FR2646494A1 - LIGHT MATERIAL FOR AEROSPATIAL STRUCTURES - Google Patents

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    • B64C1/00Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
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Abstract

Matériau léger pour structures aérospatiales. Ce matériau comprend une enveloppe métallique 2, ayant une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm, emplie d'hydrogène ou d'hélium sous une pression telle qu'en cas d'absence de charges mécaniques, la structure obtenue soit sous un état de tension mécanique. De tels éléments peuvent être accolés, sous des peaux externes, pour former des panneaux plats ou des éléments arrondis. Application : éléments de renforcement ou de support de charge pour structures aérospatiales.Lightweight material for aerospace structures. This material comprises a metal casing 2, having a wall thickness of less than 1 mm, filled with hydrogen or helium under a pressure such that in the absence of mechanical loads, the structure obtained is in a state of tension. mechanical. Such elements can be joined together, under external skins, to form flat panels or rounded elements. Application: elements of reinforcement or load support for aerospace structures.

Description

La présente invention concerne des matériaux légers, destinés à servir àThe present invention relates to lightweight materials for use in

la construction de structures aérospatiales. Un matériau couramment utilisé dans la construction des avions et aéronefs consiste en deux peaux métalliques entre lesquelles il y a, reliée et/ou collée à ces peaux,une  the construction of aerospace structures. A material commonly used in the construction of aircraft and aircraft consists of two metal skins between which there is, connected and / or glued to these skins, a

couche en nid d'abeilles métallique. Ce matériau est large-  layer of honeycomb metal. This material is wide-

ment utilisé dans les cas o les charges sont réparties ou distribuées par nature, comme dans le cas des sols de cabines ou certaines aires ou surfaces des ailes, des plans ou ailettes ou dérives de queue. On connaît également un matériau gonflable consistant en un sac flexible de forme convenable, dont des régions sont reliées par des éléments flexibles tendus. Ce matériau était spécifiquement destiné  used in cases where the loads are distributed or distributed by nature, as in the case of cabin floors or certain areas or surfaces of wings, planes or fins or tail fins. Also known is an inflatable material consisting of a flexible bag of suitable shape, regions of which are connected by flexible elements tensioned. This material was specifically intended

à servir dans un contexte spatial pour permettre l'"atter-  to be used in a spatial context to allow the "landing

rissage" des structures sous forme aplatie et leur dilata-  "flattened structures and their dilat-

tion subséquente à leur forme finale quand les structures  following their final form when the structures

ont atteint leur destination.have reached their destination.

Dans de nombreuses applications aérospatiales, la combinaison de la charge et de la longueur de transmission  In many aerospace applications, the combination of load and transmission length

est telle que les structures résultantes sont en compres-  is such that the resulting structures are compres-

sion et que leur comportement est régi par des critères de stabilité élastique. Les charges que les structures doivent supporter régissent le dimensionnement du matériau servant  their behavior is governed by criteria of elastic stability. The loads that the structures must support govern the dimensioning of the material serving

à fabriquer les structures et en régissent donc les masses.  to manufacture the structures and thus govern the masses.

Selon la présente invention, celle-ci propose un matériau léger destiné à servir de composant de support de  According to the present invention, it proposes a light material intended to serve as a support component of

charges d'nne structure aérospatiale, le matériau compre-  aerospace structure, the material includes

nant une enveloppe métallique ayant une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm et qui est emplie d'hydrogène ou d'hélium à une pression telle que, lorsque la structure n'est pas soumise à des charges mécaniques, cette structure se trouve  metal shell having a wall thickness of less than 1 mm and which is filled with hydrogen or helium at a pressure such that, when the structure is not subjected to mechanical loads, this structure is

en un état de tension mécanique.in a state of mechanical tension.

De préférence, le gaz est de l'hélium. Typiquement, l'épaisseur de la paroi de l'enveloppe est de 0,1 mm, et la  Preferably, the gas is helium. Typically, the thickness of the wall of the envelope is 0.1 mm, and the

pression du gaz est de 10 bars.gas pressure is 10 bar.

