CA2879679A1 - Chape en composite de liaison entre deux pieces - Google Patents

Abstract

Cette chape en composite (3) de liaison entre deux pièces (1), comprend un agencement de plis (9a, 9b, 9c, 9d) de chape en composite et un orifice permettant ladite liaison, cet orifice étant défini par une bague (7). Au moins une première partie d'au moins certains (9b, 9c) desdits plis de chape enveloppe au moins une partie de ladite bague (7) qui est orientée selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction des efforts principaux transmis entre lesdites deux pièces, et au moins une seconde partie d'au moins certains desdits plis de chape, définit au moins une nervure orientée selon une direction sensiblement parallèle à la direction desdits efforts.

Description

Chape en composite de liaison entre deux pièces La présente demande de brevet se rapporte à une chape en composite permettant la liaison de deux pièces.
Une chape au sens de la présente invention est un élément solidaire d'une première pièce, muni d'un orifice permettant l'accrochage d'une seconde pièce.
Dans le domaine des nacelles pour moteur d'avion par exemple, on trouve de telles chapes sur les poutres d'inverseur de poussée, auxquelles sont articulés les capots coulissants.
Dans ce même domaine des nacelles, on trouve également de telles chapes sur les volets d'inversion de poussée, auxquelles sont reliées les bielles d'actionnement de ces volets.
Toujours dans le domaine des nacelles, on trouve de telles chapes sur les ferrures des capots coulissants, auxquelles sont reliés les vérins d'actionnement de l'inverseur de poussée.
Toujours dans le domaine des nacelles, on trouve de telles chapes sur les ferrures de la partie fixe, auxquelles sont reliés les vérins d'actionnement de l'inverseur de poussée.
Chacune des applications, ci-dessus, ont des contraintes géométries & mécaniques différentes décrites après.
Bien évidemment, cette liste d'application n'est pas exhaustive et n'est pas limitée aux nacelles.
Dans une démarche d'allègement du poids d'une telle nacelle, on est amené à réaliser ces chapes en matériaux composites, c'est-à-dire typiquement à partir de plis (c'est-à-dire de tissus) de fibres notamment de verre ou de carbone, prises dans de la résine polymérisée (polyamide par exemple).
Le type de fibre composite (tissus unidirectionnelle ou tissage/
tressage 2D, 3D, ou tous autres) ou la mode d'obtention (RTM, LRI, préimprégné ou autres fibres composite peuvent être utilisé) est indifférent.
Ces matériaux offrent une grande souplesse de conception, de par le fait que l'on peut disposer les plis de manière optimale vis-à-vis des efforts en jeux.
Cette optimisation permet de réduire au minimum la masse de la chape pour des efforts donnés.

2 La présente invention vise à pousser cette optimisation encore plus loin, de manière à obtenir une chape en composite qui, pour une résistance donnée, soit encore moins lourde.
On atteint notamment ce but de l'invention avec une chape en composite de liaison entre deux pièces, comprenant un agencement de plis de chape en composite et un orifice permettant ladite liaison, remarquable en ce qu'elle comprend une bague définissant ledit orifice, et en ce que ledit agencement de plis de chape en composite permet de définir le contour de ladite chape, d'entourer ladite bague et de définir des nervures reliant ladite bague audit contour de ladite chape.
Dans le cadre de la présente invention, une bague est un bloc de matière permettant la liaison entre les deux pièces.
Grâce aux caractéristiques de l'invention, la bague permet de répartir les efforts principaux transmis entre les deux pièces sur toute la surface de la partie des plis de chape qui enveloppe la bague et qui est normale à la direction de ces efforts : ceci permet de diluer ces efforts dans ces plis de chape à la manière d'une pression.
D'autre part, les parties des plis de chape qui définissent les nervures travaillent essentiellement en traction/compression, c'est-à-dire dans leurs meilleures conditions de résistance, par opposition au travail en cisaillement.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la présente invention :
- ladite bague est formée dans un matériau choisi dans le groupe comprenant un alliage métallique ou un matériau composite ;
- ladite bague est formée par usinage d'une pièce pleine enveloppée par lesdits plis de chape ;
- ladite bague présente une section dont les contours extérieur et intérieur sont choisis dans le groupe comprenant les cercles, les ellipses, les polygones ;
- ladite bague présente des extensions prises en sandwich entre au moins certains desdits plis de chape ;
- des coutures/tufting ou tous types de renfort 3D connu relient entre eux lesdits plis de chape au plus prés de la bague (exemple : le pli 29a avec le 29b figure 8)

