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FR3153280A1 - Composite aeronautical part comprising an overmolded portion - Google Patents

Composite aeronautical part comprising an overmolded portion Download PDF

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FR3153280A1
FR3153280A1 FR2310220A FR2310220A FR3153280A1 FR 3153280 A1 FR3153280 A1 FR 3153280A1 FR 2310220 A FR2310220 A FR 2310220A FR 2310220 A FR2310220 A FR 2310220A FR 3153280 A1 FR3153280 A1 FR 3153280A1
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FR
France
Prior art keywords
impregnation
leading edge
thermoplastic
aeronautical part
aeronautical
Prior art date
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Pending
Application number
FR2310220A
Other languages
French (fr)
Inventor
Didier Fromonteil
Hervé Grelin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Priority to FR2310220A priority Critical patent/FR3153280A1/en
Priority to PCT/FR2024/051198 priority patent/WO2025068648A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Pièce aéronautique (10) comprenant un corps (11) en matériau composite qui présente une portion qui est au moins partiellement imprégnée d’un matériau d’imprégnation (30) de type thermoplastique et un élément de protection (34,44) comprenant un matériau de construction de type thermoplastique qui est rapporté par surmoulage sur la portion. Procédé de fabrication d’une telle pièce. Figure pour l’abrégé : Figure 10 Aeronautical part (10) comprising a body (11) made of composite material which has a portion that is at least partially impregnated with a thermoplastic-type impregnation material (30) and a protective element (34, 44) comprising a thermoplastic-type construction material which is added by overmolding onto the portion. Method for manufacturing such a part. Figure for abstract: Figure 10

Description

Pièce aéronautique composite comprenant une portion surmouléeComposite aeronautical part comprising an overmolded portion

L’invention concerne une pièce aéronautique telle qu’une pale de turbomachine comme par exemple une turbine à gaz industrielle, une turbine aéronautique de moteur d’avion ou d’hélicoptère, ou encore une unité de puissance auxiliaire (APU). L’invention s’applique notamment aux pales de soufflante, de turbine et de redresseurs OGV.The invention relates to an aeronautical part such as a turbomachine blade such as for example an industrial gas turbine, an aeronautical turbine of an aircraft or helicopter engine, or an auxiliary power unit (APU). The invention applies in particular to fan, turbine and OGV rectifier blades.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURESTATE OF THE PRIOR ART

Dans un moteur de type turboréacteur, repéré par 1 dans laFIG. 1, l'air est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante 3 avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.In a turbojet engine, marked 1 in the FIG. 1 , the air is admitted into an inlet sleeve 2 to pass through a blower 3 before splitting into a central primary flow and a secondary flow surrounding the primary flow.

Le flux primaire est compressé par des compresseurs basse pression 4 et haute pression 5 avant d'atteindre une chambre de combustion 6, après quoi il se détend en traversant une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8, avant d'être évacué en générant une poussée auxiliaire. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée principale.The primary flow is compressed by low pressure 4 and high pressure 5 compressors before reaching a combustion chamber 6, after which it expands by passing through a high pressure turbine 7 and a low pressure turbine 8, before being evacuated, generating auxiliary thrust. The secondary flow is propelled directly by the fan to generate main thrust.

Chaque turbine 7, 8, ainsi que la soufflante 3 comporte des couronnes d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un axe de rotation AX, un carter externe 9 entourant les couronnes d’aubes.Each turbine 7, 8, as well as the fan 3, comprises crowns of blades oriented radially and regularly spaced around an axis of rotation AX, an external casing 9 surrounding the crowns of blades.