L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins d'accompagnement sur lesquels: la figure 1 est une représentation d'un élément simple de renforcement comportant une mise en oeuvre de l'invention; la figure 2 est une représentation d'une structure de panneau comportant la mise en oeuvre de l'invention; la figure 3 est une représentation d'une autre forme de structure de panneau comportant la mise en oeuvre de l'invention; et la figure 4 montre une autre forme d'élément de  The invention will now be described, by way of illustrative and non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a representation of a simple reinforcing element comprising an implementation of the invention; FIG. 2 is a representation of a panel structure comprising the implementation of the invention; Figure 3 is a representation of another form of panel structure embodying the invention; and Figure 4 shows another form of element of

renforcement comportant la mise en oeuvre de l'invention.  reinforcement comprising the implementation of the invention.

En se référant aux dessins, on voit que la figure 1 montre un élément simple de renforcement,qui consiste en une chambre 1 cylindrique dont la paroi 2 est en un alliage d'aluminium et a une épaisseur d'environ 0,1 mm. La chambre  Referring to the drawings, it is seen that Figure 1 shows a simple reinforcing member, which consists of a cylindrical chamber 1 whose wall 2 is made of an aluminum alloy and has a thickness of about 0.1 mm. Bedroom

1 cylindrique est emplie d'hélium sous une pression d'envi-  1 cylindrical is filled with helium under a pressure of about

ron 10 bars.10 bars.

La figure 2 montre une façon de fabriquer une struc-  Figure 2 shows a way of fabricating a structure

ture de panneau sensiblement plat. Comme dans le cas de l'élément de renforcement décrit en référence à la figure 1, la structure de panneau consiste en une chambre 21, qui a une paroi 22 en un alliage d'aluminium ayant environ 0,1 mm d'épaisseur et qui est emplie d'hélium sous une pression d'environ 10 bars. Dans ce cas, cependant, la chambre 21 est mise sous forme d'un panneau sensiblement plat, précontraint à l'aide d'éléments 23 de précontrainte qui relient des régions opposées de la paroi 22 de la chambre 21. Les éléments 23 de précontrainte peuvent avoir la forme de fils métalliques, de filés ou d'éléments  substantially flat panel. As in the case of the reinforcing element described with reference to FIG. 1, the panel structure consists of a chamber 21, which has a wall 22 made of an aluminum alloy having a thickness of about 0.1 mm and which is filled with helium under a pressure of about 10 bar. In this case, however, the chamber 21 is in the form of a substantially flat panel, prestressed with prestressing elements 23 which connect opposite regions of the wall 22 of the chamber 21. The prestressing elements 23 may be in the form of wires, yarns or

filetés, ou bien prendre la forme de feuilles minces con-  threads, or take the form of thin sheets

tinues. On peut réaliser des structures de panneaux ayant une forme autre qu'une forme sensiblement plane, par exemple un plan de sustentation ou une aile, ou une partie d'un tel plan ou d'une telle aile, en faisant varier de façon systématique convenable les longueurs des éléments 23 de précontrainte. On peut ainsi obtenir un ou des panneaux  tinues. Panel structures having a shape other than a substantially planar shape, for example a lift plane or a wing, or part of such a plane or wing, can be made by varying in a suitable systematic manner. the lengths of the prestressing elements 23. It is thus possible to obtain one or more panels

de forme aérodynamique incurvée.curved aerodynamic shape.

Un inconvénient de la structure de panneau repré-  A disadvantage of the panel structure