3 - la bague est en matériau composite et des coutures/tufting ou tous types de renfort 3D connu relient entre eux lesdits plis de chape et ladite bague.
La présente invention se rapporte également à une pièce équipée d'une chape conforme à ce qui précède, dans laquelle au moins certains desdits plis de chape relient ladite bague au reste de la pièce.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de cette pièce selon l'invention :
- des plis structurants solidaires du reste de ladite pièce enveloppent ladite bague et sont recouverts au moins en partie d'au moins certains desdits plis de chape ;
- des amas de résine sont interposés entre lesdits plis structurants et lesdits plis de chape, au voisinage de ladite bague ;
- des coutures relient entre eux lesdits plis structurants et lesdits plis de chape.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une poutre d'inverseur de poussée en composite, comprenant d'une part des charnières classiques, et d'autre part une charnière conforme à la présente invention, - la figure 2 est une vue en perspective de la charnière conforme à
l'invention de la figure 1, - la figure 2bis est une vue de face de la zone II de la figure 2, - la figure 3 est une vue en coupe selon le plan III-III de la figure 2bis d'une pluralité de charnières selon l'invention en cours de mise en place sur une pièce telle qu'une poutre d'inverseur de poussée de la figure 1, - la figure 4 est une vue en perspective d'une ferrure d'inverseur de poussée équipée de chapes selon l'invention, et de son environnement immédiat, - la figure 5 est une vue de détail de la zone V de la figure 4, - la figure 6 est une vue en coupe transversale de la bague de la chape des figures 4 et 5, et de son environnement immédiat, - les figures 7 à 10 sont des vues analogues à celle de la figure 6, d'autres variantes de chapes selon l'invention,

4 - la figure 11 est une vue en perspective d'une pièce longiligne telle qu'une bielle incorporant une chape selon l'invention, et - les figures 12 et 13 sont des vues en coupe transversale de la zone XII de la figure 11, pour deux modes de réalisation différents.
Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
Sur certaines des figures qui suivent, on a représenté un repère X, Y
et Z, qui indique respectivement les directions longitudinale, transversale et verticale attachées à une nacelle et à son inverseur de poussée lorsqu'ils sont mis en place sur un aéronef.
Plus précisément, la flèche de l'axe X pointe vers l'avant de l'inverseur de poussée, et la flèche de l'axe Z pointe vers le haut de cet inverseur de poussée.
On se reporte à présent à la figure 1, sur laquelle on a représenté
une poutre supérieure d'inverseur de poussée 1.
Comme cela est connu en soi, une telle poutre, également appelée poutre 12 heures par référence à sa position sommitale par rapport à
l'inverseur de poussée, permet l'installation de l'inverseur sous l'aile de l'avion par l'intermédiaire d'axes attachés d'une part sur un mat de l'aile (pièce de liaison entre l'aile & la nacelle) et d'autre part sur l'inverseur (non représentés).
Chaque demi inverseur est monté articulé par cette poutre 1 sur le mat de l'avion grâce à une pluralité de chapes 2a, 2b, 2c, 3.
Comme indiqué précédemment, par chape on entend dans le cadre de la présente invention un élément solidaire d'une première pièce (ici en l'occurrence la poutre 12 heures 1) muni d'un orifice permettant l'accrochage sur une seconde pièce (en l'occurrence le mat de l'avion).
Sur la figure 1, les chapes 2a, 2b, 2c sont d'une conception classique, c'est-à-dire qu'elles consistent chacune en un voile de matériau composite muni d'un orifice 5a, 5b, 5c permettant le passage d'un axe d'articulation du demi-capot d'inverseur de poussée associé.
Les chapes 2a, 2b, 2c et la poutre 12 heures 1 peuvent être formées en matériau composite, grâce à des procédés d'infusion de résine, tels que les procédés RTM (Resin Transfert Moulding), connus en soi.
Comme indiqué dans le préambule de la présente description, la présente invention a notamment pour but de fournir des chapes qui, pour une même résistance vis-à-vis des efforts imposés par l'axe d'articulation du demi-capot d'inverseur de poussée associé, présentent une moindre masse.
Une chape de conception conforme à l'invention, portant la référence 3, est visible plus particulièrement sur les figures 2 et 2bis.

