TITRE : AUBE COMPOSITE POUR UN MOTEUR D’AERONEF ET SES PROCEDES DE FABRICATION ET DE REPARATION

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne une aube en matériau composite pour une turbomachine d’aéronef, ainsi que des procédés de fabrication et de réparation de cette aube.

Arrière-plan technique

L’état de la technique comprend notamment les documents FR-A1-2956057, FR-A1-3029 134, FR-A1-3051 386, US-A1 -2011/194941 et US-A1-

2007/092379. 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 de soufflante et comporte plusieurs étapes successives. On commence par réaliser le tissage de fibres pour obtenir une ébauche de préforme en trois dimensions, puis on découpe l’ébauche pour obtenir une préforme présentant sensiblement la forme de l’aube à obtenir. Cette préforme est alors disposée dans un moule d'injection, qui est refermé. Puis on injecte de la résine à l'état liquide en maintenant une pression sur la résine injectée pendant que l’on effectue la polymérisation de la pièce par chauffage.

Les résines utilisées sont des résines très fluides qui sont à même de bien pénétrer les fibres de la préforme, même lorsqu'elles sont injectées sous une pression réduite. Pendant la polymérisation, sous l'effet de la chaleur, la résine injectée passe successivement de l'état liquide à l'état gélifié et enfin à l'état solide.

Pour la fabrication d’une aube, par exemple de soufflante de turbomachine, 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 Le bouclier peut être fixé à la pale de deux façons. Une première façon consiste à coller le bouclier sur la pale, après polymérisation de la résine. La colle se présente alors sous forme de pâte.

Une autre façon consiste à fixer le bouclier par co-moulage avec la préforme fibreuse. La préforme est disposée dans le moule et le bouclier est positionné sur le bord de la préforme destiné à former le bord d’attaque de la pale. La résine injectée imprègne la préforme et vient au contact du bouclier pour assurer sa solidarisation à la pale après polymérisation et durcissement.

La présente invention concerne un perfectionnement à cette seconde technologie dans laquelle le bouclier et la préforme subissent un co-moulage. Le document US-A1 -2007/0092379 a déjà proposé d’étaler une colle sous forme de pâte entre le bouclier et la préforme, avant l’injection de résine dans la préforme, de façon à former une couche ou un film de colle entre ces éléments. Cependant, cette opération est délicate et présente plusieurs inconvénients : il est difficile de s’assurer que la colle est bien étalée sur toute la surface à coller, et il n’est pas possible de garantir une épaisseur constante de colle sur cette surface. En conclusion, cette solution n’est pas optimale et n’est pas industrialisable car la fabrication peut être difficilement réalisée avec un bon niveau de répétabilité.

L’invention apporte une solution simple, efficace et économique pour assurer un positionnement correct et une tenue mécanique optimale du bouclier sur l’aube.

Résumé de l'invention L’invention propose 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 consistant à : a) disposer une préforme réalisée par tissage de fibres en trois dimensions dans un moule, le bouclier étant positionné sur un bord de la préforme destiné à former le bord d’attaque de la pale, b) injecter de la résine polymérisable dans le moule afin qu’elle imprègne la préforme de façon à former la pale après solidification, caractérisé en ce qu’au moins un film adhésif double face est intercalé entre le bouclier et le bord de la préforme lors de l’étape a).

L’invention propose ainsi d’assurer la fixation du bouclier sur la pale par co moulage et par un film adhésif double face , c’est-à-dire par une bande ou un ruban de matière adhésive. Le film adhésif est intercalé entre le bouclier et le bord de la préforme et est destiné à améliorer et maintenir la position du bouclier sur le bord de la préforme, et pour améliorer également la tenue et la résistance à l’arrachement du bouclier vis-à-vis de la pale. On comprend donc que, lors de l’injection de résine dans le moule de fabrication de la pale, cette résine va imprégner la préforme et va également venir au contact du film voire également du bouclier, assurant ainsi une fixation optimale du bouclier sur l’aube.

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 :

- ledit film adhésif est découpée suivant la forme du bord et/ou du bouclier lors de l’étape a) ;

- le film adhésif est collé sur le bord de la préforme préalablement au positionnement du bouclier sur ce bord ;

- le bouclier a une forme de dièdre et définit une rainure à section en V, ledit au moins un film adhésif étant collé sur le bouclier à l’intérieur de la rainure ; - un premier film adhésif est collé dans la rainure, sur une première paroi longitudinale du bouclier, et un second film adhésif est collé dans la rainure, sur une seconde paroi longitudinale du bouclier ;

- préalablement au positionnement du bouclier sur le bord de la préforme, ce bord est comprimé ;

- le bord de la préforme est comprimé jusqu’à ce qu’il atteigne une épaisseur représentant 75% à 95% d’une largeur ou dimension transversale maximale de la rainure à la fin de l’étape b) ;

- la préforme est humidifiée avant de comprimer son bord ;

- au moins un tissu d’interface est intercalé entre la préforme et le film adhésif, et s’étend le long dudit bord de la préforme ; le tissu est particulièrement avantageux en particulier lors d’une réparation de l’aube, comme cela sera évoqué dans ce qui suit ;

- un unique tissu d’interface est plié et inséré à l’intérieur de la rainure ;

- le film adhésif, voire le tissu d’interface, est/sont chauffé(s) pour favoriser l’adhérence ;

- le film adhésif dépasse du bouclier et s’étend sur des surfaces de la préforme non recouvertes par le bouclier.