Chaque aube 10 porte une pale 12. La pale 12 comporte un corps 11 en matériau composite. L’aube 10 comprend un pied P par lequel elle est montée à une alvéole d’un disque rotatif du turboréacteur. Le pied P est prolongé par une pale 12 s’étendant selon une direction principale EV, dite direction d’envergure. Cette pale 12 est la partie aérodynamique de cette aube, et elle est terminée par un sommet. Elle comprend un bord d'attaque 13 sensiblement parallèle à la direction d’envergure EV et situé à l'amont AM, par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine et un bord de fuite 14 sensiblement parallèle au bord d'attaque 13 et espacé de celui-ci le long de l'axe AX pour être à l’aval AV de l'aube. La pale 12 est terminée par un sommet S. Un élément de bord d’attaque 15 métallique est rapporté par collage sur le bord d’attaque 13 afin d’en améliorer la résistance aux chocs et à l’abrasion. L’assemblage par collage est proscrit pour la réalisation de pièces aéronautiques critiques et la réalisation de l’élément de bord d’attaque en métal limite la possibilité d’agir sur la géométrie de celui-ci pour en améliorer les performances. Enfin, un tel élément de bord d’attaque rajoute de la masse sur une pièce mobile à haute vitesse.Each blade 10 carries a blade 12. The blade 12 comprises a body 11 made of composite material. The blade 10 comprises a root P by which it is mounted to a cell of a rotating disk of the turbojet engine. The root P is extended by a blade 12 extending in a main direction EV, called the span direction. This blade 12 is the aerodynamic part of this blade, and it is terminated by a tip. It comprises a leading edge 13 substantially parallel to the span direction EV and located upstream AM, relative to the direction of circulation of the gases in the turbomachine and a trailing edge 14 substantially parallel to the leading edge 13 and spaced from it along the axis AX to be downstream AV of the blade. The blade 12 is terminated by a tip S. A metal leading edge element 15 is attached by gluing to the leading edge 13 in order to improve its resistance to shocks and abrasion. Assembling by gluing is prohibited for the production of critical aeronautical parts and the production of the leading edge element in metal limits the possibility of acting on its geometry to improve its performance. Finally, such a leading edge element adds mass to a part moving at high speed.

Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.Climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various carbon emission restrictions have been, are being, or will be adopted by various states. In particular, an ambitious standard applies to both new aircraft types and those already in operation, requiring the implementation of technological solutions to ensure their compliance with current regulations. Civil aviation has been mobilizing for several years now to contribute to the fight against climate change.

Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.Technological research efforts have already led to very significant improvements in the environmental performance of aircraft. The Applicant takes into consideration the impact factors in all phases of design and development to obtain less energy-intensive, more environmentally friendly aeronautical components and products whose integration and use in civil aviation have moderate environmental consequences with the aim of improving the energy efficiency of aircraft.

Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.Consequently, the Applicant is constantly working to reduce its negative climate impact by using methods and operating virtuous development and manufacturing processes and minimizing greenhouse gas emissions to the minimum possible in order to reduce the environmental footprint of its activity.

Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.This sustained research and development work focuses on new generations of aircraft engines, the weight reduction of aircraft, particularly through the materials used and lighter on-board equipment, the development of the use of electrical technologies to ensure propulsion, and, as an essential complement to technological progress, aeronautical biofuels.

A cet effet, l'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental des avions. Pour cela, l’invention concerne une pièce aéronautique comprenant un corps en matériau composite qui présente une portion qui est au moins partiellement imprégnée d’un matériau d’imprégnation de type thermoplastique et un élément de protection comprenant un matériau de construction de type thermoplastique qui est rapporté par surmoulage sur la portion.To this end, the invention is the result of technological research aimed at very significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft. For this purpose, the invention relates to an aeronautical part comprising a body made of composite material which has a portion which is at least partially impregnated with a thermoplastic-type impregnation material and a protective element comprising a thermoplastic-type construction material which is added by overmolding to the portion.

On obtient ainsi une pièce à la durabilité améliorée qui présente un corps léger en composite à résine thermodurcissable et dont une portion est renforcée à l’aide d’un élément de protection réalisé en un matériau léger, résistant et économique à façonner. Le surmoulage de l’élément de protection améliore la durabilité et autorise d’étendre ce type de renfort à des pièces, telles que des pales, considérées critiques. Enfin, l’injection thermoplastique permet à l’élément de protection d’épouser parfaitement le contour de la pièce et d’assurer une liaison fiable quel que soit la géométrie de la pièce quand une pièce rapportée peut présenter des tolérances de formes néfastes à l’assemblage (par collage par exemple).This results in a part with improved durability that has a lightweight body made of thermosetting resin composite, a portion of which is reinforced with a protective element made of a lightweight, strong and economical material to shape. Overmolding the protective element improves durability and allows this type of reinforcement to be extended to parts, such as blades, which are considered critical. Finally, thermoplastic injection allows the protective element to perfectly match the contour of the part and ensure a reliable connection regardless of the geometry of the part when an added part may have shape tolerances that are detrimental to assembly (by gluing for example).

Au sens de la présente demande, une pièce aéronautique est une pièce qui est mise en œuvre dans un aéronef et qui est généralement soumise à des exigences de sécurité normatives. L’invention s’applique plus particulièrement aux pièces composites moteur ayant un profil aérodynamique.For the purposes of this application, an aeronautical part is a part which is implemented in an aircraft and which is generally subject to normative safety requirements. The invention applies more particularly to composite engine parts having an aerodynamic profile.

