Ce mois d’octobre 2022 le projet CMC en service arrive à son terme après quatre ans de recherche et de développement autour d’un banc d’essai (le banc à flamme) permettant des avancées dans les tests de matériaux composite à matrice céramique.
LE PROJET
La mission du projet CMC en service est de développer un banc d’analyse pour faire des mesures thermo mécaniques sur des pièces représentatives des futurs moteurs Safran. Le banc permet de tester des pièces internes de moteur (parties chaudes). L’enjeu est de pouvoir augmenter les températures pour améliorer les rendements moteurs avec pour objectif final la décarbonation de l’aviation et une diminution de 50% de la consommation énergétique.
A propos
Doté d’un budget de 1,7 millions d’euros sur 48 mois de recherche et grâce aux efforts conjoints de l’IRT Saint Exupéry et de Safran Ceramics, accompagnés des fournisseurs Akira, I2M et Epsilon, le projet CMC en service a aujourd’hui atteint ses objectifs.
Le banc à flamme instrumenté est capable de solliciter des pièces dans des conditions reproduisant un environnement moteur de façon représentative, jusqu’à 1600°C, avec des sollicitations mécaniques jusqu’à 25000 N (Newton) avec possibilité de cyclages.
L’équipe du projet CMC en service a développé ce banc d’essai conjointement avec Safran Ceramics qui fournit les pièces à tester, détache du personnel pour assister les tests et se charge ensuite de l’analyse des données et des échantillons.
Ses objectifs
- Faciliter la compréhension des endommagements des matériaux CMC (composite à matrice céramique) en environnement proche de l’application finale.
- Mettre en place un moyen de caractérisation pour appliquer sur des pièces des sollicitations thermomécaniques en environnement moteur sur des longues durées.
- Analyser des faciès d’endommagement et règles de conception associées.
- Mise à disposition du banc d’essai en prestation de service à d’autres industriels tels qu’Airbus par exemple.
Le banc d’essai
Les possibilités de sollicitations thermomécaniques sont d’un niveau quasi unique en Europe pour un tel outil de test, qui est également l’un des rares à ne pas être exclusivement réservé aux industriels qui en sont propriétaires.
Il permet de travailler avec des pièces « éprouvettes haltères » de taille représentative qui permettent de qualifier le matériau et les sollicitations.
Il peut aussi accueillir des pièces à l’échelle 1/1, permet la réalisation de tests de contrainte sous sollicitations thermiques, permettant l’obtention d’images thermiques.
Des tests sur des secteurs d’anneau (des sections d’une pièce de grande taille) sont également des cas d’utilisation fréquente.
Ses caractéristiques
- Deux bruleurs. Un rectiligne et un cylindrique qui peuvent être alimentés en méthane, oxygène et azote. Ce nouveau banc permet de faire varier la composition de la flamme pour faire varier sa température et de faire des cyclages thermiques ; une flexibilité bienvenue par rapport aux outils similaires existants.
- Un refroidissement. Assuré par un débit d’air en face arrière, par l’intérieur ou en face avant.
- Une contrainte mécanique. Exercée sur les pièces maintenues entre deux mors et sur lesquelles on applique des compressions ou des tractions, avec la possibilité d’imposer une fréquence de 5Hz.
- Une caractérisation et qualification sous sollicitations cyclées combinées : thermique et thermomécanique pour deux échantillons similaires simultanément. Qui fait la spécificité et l’attrait de cet outil et permet à la fois de gagner du temps et d’appliquer des contraintes uniques aux pièces testées.
| Chargement | Instrumentation |
| Thermique : 900 – 1600°C Mécanique jusqu’à 25000N ; >5Hz | Thermique : CIR ; Pyromètres ; TC-S Mécanique : effort ; déplacement |
L’équipe du projet CMC en service aura su débloquer des verrous technologiques, comme mettre en place au sein de l’IRT Saint Exupéry des moyens à échelle réduite mais représentatifs (par exemple, en terme de gradients de température et de flux) capables de fonctionner sur de longues durées.
Avec seulement quatre années, la recherche et le développement sur ce projet auront été rapides.
Le nouveau banc d’essai offre des caractéristiques, des capacités de test et des gammes de sollicitations thermomécaniques nouvelles et attendues par les industriels.
L’originalité du projet CMC en service est de mettre à disposition une capacité de contrainte mécanique en complément des sollicitations thermiques, mais aussi la soumission de pièces à un gradient thermique contrôlé.
Le banc d’essai nécessite très peu de ressources humaines pour fonctionner, il peut être opéré par un seul technicien et sa capacité d’automatisation permet de le laisser effectuer les tests pendant des jours avec un temps de préparation réduit.
Safran Ceramics, partenaire du projet, aura pu avoir accès aux données récoltées tout au long du développement de ce nouvel outil.