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 tel que décrit ci-dessus et comportant au moins un film adhésif entre le bouclier et le bord d’attaque de la pale, voire également au moins un tissu d’interface intercalé entre la pale et le film adhésif.

La présente invention concerne enfin un procédé de réparation d’une aube telle que décrite ci-dessus lorsqu’elle est équipée dudit tissu d’interface, le bouclier de cette aube étant endommagé et devant être remplacé, le procédé comprenant les étapes consistant à :

- retirer le bouclier et le film adhésif, le tissu d’interface étant destiné à rester sur le bord d’attaque de la pale, et

- coller un nouveau bouclier sur ce tissu d’interface. Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 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,

[Fig.2] la figure 2 est un schéma bloc montrant des étapes d’un procédé selon l’invention de fabrication d’une aube telle que celle représentée à la figure 1 , [Fig.3] la figure 3 est une vue schématique en perspective de deux films adhésifs utilisés dans le cadre d’un procédé de fabrication selon l’invention, [Fig.4] la figure 4 est une vue schématique en perspective d’un bouclier sur lequel sont collés les deux films de la figure 3,

[Fig.5] la figure 5 est une vue schématique en perspective d’un tissu d’interface manipulé par un opérateur lors d’un procédé de fabrication selon l’invention, [Fig.6] la figure 6 est une vue schématique en perspective d’un bouclier sur lequel est positionné le tissu d’interface de la figure 5,

[Fig.7] la figure 7 est une vue schématique en perspective d’une préforme dont un bord subit une compression, [Fig.8] la figure 8 est une vue schématique en perspective de la préforme de la figure 7 sur un bord de laquelle est positionné le bouclier de la figure 6,

[Fig.9] la figure 9 est une vue schématique en perspective d’un moule dans lequel sont destinés à être disposés la préforme et le bouclier, et dans lequel est destinée à être injectée la résine, et [Fig.10] la figure 10 est une vue schématique en perspective d’une préforme sur un bord de laquelle est collé un film adhésif, et illustre une variante de réalisation de l’invention.

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. 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 20 s’étendant entre les bords d’attaque 12a et de fuite 12b.

La pale 12 est réalisée à partir d’une préforme fibreuse obtenue par tissage en trois dimensions de fibres, par exemple en carbone.

Le bord d’attaque 12a de la pale est renforcé et protégé par un bouclier métallique 22 qui est fixé sur ce bord d’attaque 12a. Le bouclier 22 est par exemple en alliage à base de nickel et cobalt.

Dans la présente invention, cette fixation est réalisée d’une part par co moulage de la préforme avec le bouclier 22, et d’autre part par collage du bouclier 22 au moyen d’au moins un film adhésif 24.

La figure 2 est un organigramme qui illustre des étapes d’un procédé de fabrication 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 comprend plusieurs sous-étapes ou opérations. Lors d’une première opération a1) évoquée dans ce qui précède, une préforme fibreuse 26 est réalisée par tissage de fibres, cette préforme étant notamment visible à la figure 8. La préforme 26 obtenue est brute et peut subir des opérations telles qu’une découpe par exemple. Les extrémités des fibres de la préforme 26 ont tendance à foisonner sur la surface extérieure de la préforme, ce qui peut engendrer un surépaississement de la préforme par rapport aux côtes finales souhaitées de la pale.

Lors d’une autre opération a2) du procédé, illustrée à la figure 3, un ou plusieurs films adhésifs 24 sont préparés. Ce film adhésif 24 est destiné à être intercalé entre le bouclier 22 et la préforme 26, avant injection de la résine dans le moule de fabrication de l’aube.

Ce film adhésif 24 est un film double face, c’est-à-dire un film collant sur ses deux faces. Ce film est ainsi revêtu ou imbibé sur ses deux faces d’une colle par exemple celles commercialisées par la société 3M sous les références AF191 U® ou AF191 K® ou celle commercialisée par la société Solvay sous la référence FM309-1®.

Ce film adhésif 24 a par exemple une épaisseur comprise entre 0,1mm et 0,2 mm. Ce film 24 peut se présenter sous forme d’une bande. Il peut ainsi avoir une forme allongée dont les dimensions sont fonction de celle du bouclier 22. Le bouclier 22, tel que représenté à la figure 4, a une forme de dièdre et définit une rainure 22a à section en V.