Selon d’autres modes de réalisation particuliers, non exclusifs et optionnels de l’invention :

  • la pièce aéronautique est une pale de turbomachine comprenant un corps de pale en matériau composite s’étendant selon une direction principale, le corps ayant un intrados et un extrados reliés en une partie amont du corps par un bord d’attaque et en une partie aval du corps d’autre part par un bord de fuite, les parties amont et aval étant situées de part et d’autre de la direction principale. La portion qui est au moins partiellement imprégnée d’un matériau d’imprégnation de type thermoplastique la portion qui est au moins partiellement imprégnée d’un matériau d’imprégnation de type thermoplastique est une portion d’un bord choisi parmi le bord d’attaque et le bord de fuite ;
According to other particular, non-exclusive and optional embodiments of the invention:
  • the aeronautical part is a turbomachine blade comprising a blade body made of composite material extending in a main direction, the body having a lower surface and an upper surface connected in an upstream part of the body by a leading edge and in a downstream part of the body on the other hand by a trailing edge, the upstream and downstream parts being located on either side of the main direction. The portion which is at least partially impregnated with a thermoplastic type impregnation material the portion which is at least partially impregnated with a thermoplastic type impregnation material is a portion of an edge chosen from the leading edge and the trailing edge;

- l’élément de protection présente des serrations ;- the protective element has serrations;

- le matériau d’imprégnation est choisi parmi les types de matériaux suivants : Polyetherimide, Polyétherétherketone, Polyétherketone ;- the impregnation material is chosen from the following types of materials: Polyetherimide, Polyetheretherketone, Polyetherketone;

- la portion de bord d’attaque possède une épaisseur sensiblement égale à un toron d’une fibre du matériau composite ;- the leading edge portion has a thickness substantially equal to a strand of a fiber of the composite material;

- le bord de fuite est imprégné d’un autre matériau d’imprégnation de type thermoplastique et le corps d’aube comporte un élément de bord de fuite comprenant un autre matériau de construction de type thermoplastique et qui est rapporté sur le bord de fuite par surmoulage.- the trailing edge is impregnated with another thermoplastic type impregnation material and the blade body comprises a trailing edge element comprising another thermoplastic type construction material and which is attached to the trailing edge by overmolding.

L’invention concerne également une turbomachine comprenant une aube telle que décrite ci-dessus ainsi qu’un procédé de fabrication d’une pale de turbine comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a turbomachine comprising a blade as described above as well as a method of manufacturing a turbine blade comprising the following steps:

- une étape de préfabrication d’une préforme fibreuse d’un corps de pale comportant un bord d’attaque et un bord de fuite;- a step of prefabricating a fiber preform of a blade body comprising a leading edge and a trailing edge;

- une étape d’imprégnation d’au moins une partie d’un des deux bords à l’aide d’un premier matériau d’imprégnation de type thermoplastique ;- a step of impregnating at least part of one of the two edges using a first thermoplastic type impregnation material;

- une étape d’injection de résine ;- a resin injection step;

- une étape d’injection d’un matériau thermoplastique pour former un élément de protection sur la partie par surmoulage.- a step of injecting a thermoplastic material to form a protective element on the part by overmolding.

Avantageusement, l’étape d’imprégnation comprend les étapes suivantes :Advantageously, the impregnation step includes the following steps:

- une étape de positionnement d’un film en le premier matériau thermoplastique sur le bord ;- a step of positioning a film in the first thermoplastic material on the edge;

- une étape d’application d’une pression d’imprégnation sur le film thermoplastique ;- a step of applying impregnation pressure to the thermoplastic film;

- et/ou une étape de chauffe à une température d’imprégnation du film thermoplastique.- and/or a heating step at an impregnation temperature of the thermoplastic film.

Préférentiellement, l’étape d’imprégnation comprend une étape de surveillance de la pression d’imprégnation et/ou de la température d’imprégnation ainsi qu’une étape d’arrêt de l’imprégnation lorsque la pression d’imprégnation et/ou la température d’imprégnation, est inférieure à une valeur prédéfinie.Preferably, the impregnation step comprises a step of monitoring the impregnation pressure and/or the impregnation temperature as well as a step of stopping the impregnation when the impregnation pressure and/or the impregnation temperature is lower than a predefined value.

Selon un mode de réalisation particulier, l’étape d’injection de résine se fait selon le procédé de moulage par transfert de résine et/ou les étapes de préfabrication, d’imprégnation et d’injection de résine se déroulent dans un unique moule d’outillage maintenu fermé durant toutes ces étapes.According to a particular embodiment, the resin injection step is carried out using the resin transfer molding process and/or the prefabrication, impregnation and resin injection steps take place in a single tool mold kept closed during all of these steps.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier non limitatif de l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of a particular non-limiting embodiment of the invention.