5 L'orifice d'une telle chape 3 est défini par une bague 7 pouvant être formée en matériau composite, en alliage métallique, ou bien en une association de ces deux matériaux.
Dans ce dernier cas, la bague 7 peut-être formée d'une partie extérieure 7a en matériau composite solidaire du reste de la chape 3, et d'une partie intérieure amovible 7b formée en alliage métallique (voir figure 3).
Comme cela est visible notamment sur la figure 2bis, la bague 7 est entourée par une pluralité de plis en composite 9a, 9b, 9c, 9d.
Le pli 9a encercle la bague 7 sur sensiblement la moitié de sa périphérie.
Les plis 9b et 9c enveloppent la bague 7 dans des zones respectives llb et 11c qui sont sensiblement normales, c'est-à-dire perpendiculaires à la direction des efforts principaux F transmis par le demi-capot d'inverseur de poussée à la poutre 12 heures 1.
Les trois ceintures de composite 9a, 9b, 9c sont par ailleurs assemble sur la structure extérieure 9d en composite également, définissant le contour général de la chape 3.
Les ceintures 9a et 9b comportent des zones respectives 12a et 12b qui sont sensiblement parallèles à la direction des efforts F.
On peut en outre envisager des liaisons types coutures 13a, 13b, 13c en renforcement des liaisons des ceintures 9a, 9b, 9c, 9d entre elles et/ou avec la bague 7.
Un voile en composite 15, s'étendant à l'intérieur de l'ensemble de la chape 3, peut également être envisagé s'il y a un besoin mécanique ou d'étanchéité par exemple.
Dans le cas où cette bague 7 est réalisée au moins en partie en composite, on peut l'obtenir à partir de plis de fibre de verre ou de carbone unidimensionnels, bidimensionnels ou tridimensionnels par exemple, éventuellement couturés les uns aux autres.
Cette couture, de même d'ailleurs que celles 13a, 13b, 13c permettant de relier les différentes ceintures 9 et la bague 7 entre elles, peuvent être des coutures de type classique, ou bien du tufting consistant à

6 faire passer des boucles de fibre dans l'épaisseur des différents plis, puis à

prendre ces boucles dans la résine lors de la polymérisation (réaliser ces liaisons de préférentiellement près des rayons).
La forme de la bague ainsi que la direction des nervures de la figure 1 à 3 est de préférence avec une géométrie telle que décrite dans les figures à 10 pour une meilleure tenue mécanique.
La figure 3 illustre de manière schématique un mode de réalisation avantageux d'une pièce incorporant plusieurs chapes 3 selon l'invention : ce peut être par exemple une pièce telle que la poutre 12 heures 1 de la figure 1, comprenant plusieurs chapes 3 dont les orifices définis par les bagues 7 doivent être alignés.
Comme cela est visible sur la figure 3, lors de la polymérisation de la résine par cuisson, on dispose un noyau 17 faiblement dilatable au travers de l'ensemble de l'orifice des bagues 7 de manière à maintenir ces orifices parfaitement coaxiaux.
A titre d'exemple illustratif mais non limitatif, le noyau 17 peut-être formé en carbone.
Ce procédé, qui permet d'aligner parfaitement les axes des bagues de l'ensemble des chapes, permet d'obtenir une excellente précision de montage du demi-capot d'inverseur de poussée par l'intermédiaire de la poutre 12 heures 1.
On a représenté sur les figures 4 à 6 une ferrure 19 d'inverseur de poussée.
Comme cela est connu en soi, une telle ferrure permet la liaison des vérins d'actionnement de l'inverseur de poussée avec la partie coulissante de cet inverseur de poussée, de manière à faire passer cet inverseur de poussée entre ses positions de jet direct (fonctionnement normal de l'aéronef) et de jet indirect (situation de freinage de l'aéronef à l'atterrissage).
La ferrure 19 incorpore deux chapes 3 selon l'invention, une seule d'entre elles étant visible sur les figures 4 et 5.
Cette chape, qui est réalisée en matériau composite, peut comprendre deux ceintures intérieures 9a, 9b définissant une partie de section sensiblement rectangulaire 23 à l'intérieur de laquelle est insérée une bague

7 de forme extérieure correspondante, ainsi qu'une ceinture extérieure 9c.
La bague 7 peut être formée par exemple en alliage métallique.

