédemment, de façon à ce que le film découpé forme au moins le gabarit 5 délimitant la zone 15 d’apposition de colle.

Comme visible sur les figures 4a et 4b, le nombre de gabarit 5 est par exemple de deux, ces gabarits 5 étant disposés sur deux faces 21 , 22 de la préforme 2 destinées à former respectivement l’intrados 18 et l’extrados 19 de la pale 12. Le ou chaque gabarit 5 comprend, par exemple, un bord 17 incurvé ou ondulé s’étendant le long du bord d’attaque 12a et à distance de ce dernier. Le bord 17 s’étend par exemple sensiblement parallèlement au bord d’attaque 12a, coté intrados et coté extrados. Le gabarit 5 s’étend notamment au moins sur toute la hauteur de la préforme 2.

On remarque ici que la zone 15 d’apposition de colle présente une surface plus importante coté intrados (figure 4a) que coté extrados (figures 4b). En effet, le bouclier 1 , une fois collé sur la préforme, doit présenter une surface plus importante coté intrados que coté extrados.

Comme visible sur les figures 5a, 5b et 5c, le procédé comprend éventuellement les étapes i), ii), iii) suivantes, qui sont toutefois facultatives mais préférées, et qui consistent à intercaler une nappe de secondes fibres 6 entre le film de colle 7 et la préforme 2.

Pour cela, on retire le ou les gabarits 5 pour l’étape i). Ensuite, on positionne au moins une nappe de secondes fibres 6, par exemple fibres de verre ou de mailles de bronze, sur au moins une partie de la préforme 2 (étape ii). On positionne par exemple d’abord la nappe de secondes fibres 6 sur l’intrados (figure 5a) puis on l’entoure autour de la préforme 2 de manière à la positionner également sur l’extrados (figure 5b). La figure 5c illustre la nappe de secondes fibres 6 une fois positionnée sur l’intrados. Cette seconde nappe 6 recouvre ainsi le bord 9 de la préforme 2 destiné à former le bord d’attaque.

Puis l’étape suivante iii) consiste à repositionner le ou les gabarits 5 sur la préforme 2, comme sur la figure 4a (coté intrados) et la figure 4b (coté extrados).

La suite du procédé comprend notamment les étapes f), g) et h) indépendamment du positionnement de la nappe de seconde fibre 6, c’est-à-dire indépendamment de l’exécution ou non des étapes i), ii) et iii).

Lors de l’étape f) du procédé, comme représenté sur la figure 6a du côté de l’intrados et la figure 6b du côté de l’extrados, on positionne un film de colle 7 sur la zone 15 qui correspond à l’emplacement futur du bouclier 1 . Cette zone s’étend sur les faces 21 , 22 de la préforme 2 destinées à former respectivement l’intrados 18 et l’extrados 19 de la pale12.

Ce film de colle 7 peut par exemple être :

- un film double face, c’est à dire un film collant sur ses deux faces,

- revêtu ou imbibé sur une ou ses deux faces d’une colle par exemple du type AF191 U / AF191 K / FM309-1 ,

- avec une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,2 mm.

On poursuit l’étape f) pour ajuster le film de colle 7 par la découpe de ce film suivant la forme du ou de chaque gabarit 5. Cette étape est notamment facilitée car on peut voir le trait dessiné 4 sur le gabarit 5 par transparence du film de colle 7.

La découpe peut notamment se réaliser, comme illustré sur la figure 7, à l’aide d’une lame coupante 8. Pour ne pas abîmer la préforme 2 sous le film de colle 7, on peut par exemple couper le film de colle 7 sans appuyer sur celui-ci. Le simple fait de lever le film de colle 7, du côté du gabarit 5, sur la lame coupante 8 permet de le couper.

À la suite de cette étape, on obtient la préforme 2, telle qu’illustrée sur la figure 8, qui comprend une zone comprenant la colle 7 à l’emplacement qui accueillera le bouclier 1.

Comme illustré à la figure 9a (coté intrados) et la figure 9b (coté extrados), l’étape g) consiste au retrait du ou de chaque gabarit 5.

Comme illustré sur la figure 10, et toujours selon l’étape g), le bouclier 1 est ensuite positionné sur le film de colle 7 afin que le bouclier 1 adhère au film de colle 7, ce dernier étant lui-même collé sur la préforme comme vu précédemment. Le bouclier 1 est ainsi solidarisé à la pale 12 par l’intermédiaire du film de colle 7.

Le procédé comprend alors une étape h) qui permet d’obtenir la pièce finale en cocuisson. On place tout d’abord l’ensemble préalablement formé, c’est à dire la préforme 2, le bouclier 1 , le film de colle 7 et éventuellement la nappe de secondes fibres 6 dans un moule de thermocompression 30 tel qu’illustré à la figure 11 . On cuit ensuite l’ensemble, conjointement, pour permettre la polymérisation et ainsi le durcissement de la résine.

On obtient alors le produit final, c’est-à-dire ici une aube 10 telle que décrite précédemment comprenant la pale et le bouclier.