Il sera fait référence aux figures jointes parmi lesquelles :
FIG. 1LaFIG. 1est une vue schématique en coupe longitudinale d’un moteur d’aéronef ;
FIG. 2LaFIG. 2est une vue schématique en perspective d’une aube de turbomachine ;
FIG. 3LaFIG. 3est une vue schématique partielle en coupe transversale des premières et deuxième étapes du procédé selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 4LaFIG. 4est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une quatrième étape du procédé selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 5LaFIG. 5est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une cinquième étape du procédé selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 6LaFIG. 6est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une sixième étape du procédé selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 7LaFIG. 7est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une septième étape du procédé selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 8LaFIG. 8est une vue schématique partielle de détail en vue côté d’une aube selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 9LaFIG. 9est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une huitième étape du procédé selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 10LaFIG. 10est une vue schématique en perspective d’une aube de turbomachine selon le premier mode de réalisation de l’invention.
FIG. 11LaFIG. 11est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une huitième étape du procédé selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
FIG. 12LaFIG. 12est une vue schématique en perspective d’une aube de turbomachine selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
Reference will be made to the attached figures, including:
FIG. 1 There FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an aircraft engine;
FIG. 2 There FIG. 2 is a schematic perspective view of a turbomachine blade;
FIG. 3 There FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view of the first and second steps of the method according to a first embodiment of the invention;
FIG. 4 There FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of a fourth step of the method according to the first embodiment of the invention;
FIG. 5 There FIG. 5 is a partial schematic cross-sectional view of a fifth step of the method according to the first embodiment of the invention;
FIG. 6 There FIG. 6 is a partial schematic cross-sectional view of a sixth step of the method according to the first embodiment of the invention;
FIG. 7 There FIG. 7 is a partial schematic cross-sectional view of a seventh step of the method according to the first embodiment of the invention;
FIG. 8 There FIG. 8 is a partial schematic view of detail in side view of a blade according to the first embodiment of the invention;
FIG. 9 There FIG. 9 is a partial schematic cross-sectional view of an eighth step of the method according to the first embodiment of the invention;
FIG. 10 There FIG. 10 is a schematic perspective view of a turbomachine blade according to the first embodiment of the invention.
FIG. 11 There FIG. 11 is a partial schematic cross-sectional view of an eighth step of the method according to a second embodiment of the invention;
FIG. 12 There FIG. 12 is a schematic perspective view of a turbomachine blade according to the second embodiment of the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS

Le procédé de fabrication d’une pale 12 de turbine selon l’invention va être décrite en référence aux figures 1 à 9. Selon une première étape de préfabrication, on fabrique une préforme 20 fibreuse du corps 11 de la pale 12. Cette préforme 20 est ici en fibre de carbone à plis tissés 3D. Sur l’ensemble des figures et par souci de clarté, on a représenté partiellement le corps 11 de la pale 12 sous la forme d’une portion amont d’un bord d’attaque 13 composé de quinze torons 21.The method for manufacturing a turbine blade 12 according to the invention will be described with reference to Figures 1 to 9. According to a first prefabrication step, a fiber preform 20 of the body 11 of the blade 12 is manufactured. This preform 20 is here made of carbon fiber with 3D woven plies. In all of the figures and for the sake of clarity, the body 11 of the blade 12 has been partially represented in the form of an upstream portion of a leading edge 13 composed of fifteen strands 21.

Selon une deuxième étape d’imprégnation, on positionne dans un premier moule 25 d’outillage, un film 30 continu en Polyetherketone (PEK). Le film 30 est, ici, constitué de deux portions 31 et 32 destinées à être appliquées respectivement sur une portion de l’intrados 16 et une portion de l’extrados 17 du corps 11 pour recouvrir le bord d’attaque 13 sur toute la hauteur de la pale 12. Selon une troisième étape représentée enFIG. 3, la préforme 20 est introduite dans le moule 25 pour venir au contact du film 30. Le moule 25 est ensuite fermé. Selon une quatrième étape représentée enFIG. 4, on active deux mors 26 et 27 du moule 25 pour appliquer une pression d’imprégnation sur le film 30. Les mors 26 et 27 sont également chauffés à une température d’imprégnation comprise, ici, entre trois cent et quatre cent degrés centigrades. Au cours de cette quatrième étape, une cinquième étape de surveillance de la pression d’imprégnation et de la température d’imprégnation est mise en œuvre. Lorsque la pression d’imprégnation et/ou la température d’imprégnation devient inférieure à une valeur prédéfinie, l’étape imprégnation est arrêtée en stoppant l’application de pression et de chaleur sur le film 30 (FIG. 5).According to a second impregnation step, a continuous film 30 made of Polyetherketone (PEK) is positioned in a first tool mold 25. The film 30 is, here, made up of two portions 31 and 32 intended to be applied respectively to a portion of the intrados 16 and a portion of the extrados 17 of the body 11 to cover the leading edge 13 over the entire height of the blade 12. According to a third step shown in FIG. 3 , the preform 20 is introduced into the mold 25 to come into contact with the film 30. The mold 25 is then closed. According to a fourth step shown in FIG. 4 , two jaws 26 and 27 of the mold 25 are activated to apply an impregnation pressure to the film 30. The jaws 26 and 27 are also heated to an impregnation temperature of, here, between three hundred and four hundred degrees centigrade. During this fourth step, a fifth step of monitoring the impregnation pressure and the impregnation temperature is implemented. When the impregnation pressure and/or the impregnation temperature becomes lower than a predefined value, the impregnation step is stopped by stopping the application of pressure and heat to the film 30 ( FIG. 5 ).