Comme la chape 3 de la figure 2, un voile 15 peut s'étendre entre les différentes ceintures 9a, 9b, 9c s'il y a un besoin mécanique ou un besoin d'étanchéité comme dans l'exemple cité.
La direction principale des efforts auxquels est soumise la ferrure 19 est indiquée par la flèche F de la figure 5.
Comme cela est visible à la figure 6, les ceintures 9a et 9b définissent une zone 11 enveloppant la bague 7, qui est sensiblement parallèle à la direction des efforts F.
En examinant la figure 6 sur laquelle on a représenté par des hachures 25 la zone de transmission des efforts F de l'intérieur de la bague 7 vers la périphérie de celle-ci, on peut voir que cette transmission s'effectue à la manière d'un champ de pression.
Plus précisément, la surface de la zone 11 sensiblement normale à
la direction des efforts F étant beaucoup plus importante que la surface d'application 27 de ces efforts F à l'intérieur de la bague 7, il en résulte une dilution des efforts transmis aux plis de composite qui se trouvent dans la zone 11.
Comme cela est visible à la figure 6, les efforts F permettent par ailleurs de faire travailler en compression/traction les nervures 29a, 29b définies par les zones adjacentes des ceintures 9a et 9b entourant la bague 7, lesquelles nervures s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à
celle des efforts F.
On a représenté sur les figures 7 et 8 une généralisation du mode de réalisation des figures 4 à 6.
Dans le mode de réalisation visible à la figure 7, la bague 7 dispose d'un contour extérieur polygonal, et les nervures 29a à 29e définies par la jonction des ceintures de plis de composite adjacents arrivent chacune sensiblement au milieu des côtés respectifs du polygone défini par le contour extérieur de la bague 7.
Dans le mode de réalisation de la figure 8, certaines de ces nervures 29a, 29b, 29c, 29d arrivent au sommet du polygone défini par le contour extérieur de la bague 7.
On notera que la section de l'orifice intérieur de la bague 7 peut être circulaire comme cela a été décrit jusqu'à présent.

8 L'avantage d'une forme plane extérieur à la bague 7 par rapport à
une forme circulaire est qu'il permet d'éviter l'écartement et donc le délaminage des plis 29a par rapport à 29b, des plis 29b par rapport à 29c, etc.
Toutefois, cette forme n'est pas limitative.
D'autres formes pourraient convenir, telle qu'une forme d'ellipse, une forme rectangulaire, etc.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 9, la bague 7 comporte des extensions 31a, 31b, 31c qui sont prises en sandwich dans les plis de composite définissant les nervures 29a, 29b et 29c disposées autour de cette bague.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 10, on peut voir que la bague 7 peut présenter un contour extérieur tout autre que polygonal, et notamment un contour comprenant des parties rectilignes 33a, 33b, et courbes, 35a, 35b.
On se reporte à présent aux figures 11 à 13, sur lesquelles on a représenté une pièce longiligne 37 incorporant une chape 3 selon l'invention.
Une telle pièce peut par exemple être une bielle d'actionnement de volet d'inverseur de poussée, ou toute autre bielle intervenant dans la constitution d'une nacelle pour moteur d'aéronef.
Elle peut aussi être une jonction de cadre arrière de grilles qui permet de maintenir l'arrière des grilles d'un inverseur de poussé sur les poutres 12 heure & 6 heure.
Elle peut encore être une extension locale sur un mat ou bras. La géométrie des plis entourent non plus une bague polygonale mais un mat polygonal selon l'invention ou sensiblement cylindrique auquel cas une bague intermédiaire polygonale selon l'invention sera nécessaire (exemple de configuration possible, voir figure ci-dessous).
Dans le mode de réalisation visible à la figure 12, on peut voir que la bague 7 présente un contour extérieur de forme sensiblement carrée, et un contour intérieur de forme sensiblement circulaire.
Cette bague 7 est enveloppée par une ceinture 9 de matériau composite comprenant une zone 11 sensiblement perpendiculaire à la direction des efforts principaux F auxquels est soumise la chape 3.
Plus précisément, entre la ceinture de composite 9 et la bague 11 se trouve une autre ceinture de composite 39, qui elle aussi entoure cette bague et se trouve à son autre extrémité reliée à la structure de la pièce 37.