Le film adhésif 24 est de préférence collé sur le bouclier 22, à l’intérieur de la rainure 22a. Comme cela est visible à la figure 3, le plus simple et efficace est de découper deux films adhésifs 24 et de les coller respectivement sur une première paroi longitudinale 22b du bouclier, et sur une seconde paroi longitudinale 22c du bouclier, à l’intérieur de la rainure 22a.

On obtient alors le montage de la figure 4.

Une opération a3) suivante, qui est toutefois facultative mais préférée, consiste à intercaler un tissu d’interface 28 entre le ou les films adhésifs 24 et la préforme 26, toujours avant injection de la résine dans cette préforme 26. Le tissu d’interface 28 est de préférence préalablement coupé aux bonnes dimensions, comme illustré à la figure 5. Contrairement à ce qui est évoqué plus haut concernant le film 24, un unique tissu 28 peut être découpé. On comprend que ce tissu 28 doit être plié en deux et inséré dans la rainure 22a, par-dessus les films adhésifs 24, de façon à ce qu’une partie latérale du tissu s’étende sur le film adhésif déposé sur la première paroi longitudinale 22b du bouclier 22, et que l’autre partie latérale du tissu 28 s’étende sur le film adhésif 24 déposé sur la seconde paroi longitudinale 22c du bouclier, à l’intérieur de la rainure 22a.

On obtient alors le montage de la figure 6.

La figure 7 illustre une opération avantageuse du procédé de fabrication, qui consiste à comprimer le bord 26a de la préforme 26 sur lequel le bouclier 22 est destiné à être fixé (opération a4)).

Cette compression peut être faite au moyen d’une presse par exemple. Le bord 26a de la préforme 26 est de préférence comprimé jusqu’à ce qu’il atteigne une épaisseur représentant 75% à 95% d’une largeur ou dimension transversale maximale de la rainure 22a du bouclier 22 à la fin du procédé. Avant compression de la préforme, son épaisseur peut être de 120% environ par rapport à l’épaisseur finale de la pale du fait du foisonnement évoqué dans ce qui précède. La figure 8 illustre une opération suivante (a5)) du procédé lors de laquelle le bouclier 22, équipé ici des films adhésifs 24, et éventuellement du tissu d’interface 28, est positionné sur le bord 26a, éventuellement comprimé, de la préforme 26.

Le bouclier de la figure 8 est alors positionné dans un moule 30 qui est fermé (figure 9) par exemple avec un contre-moule. La fermeture du moule 30 doit permettre d’appliquer une pression suffisante sur le bouclier 22 afin d’éviter que de la résine recouvre le bouclier lors de l’injection. Cette pression peut engendrer une déformation du bouclier en particulier une réduction de la largeur de la rainure 22a, qui va ainsi adopter une valeur correspondant à l’épaisseur cumulée souhaitée de la pale, du ou des films et du tissu d’interface.

Les opérations a1) à a5) successives dont certaines sont facultatives représentent une première étape a) du procédé de fabrication.

Lors d’une seconde étape b) du procédé, de la résine est injectée dans le moule 30 et est destinée à imprégner la préforme 26 et à venir au contact du tissu d’interface 28 lorsqu’il est présent, ou sinon du film adhésif et du bouclier. Après polymérisation et durcissement de la résine, le bouclier 22 est solidarisé à la pale par l’intermédiaire des films adhésifs 24 et de la résine.

L’aube 10 ainsi obtenue, après polymérisation de la résine, est avantageuse dans la mesure où son bouclier 22 est parfaitement positionné et maintenu sur la pale 12.

La figure 10 illustre une variante de réalisation du procédé de fabrication selon l’invention, dans laquelle le film adhésif 24 est collé sur la préforme 26 et non pas sur le bouclier 22. On comprend alors que le bouclier 22 est ensuite positionné et monté sur le bord 26a de la préforme 26, sur lequel est collé le film adhésif 24. L’injection et la polymérisation de la résine dans la préforme situé dans le moule 30, peuvent alors intervenir. Préalablement à cette étape, un tissu d’interface 28 peut être positionné sur la préforme 26. Le film adhésif 24 est alors collé sur le tissu d’interface 28, avant le positionnement du bouclier 22 sur le bord 26a de la préforme 26 et sur le film adhésif 24. La présente invention concerne aussi une aube composite 10 obtenue par le procédé précité, ainsi qu’un procédé de réparation de ce type d’aube. Lorsque le bouclier 22 est endommagé et doit être remplacé, le procédé comprend les étapes consistant à :

- retirer le bouclier 22 et le film adhésif 24, le tissu d’interface 28 étant destiné à rester sur le bord d’attaque de la pale lorsque que ce tissu est présent, et

- coller un nouveau bouclier, en particulier sur le tissu d’interface lorsqu’il est présent.