Les différents paramètres de pression, température ainsi que les valeurs prédéfinies pour ces paramètres sont choisis de manière à ce que la portion 13.1 du bord d’attaque 13 qui est imprégnée possède une épaisseur e13.1sensiblement égale au diamètre d’un toron 21 (FIG. 5)The various pressure and temperature parameters as well as the predefined values for these parameters are chosen so that the portion 13.1 of the leading edge 13 which is impregnated has a thickness e 13.1 substantially equal to the diameter of a strand 21 ( FIG. 5 )

Selon une sixième étape d’injection de résine représentée enFIG. 6, on injecte dans le moule 25 une résine époxy 33 de type Polyimide selon le procédé de moulage par transfert de résine. Le moule 25 est alors ouvert, et la préforme 20- ainsi injectée de résine époxy 33 et dont une portion du bord d’attaque 13 est imprégnée de PEK - est extraite du moule 25.According to a sixth resin injection step shown in FIG. 6 , a polyimide type epoxy resin 33 is injected into the mold 25 using the resin transfer molding process. The mold 25 is then opened, and the preform 20—thus injected with epoxy resin 33 and a portion of the leading edge 13 of which is impregnated with PEK—is extracted from the mold 25.

Selon une septième étape de présentation représentée enFIG. 7, on positionne le bord d’attaque 13 imprégné du film 30 dans un deuxième moule d’outillage 40. Le deuxième moule 40 est un moule de surmoulage par injection thermoplastique et présente un premier volume de surmoulage 41 d’un élément de bord d’attaque 34According to a seventh presentation step represented in FIG. 7 , the leading edge 13 impregnated with the film 30 is positioned in a second tooling mold 40. The second mold 40 is a thermoplastic injection overmolding mold and has a first overmolding volume 41 of a leading edge element 34

Selon une huitième étape d’assemblage représentée enFIG. 9, on injecte un matériau thermoplastique-ici du Polyetheretherketone (PEEK)- dans le moule 40 qui vient former l’élément de bord d’attaque 34 qui est alors rapporté sur le bord d’attaque 13 de la pale 12 par surmoulage.According to an eighth assembly step represented in FIG. 9 , a thermoplastic material - here Polyetheretherketone (PEEK) - is injected into the mold 40 which forms the leading edge element 34 which is then attached to the leading edge 13 of the blade 12 by overmolding.

Le premier volume de surmoulage 41 est conformé de manière à ce que le bord d’attaque 34 obtenu après surmoulage présente des serrations 35, également appelées dentelures (FIG. 8).The first overmolding volume 41 is shaped so that the leading edge 34 obtained after overmolding has serrations 35, also called serrations ( FIG. 8 ).

On obtient ainsi une pale 12 comprenant un corps de pale 11 en matériau composite de fibre de carbone/résine époxy 33 s’étendant selon une direction principale EV. Le corps 11 possède un intrados 16 et un extrados 17 reliés en une partie amont du corps 11 par un bord d’attaque 13 et en une partie aval du corps 11 d’autre part par un bord de fuite 14. Les parties amont et aval sont situées de part et d’autre de la direction principale EV et le bord d’attaque 13 comprend une portion de bord d’attaque 13 qui est au moins partiellement imprégnée de PEK. La pale 12comprend un élément de bord d’attaque 34 en PEEK rapporté par surmoulage sur le corps de pale11 (FIG. 10).A blade 12 is thus obtained comprising a blade body 11 made of carbon fiber/epoxy resin composite material 33 extending in a main direction EV. The body 11 has a lower surface 16 and an upper surface 17 connected in an upstream part of the body 11 by a leading edge 13 and in a downstream part of the body 11 on the other hand by a trailing edge 14. The upstream and downstream parts are located on either side of the main direction EV and the leading edge 13 comprises a leading edge portion 13 which is at least partially impregnated with PEK. The blade 12 comprises a leading edge element 34 made of PEEK added by overmolding on the blade body 11 ( FIG. 10 ).

Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention représenté en figures 11 et 12, et de manière homologue au bord d’attaque 13, le bord de fuite 14 de la pale 12 est également imprégné de PEK selon un procédé identique à celui décrit précédemment. Le deuxième moule 40 d’outillage comprend, selon ce deuxième mode de réalisation, un deuxième volume de surmoulage d’un élément de bord de fuite 44 qui présente des serrations 45, On obtient alors une pale 12 comprenant un corps de pale 11 en matériau composite de fibre de carbone/résine époxy 33 s’étendant selon une direction principale EV. Le corps 11 possède un intrados 16 et un extrados 17 reliés en une partie amont du corps 11 par un bord d’attaque 13 et en une partie aval du corps 11 d’autre part par un bord de fuite 14. Les parties amont et aval sont situées de part et d’autre de la direction principale EV et le bord d’attaque 13 comprend une portion de bord d’attaque 13 qui est au moins partiellement imprégnée de PEK. La pale 12 comprend un élément de bord d’attaque 34 et un élément de bord de fuite 44, tous deux en PEEK , et qui sont rapportés par surmoulage sur le corps de pale 11 (FIG. 12).According to a second embodiment of the invention shown in figures 11 and 12, and in a manner homologous to the leading edge 13, the trailing edge 14 of the blade 12 is also impregnated with PEK according to a method identical to that described previously. The second tooling mold 40 comprises, according to this second embodiment, a second overmolding volume of a trailing edge element 44 which has serrations 45. A blade 12 is then obtained comprising a blade body 11 made of carbon fiber/epoxy resin composite material 33 extending in a main direction EV. The body 11 has a lower surface 16 and an upper surface 17 connected in an upstream part of the body 11 by a leading edge 13 and in a downstream part of the body 11 on the other hand by a trailing edge 14. The upstream and downstream parts are located on either side of the main direction EV and the leading edge 13 comprises a leading edge portion 13 which is at least partially impregnated with PEK. The blade 12 comprises a leading edge element 34 and a trailing edge element 44, both made of PEEK, and which are added by overmolding on the blade body 11 ( FIG. 12 ).

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.Of course, the invention is not limited to the embodiments described but encompasses any variant falling within the scope of the invention as defined by the claims.