sentée sur la figure 2 est que, en raison de la minceur de la paroi 22 de la chambre 21, elle tend à se bosseler aux endroits o les éléments 23 de précontrainte sont reliés à la paroi 22 de la chambre 21. On peut surmonter cet effet grâce à l'agencement représenté sur la figure 3. Dans ce cas, plusieurs chambres 31, ayant la même structure que celle précédemment décrite, sont reliées ensemble sur la majeure partie de leurs périphéries. Non seulement le fait de relier ainsi ensemble les chambres 31 leur donne des sections allongées semblables à celles de la structure de panneau décrite à propos de la figure 2, mais cela permet d'y parvenir sans avoir besoin de recourir à des éléments internes quelconques de précontrainte. Des peaux externes 32 et 33 sont reliées et/ou collées aux extrémités 34 arrondies des chambres 31, pour donner des surfaces externes dépourvues de bosselures. Un avantage de cette forme de structure est qu'une perte d'intégrité suivie d'une décompression d'une ou plusieurs chambres 31 ne va  2 is that, because of the thinness of the wall 22 of the chamber 21, it tends to dent at the locations where the prestressing elements 23 are connected to the wall 22 of the chamber 21. This can be overcome. This is because of the arrangement shown in FIG. 3. In this case, several chambers 31, having the same structure as that previously described, are connected together over most of their peripheries. Not only does the fact of thus connecting the chambers 31 together give them elongated sections similar to those of the panel structure described with reference to FIG. 2, but this makes it possible to achieve this without the need to resort to any internal elements of prestressing. External skins 32 and 33 are connected and / or glued to the rounded ends 34 of the chambers 31, to provide external surfaces free of dents. An advantage of this form of structure is that a loss of integrity followed by decompression of one or more chambers 31 will not

pas nécessairement provoquer un affaissement du panneau.  not necessarily cause a collapse of the panel.

Comme précédemment, on peut réaliser des panneaux ayant une épaisseur autre qu'une épaisseur uniforme, en faisant varier les longueurs d'une chambre 31 dans la direction  As before, panels having a thickness other than a uniform thickness can be made by varying the lengths of a chamber 31 in the direction

perpendiculaire aux peaux externes 32 et 33 du panneau.  perpendicular to the outer skins 32 and 33 of the panel.

Une construction multicellulaire semblable, pour protéger contre une perte de solidité mécanique, peut être appliquée à des éléments de renforcement, et une telle structure est représentée sur la figure 4. Plusieurs  A similar multicellular construction, to protect against a loss of mechanical strength, can be applied to reinforcing elements, and such a structure is shown in FIG.

chambres 4 cylindriques et séparées sont étroitement acco-  4 cylindrical and separate rooms are closely

lées et reliées et/o collées ensemble le long de leurs lignes de contact, en formant ainsi un garnissage serré. Ces chambres sont entourées par un cylindre 42 externe auquel sont reliées et/ou collées les chambres 4' cylindriques  and bonded and / or bonded together along their nips, thereby forming a tight packing. These chambers are surrounded by an outer cylinder 42 to which are connected and / or glued the cylindrical chambers 4 '

externes du garnissage intérieur.external lining.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1. Matériau léger destiné à servir de composant de support de charge d'une structure aérospatiale, ce matériau  1. A lightweight material for use as a load bearing component of an aerospace structure, this material étant caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe métal-  characterized by comprising a metal shell lique (2), ayant une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm et emplie d'hydrogène ou d'hélium sous une pression telle que, si elle n'est pas soumise à des charges, la -structure  1 (2), having a wall thickness of less than 1 mm and filled with hydrogen or helium under a pressure such that, if not subjected to charges, the structure se trouve sous un état de tension mécanique.  is under a state of mechanical tension. 2. Matériau léger selon la revendication 1, caracté-  2. Light material according to claim 1, characterized risé en ce que ce matériau comprend plusieurs structures (21) selon la revendication 1, reliées ou collées ensemble  in that this material comprises several structures (21) according to claim 1, connected or glued together et reliées ou collées à une peau (22) externe.  and bonded or adhered to an outer skin (22). 3. Matériau léger selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau léger a  Lightweight material according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the light material has la forme d'un panneau sensiblement plat.  the shape of a substantially flat panel. 4. Matériau léger selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau léger a la forme d'un panneau ayant une forme aérodynamique incurvée.  Lightweight material according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the lightweight material is in the form of a curved aerodynamic shaped panel. 5. Matériau léger selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il peut être mis sous5. Light material according to claim 1 or claim 2, characterized in that it can be put under forme d'un élément de renforcement mécanique.  form of a mechanical reinforcing element. 6. Matériau léger selon l'une quelconque des reven-  6. Light material according to any one of the dications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrogène ou l'hélium est présent sous une pression de l'ordre de  preceding statements, characterized in that hydrogen or helium is present under a pressure of the order of bars.bars.
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