9 Pour cette raison, on pourra dire que la ceinture 39 de composite, qui fait en réalité partie intégrante de la pièce 37, est structurante, par opposition à
la ceinture de composite 9 qui entre uniquement dans la constitution de la chape 3, et que l'on pourra désigner par ceinture de bague.
Pour permettre une répartition optimale des efforts, on peut envisager de placer entre les ceintures 9 et 39, à proximité de la bague 7, un amas de composite ou de mousse 41 qui évite un amas de résine, que l'homme du métier appelle tête de clou par référence à la section sensiblement triangulaire de cette zone.
On pourra avantageusement renforcer la structure ainsi obtenue grâce à une liaison transversale type couture ou tufting 13 (voir figure 13) traversant les deux ceintures de composite 9 et 39 et la tête de clou 41.
Le mode de réalisation de la figure 13 se distingue de celui de la figure 12 essentiellement en ceci que la bague 7 présente un contour extérieur de forme sensiblement circulaire et que la diffusion des efforts évitera le délaminage par une liaison plane entre les fibres et la bague 7 comme dans les exemples figure 6 à 10.
Comme on l'aura compris à la lumière de la description qui précède, la présente invention permet de réaliser une chape en composite grâce à
laquelle les efforts transmis entre les différentes pièces en jeu sont répartis à la manière d'une pression dans les différentes ceintures de composite qui sont disposées autour de la bague.
De plus, la chape selon l'invention permet de faire travailler ces différentes ceintures essentiellement en traction/compression, c'est-à-dire dans les meilleures plages de comportement de ces ceintures, par opposition à des efforts de cisaillement.
Les applications de la présente invention sont nombreuses notamment dans la conception des nacelles pour moteur d'avion mais peuvent s'étendre bien sûr à tout domaine connexe.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simples exemples.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Chape en composite (3) de liaison entre deux pièces (1), comprenant un agencement de plis (9a, 9b, 9c, 9d ; 9) de chape en composite et un orifice permettant ladite liaison, caractérisée en ce qu'elle comprend une bague (7) définissant ledit orifice, et en ce que ledit agencement de plis de chape en composite permet de définir le contour (9d) de ladite chape (3), d'entourer ladite bague (7) et de définir des nervures (9a, 9b, 9c) reliant ladite bague (7) audit contour (9d) de ladite chape (3).

2. Chape (3) selon la revendication 1, dans laquelle ladite bague (7) est formée dans un matériau choisi dans le groupe comprenant un alliage métallique et un matériau composite.

3. Chape (3) selon la revendication 1, dans laquelle ladite bague (7) est formée par usinage d'une pièce pleine enveloppée par lesdits plis de chape.

4. Chape (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite bague (7) présente une section dont les contours extérieurs et intérieurs sont choisis dans le groupe comprenant les cercles, les ellipses, les polygones.

5. Chape (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite bague (7) présente des extensions (31a, 31b, 31c) prises en sandwich entre au moins certains desdits plis de chape (29a, 29b, 29c).

6. Chape selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la bague (7) est réalisée en matériau composite et dans laquelle des coutures (13a, 13b, 13c ; 13) relient entre eux lesdits plis de chape (9a, 9b, 9c, 9d) et ladite bague (7).

7. Pièce (1) équipée d'une chape (3) conforme l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins certains desdits plis de chape (9d ; 9) relient ladite bague (7) au reste de la pièce (1).

8. Pièce selon la revendication 7, dans laquelle des plis structurants (39) solidaires du reste de ladite pièce (1) enveloppent ladite bague (7) et sont recouverts au moins en partie d'au moins certains desdits plis de chape (9).

9. Pièce selon la revendication 8, dans laquelle des zones sont remplies par un matériau composite ou de la mousse par exemple dites tête de clou (41) sont interposés entre lesdits plis structurants (39) et lesdits plis de chape (9), au voisinage de ladite bague (7).

10. Pièce selon l'une des revendications 8 ou 9, dans laquelle des coutures (13) relient entre eux lesdits plis structurants (39) et lesdits plis de chape (9).