En particulier,

  • bien qu’ici la préforme soit constituée de fibres de carbone à plis tissés, l’invention s’applique également à d’autres types de préforme comme par exemple une préforme constituée de fibre de verre ou d’aramide, partiellement ou totalement co-tissées ou non. La préforme fibreuse peut être de type interlock, ou à plis unidirectionnels 1D ou 2D rapportés ;
  • bien qu’ici le film appliqué sur le bord d’attaque soit en Polyetherketone, l’invention s’applique également à d’autres types de premier matériau thermoplastique comme par exemple le Polyétherétherketone ou le Polyétherimide ;
  • bien qu’ici l’imprégnation se fasse à l’aide d’un film continu appliqué sur toute la hauteur de la pale, l’invention s’applique également à d’autres types d’imprégnation, par exemple à l’aide d’un film discontinu ou d’un dépôt par pulvérisation ou au pinceau, ou d’une imprégnation discontinue pouvant également ne pas s’étendre sur toute la hauteur de la pale ;
  • bien qu’ici le film soit en Polyimide, l’invention s’applique également à d’autres types de résines, préférentiellement thermodurcissables, comme par exemple une résine de type Bismaléimide ;
  • bien qu’ici l’élément de bord d’attaque soit en Polyetheretherketone, l’invention s’applique également à d’autres types de matériau de construction de type thermoplastique comme par exemple du Polyetherimide ou du Polyetherketone. L’élément de bord d’attaque peut ne pas être composé exclusivement du matériau thermoplastique de construction mais comprendre un mélange de matériau comprenant au moins un matériau de type thermoplastique ;
  • bien qu’ici le film appliqué sur le bord de fuite soit en Polyetherketone, l’invention s’applique également à d’autres types d’autre matériau thermoplastique d’imprégnation comme par exemple le Polyétherétherketone ou le Polyétherimide ;
  • bien qu’ici l’élément de bord de fuite soit en Polyetheretherketone, l’invention s’applique également à d’autres types d’autre matériau de construction de de type thermoplastique comme par exemple du Polyetherimide ou du Polyetherketone ;
  • bien qu’ici la pièce soit une pale de turbine de turbomachine, l’invention s’applique également à d’autres types de pièces aéronautiques portant un élément de protection comme par exemple une pale de distributeur OGV ;
  • bien qu’ici la pièce soit une pale de turbine de turbomachine, l’invention s’applique également à d’autres types de pièces aéronautiques comme par exemple les carters, les plateformes,
  • bien qu’ici la pale possède un bord de fuite et un bord d’attaque portant un élément de protection rapporté par surmoulage, l’invention s’applique également à d’autres types de pales comme par exemple une pale comprenant un corps en matériau composite possédant un bord d’attaque métallique , pouvant être recouvert de matériau thermoplastique formant un élément de protection de bord d’attaque, et un bord de fuite sur lequel est rapporté un élément de protection supplémentaire ;
Especially,
  • although here the preform is made of carbon fibers with woven plies, the invention also applies to other types of preform such as for example a preform made of glass fiber or aramid, partially or totally co-woven or not. The fiber preform can be of the interlock type, or with added 1D or 2D unidirectional plies;
  • although here the film applied to the leading edge is made of Polyetherketone, the invention also applies to other types of first thermoplastic material such as for example Polyetheretherketone or Polyetherimide;
  • although here the impregnation is carried out using a continuous film applied over the entire height of the blade, the invention also applies to other types of impregnation, for example using a discontinuous film or deposition by spraying or brushing, or discontinuous impregnation which may also not extend over the entire height of the blade;
  • although here the film is made of Polyimide, the invention also applies to other types of resins, preferably thermosetting, such as for example a Bismaleimide type resin;
  • although here the leading edge element is made of Polyetheretherketone, the invention also applies to other types of thermoplastic construction material such as for example Polyetherimide or Polyetherketone. The leading edge element may not be composed exclusively of the thermoplastic construction material but comprise a mixture of material comprising at least one thermoplastic material;
  • although here the film applied to the trailing edge is made of Polyetherketone, the invention also applies to other types of other thermoplastic impregnation material such as for example Polyetherketone or Polyetherimide;
  • although here the trailing edge element is made of Polyetheretherketone, the invention also applies to other types of other thermoplastic construction material such as for example Polyetherimide or Polyetherketone;
  • although here the part is a turbomachine turbine blade, the invention also applies to other types of aeronautical parts carrying a protective element such as for example an OGV distributor blade;
  • although here the part is a turbomachine turbine blade, the invention also applies to other types of aeronautical parts such as for example casings, platforms,
  • although here the blade has a trailing edge and a leading edge carrying a protective element added by overmolding, the invention also applies to other types of blades such as for example a blade comprising a body made of composite material having a metallic leading edge, which can be covered with thermoplastic material forming a leading edge protective element, and a trailing edge on which an additional protective element is added;

l’élément de bord d’attaque peut ne pas être composé exclusivement du deuxième matériau thermoplastique mais comprendre un mélange de matériau comprenant au moins un matériau de type thermoplastique.the leading edge element may not be composed exclusively of the second thermoplastic material but comprise a mixture of material comprising at least one thermoplastic-type material.

Claims (12)

