FR3126729A1 - Blade comprising a composite material structure and associated manufacturing method - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une aube (7) de soufflante comprenant un pied d’aube (17) et une attache (9) configurée pour recevoir avec ajustement le pied d’aube (17) et le fixer à un moyeu (6) de soufflante. L’attache (9) comprend une platine (22) configurée pour être fixée au moyeu (6) de soufflante, deux parois (23) s’étendant depuis la platine (22) et au moins un organe de fixation (24). L’organe de fixation (24) comprend une tige s’étendant à travers des orifices (25, 27) formés à travers les parois (23) de l’attache (9) et le pied d’aube (17) de sorte à fixer le pied d’aube (17) dans l’attache (9). Figure pour l’abrégé : Fig. 3A fan blade (7) includes a blade root (17) and a clip (9) configured to snugly receive the blade root (17) and secure it to a fan hub (6). . The clip (9) includes a plate (22) configured to attach to the fan hub (6), two walls (23) extending from the plate (22), and at least one fastener (24). The fixing member (24) comprises a rod extending through orifices (25, 27) formed through the walls (23) of the clip (9) and the blade root (17) so as to fix the blade root (17) in the clip (9). Figure for the abstract: Fig. 3
Description
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
L’invention concerne une aube de soufflante (ou d’hélice) d’un système propulsif pouvant comprendre une structure en matériau composite.The invention relates to a fan (or propeller) blade of a propulsion system which may comprise a structure made of composite material.
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.The invention relates more particularly, but not exclusively, to a blade intended to be used in an unducted fan rotor of an aircraft engine (such as an engine of the "Open Rotor" type, that is to say whose fan is not shrouded, having two rotating propellers or an engine of the USF type for "Unducted Single Fan" having a moving vane and a fixed vane or a turboprop having an architecture with a single propeller) or in a rotor of wind turbine.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
La conception des aubes de soufflante nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes.The design of fan blades requires taking into account antagonistic constraints.
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.On the one hand, the sizing of these blades must allow optimal aerodynamic performance (maximizing efficiency and providing thrust while minimizing losses). Improving the aerodynamic performance of the fan tending towards an increase in the bypass ratio (or BPR, English acronym for bypass ratio) implies an increase in the external diameter and therefore the span of these blades.
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.On the other hand, it is also necessary to guarantee resistance to the mechanical stresses that can be exerted on these blades while limiting their acoustic signature.
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.The advantage of unducted fan (or propeller) engines is that the diameter of the fan is not limited by the presence of a fairing, so that it is possible to design an engine with a high rate of dilution, and therefore reduced fuel consumption.
Ainsi, dans ce type de moteur, les aubes de la soufflante peuvent présenter une grande envergure.Thus, in this type of engine, the blades of the fan can have a large span.
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.It has been proposed to make these vanes out of metallic material. Although blades made of metallic material have good mechanical strength, they nevertheless have the disadvantage of having a relatively large mass.
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.In order to reduce this mass, it is desirable to be able to manufacture these blades in composite material. To this end, the composite material of the fan blades comprises a fibrous reinforcement produced by three-dimensional weaving densified by a polymer matrix. Where appropriate, the blades may comprise skins made of composite material and defining the aerodynamic profile structure of the blade, and a spar housed within the skins and forming the root and the stilt of the blade configured to increase the stiffness of the blade (in particular in torsion) and resist the vibratory excitations undergone by the blade during the various phases of flight. However, it appears that the manufacture of such blades in composite material can be complex from a process point of view.
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 attaches 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). Toutefois, les vibrations en pied d’aube et les efforts centrifuges sont difficiles à gérer, notamment à bas régime, et risquent d’endommager les aubes de soufflante.In addition, unducted fan engines generally include a mechanism for modifying the pitch angle of the blades in order to adapt the thrust generated by the fan according to the different phases of flight. To this end, the blades are fixed at the level of their root by means of a fastener mounted rotatably with respect to the hub around a wedging axis. The attachments are therefore strongly subjected to centrifugal forces during the rotation of the fan, as well as to an intense vibratory excitation which varies according to the phases of flight and the pitch angle of the blades which damages the lower part of the foot (fretting) . However, vibrations at the root of the blade and centrifugal forces are difficult to manage, especially at low engine speeds, and risk damaging the fan blades.
Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant aune aube de soufflante, notamment en matériau composite, et une soufflante comprenant de telles aubes, en particulier à calage variable, dans lesquelles les vibrations dans le pied d’aube sont limitées voire supprimées, notamment à bas régime, et qui soit en outre simple à réaliser.An object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks, by proposing a fan blade, in particular made of composite material, and a fan comprising such blades, in particular with variable pitch, in which the vibrations in the blade root are limited or even eliminated, in particular at low speeds, and which is also simple to achieve.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention un de soufflante comprenant :
- un pied d’aube présentant un fond et deux faces opposées s’étendant dans le prolongement d’un intrados et d’un extrados de l’aube ; et
- une attache configurée pour recevoir avec ajustement le pied d’aube et le fixer à un moyeu de soufflante. L’attache comprend une platine configurée pour être fixée au moyeu de soufflante et deux parois s’étendant depuis la platine et au moins un organe de fixation. Les parois s’étendant chacune en regard d’une face correspondante du pied d’aube et l’organe de fixation comprend une tige s’étendant à travers des orifices formés à travers les parois et le pied d’aube de sorte à fixer le pied d’aube dans l’attache.It is for this purpose proposed, according to a first aspect of the invention, a fan comprising:
- a blade root having a bottom and two opposite faces extending in the extension of a lower surface and an upper surface of the blade; And
- a clip configured to receive the blade root with adjustment and attach it to a fan hub. The clip includes a plate configured to be attached to the fan hub and two walls extending from the plate and at least one fastener. The walls each extending opposite a corresponding face of the blade root and the fixing member comprises a rod extending through orifices formed through the walls and the blade root so as to fix the blade foot in the attachment.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- l’attache comprend deux organes de fixation, chaque organe de fixation comprenant une tige s’étendant à travers des orifices dédiés formés dans les parois et le pied d’aube de sorte à fixer le pied d’aube sur l’attache ;
- l’au moins un organe de fixation comprend un boulon ;
- le fond de l’aube est de forme complémentaire d’une face en regard de la platine ;
- le pied d’aube est en contact direct avec la platine ;
- le fond du pied d’aube et la platine sont sensiblement plans ;
- chaque paroi de l’attache présente une face interne configurée pour venir en contact avec la face en regard du pied d’aube, les faces internes de l’attache et les faces en regard du pied d’aube étant de forme complémentaire ;
- le pied d’aube est évasé en direction du fond, la face interne des parois de l’attache étant inclinée de manière complémentaire en direction de la platine ; et/ou
- l’attache est métallique et l’aube est réalisée dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux.Certain preferred but non-limiting characteristics of the blade according to the first aspect are the following, taken individually or in combination:
- the clip comprises two fixing members, each fixing member comprising a rod extending through dedicated orifices formed in the walls and the blade root so as to fix the blade root on the clip;
- the at least one fixing member comprises a bolt;
- the bottom of the blade is of complementary shape to a face facing the plate;
- the blade root is in direct contact with the plate;
- the bottom of the blade root and the plate are substantially flat;
- each wall of the clip has an inner face configured to come into contact with the face facing the blade root, the inner faces of the clip and the faces facing the blade root being of complementary shape;
- the blade root is flared in the direction of the base, the internal face of the walls of the attachment being inclined in a complementary manner in the direction of the plate; and or
- the attachment is metallic and the blade is made of a composite material comprising a fibrous reinforcement and a matrix in which the fibrous reinforcement is embedded.
Selon un deuxième 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.According to a second aspect, the invention proposes a fan comprising a hub and blades in accordance with the first aspect extending radially from the hub, each blade being rotatably mounted with respect to the hub by means of a respective attachment.
Selon un troisième aspect, l’invention propose un système propulsif comprenant une soufflante selon le deuxième aspect ainsi qu’un aéronef comprenant au moins un système propulsif selon le troisième aspect.According to a third aspect, the invention proposes a propulsion system comprising a fan according to the second aspect as well as an aircraft comprising at least one propulsion system according to the third aspect.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF 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 :Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which must be read in conjunction with the appended drawings in which:
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.In all the figures, similar elements bear identical references.
Claims (10)
- un pied d’aube (17) présentant un fond (19) et deux faces (20, 21) opposées s’étendant dans le prolongement d’un intrados et d’un extrados de l’aube (7) ; et
- une attache (9) configurée pour recevoir avec ajustement le pied d’aube (17) et le fixer à un moyeu (6) de soufflante ;
l’aube (7) étant caractérisée en ce que l’attache (9) comprend une platine (22) configurée pour être fixée au moyeu (6) de soufflante, deux parois (23) s’étendant depuis la platine (22) et au moins un organe de fixation (24), les parois (23) s’étendant chacune en regard d’une face (20, 21) correspondante du pied d’aube (17), et en ce que l’organe de fixation (24) comprend une tige s’étendant à travers des orifices (25, 27) formés à travers les parois (23) et le pied d’aube (17) de sorte à fixer le pied d’aube (17) dans l’attache (9).Fan blade (7) comprising:
- a blade root (17) having a bottom (19) and two opposite faces (20, 21) extending in the extension of a lower surface and an upper surface of the blade (7); And
- a clip (9) configured to receive with adjustment the blade root (17) and fix it to a fan hub (6);
the blade (7) being characterized in that the clip (9) comprises a plate (22) configured to be attached to the fan hub (6), two walls (23) extending from the plate (22) and at least one fixing member (24), the walls (23) each extending opposite a corresponding face (20, 21) of the blade root (17), and in that the fixing member ( 24) includes a stem extending through holes (25, 27) formed through the walls (23) and the blade root (17) so as to secure the blade root (17) in the clip (9).
Blade (7) according to one of claims 1 to 6, in which each wall (23) of the attachment (9) has an internal face configured to come into contact with the face (20, 21) facing the foot of blade (17), the internal faces of the attachment (9) and the facing faces of the blade root (17) being of complementary shape.
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- 2021-09-08 FR FR2109388A patent/FR3126729A1/en active Pending
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