Pièce aéronautique (10) comprenant un corps (11) en matériau composite qui présente une portion (13, 14) qui est au moins partiellement imprégnée d’un matériau d’imprégnation (30) de type thermoplastique et un élément de protection (34, 44) comprenant un matériau de construction de type thermoplastique qui est rapporté par surmoulage sur la portion.Aeronautical part (10) comprising a body (11) made of composite material which has a portion (13, 14) which is at least partially impregnated with an impregnation material (30) of thermoplastic type and a protective element (34, 44) comprising a construction material of thermoplastic type which is added by overmolding onto the portion. Pièce aéronautique (10) selon la revendication 1, dans laquelle la pièce aéronautique (10) comprend une pale (12) de turbomachine comprenant :
  • un corps (11) de pale (12) en matériau composite s’étendant selon une direction principale (EV), le corps (11) ayant un intrados (16) et un extrados (17) reliés en une partie amont du corps (11) par un bord d’attaque (13) et en une partie aval du corps (11) d’autre part par un bord de fuite (14), les parties amont et aval étant situées de part et d’autre de la direction principale (EV) ;
  • la portion qui est au moins partiellement imprégnée d’un matériau d’imprégnation (30) de type thermoplastique est une portion d’un bord choisi parmi le bord d’attaque (13) et le bord de fuite (14) ;
  • l’élément de protection (34,44) est un élément de bord d’attaque (34) ou un élément de bord de fuite (44).
Aeronautical part (10) according to claim 1, in which the aeronautical part (10) comprises a turbomachine blade (12) comprising:
  • a body (11) of a blade (12) made of composite material extending in a main direction (EV), the body (11) having a lower surface (16) and an upper surface (17) connected in an upstream part of the body (11) by a leading edge (13) and in a downstream part of the body (11) on the other hand by a trailing edge (14), the upstream and downstream parts being located on either side of the main direction (EV);
  • the portion which is at least partially impregnated with an impregnating material (30) of thermoplastic type is a portion of an edge chosen from the leading edge (13) and the trailing edge (14);
  • the protective element (34,44) is a leading edge element (34) or a trailing edge element (44).
Pièce aéronautique (10) selon la revendication 2, dans laquelle l’élément de protection (34, 44) présente des serrations (35).Aeronautical part (10) according to claim 2, in which the protective element (34, 44) has serrations (35). Pièce aéronautique (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau d’imprégnation est choisi parmi les types de matériaux suivants : PolyEtherimide, Polyétherétherketone, Polyétherketone.Aeronautical part (10) according to one of the preceding claims, in which the impregnation material is chosen from the following types of materials: PolyEtherimide, Polyetheretherketone, Polyetherketone. Pièce aéronautique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion possède une épaisseur sensiblement égale au diamètre d’un toron (21) d’une fibre du matériau composite.Aeronautical part (10) according to any one of the preceding claims, in which the portion has a thickness substantially equal to the diameter of a strand (21) of a fiber of the composite material. Pièce aéronautique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite est au moins partiellement imprégné d’une résine thermodurcissable.Aeronautical part (10) according to any one of the preceding claims, in which the composite material is at least partially impregnated with a thermosetting resin. Pièce aéronautique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément de protection (34,44) comprend au moins un renfort métallique.Aeronautical part (10) according to any one of the preceding claims, in which the protective element (34, 44) comprises at least one metal reinforcement. Procédé de fabrication d’une pièce aéronautique (10) comprenant les étapes suivantes :
  • une étape de préfabrication d’une préforme fibreuse (20) d’un corps (11) de pièce aéronautique (10) comportant une portion (13, 14) telle qu’un bord d’attaque (13) ou un bord de fuite (14) ;
  • une étape d’imprégnation d’au moins une partie de la portion (13,14) à l’aide d’un matériau d’imprégnation de type thermoplastique ;
  • une étape d’injection de résine (33) ;
  • une étape d’injection d’un matériau thermoplastique pour former un élément de protection (34, 44) sur la portion (13, 14) par surmoulage.
Method for manufacturing an aeronautical part (10) comprising the following steps:
  • a step of prefabricating a fiber preform (20) of a body (11) of an aeronautical part (10) comprising a portion (13, 14) such as a leading edge (13) or a trailing edge (14);
  • a step of impregnating at least part of the portion (13, 14) using a thermoplastic type impregnation material;
  • a resin injection step (33);
  • a step of injecting a thermoplastic material to form a protective element (34, 44) on the portion (13, 14) by overmolding.
Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel l’étape d’imprégnation comprend les étapes suivantes :
  • une étape de positionnement d’un film (30) en le matériau d’imprégnation thermoplastique sur la portion (13, 14) ;
  • une étape d’application d’une pression d’imprégnation sur le film (30) ;
  • et/ou une étape de chauffe à une température d’imprégnation du film (30).
A manufacturing method according to claim 8, wherein the impregnation step comprises the following steps:
  • a step of positioning a film (30) of the thermoplastic impregnation material on the portion (13, 14);
  • a step of applying an impregnation pressure to the film (30);
  • and/or a heating step at a film impregnation temperature (30).
Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel l’étape d’imprégnation comprend une étape de surveillance de la pression d’imprégnation et/ou de la température d’imprégnation ainsi qu’une étape d’arrêt de l’imprégnation lorsque la pression d’imprégnation et/ou la température d’imprégnation, est inférieure à une valeur prédéfinie.Manufacturing method according to claim 9, wherein the impregnation step comprises a step of monitoring the impregnation pressure and/or the impregnation temperature as well as a step of stopping the impregnation when the impregnation pressure and/or the impregnation temperature is lower than a predefined value. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel l’étape d’injection de résine (33) se fait selon le procédé de moulage par transfert de résine.Manufacturing method according to any one of claims 8 to 10, wherein the resin injection step (33) is carried out according to the resin transfer molding method. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel les étapes de préfabrication, d’imprégnation et d’injection de résine se déroulent dans un unique moule d’outillage (25) maintenu fermé durant toutes ces étapes.Manufacturing method according to any one of claims 8 to 11, in which the steps of prefabrication, impregnation and resin injection take place in a single tool mold (25) kept closed during all these steps.
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