FR2748719A1 - Pale a faible signature radar - Google Patents

Abstract

La pale (10) à faible signature radar selon l'invention est telle que la coque travaillante (13) et chaque longeron (12) sont réalisés en matériaux diélectriques et le matériau de chaque élément de remplissage (17a, 17b) est un matériau absorbant les ondes électromagnétiques et/ou la coque travaillante (13), chaque longeron (12) et chaque élément de remplissage (17a, 17b) sont assemblés en un noyau structural (11), assurant la résistance structurale de la pale (10) et entouré d'un revêtement d'habillage (18) comprenant une coque externe (19a, 19b), rigide et profilée, en matériaux diélectriques,et une couche (20a, 20b) d'un matériau synthétique souple et léger, absorbant les ondes électromagnétiques et assurant le remplissage entre le noyau (11) et la coque externe (19a, 19b), de façon à former un écran radar. Application à l'équipement des aérodynes militaires.

Description

La présente invention se rapporte à une pale à faible signature radar, destinée à l'équipement des rotors d'aérodynes, en particulier des rotors d'aérodynes à voilure au moins partiellement tournante, tels que giravions et convertibles, et plus spécifiquement les hélicoptères à usa- ge militaire.

Le but de l'invention est de proposer une pale, en particulier de rotor d'hélicoptère, donc la structure est constituée de moyens spécifiquement choisis et utilisés pour réduire l'écho radar de la pale et donc du disque rotor engendré par la rotation des différentes pales équipant ce rotor, afin d'augmenter la discrétion ou la furtivité de l'aérodyne équipé d'au moins un tel rotor, dans le but de le rendre moins détectable par les faisceaux d'ondes électromagnétiques des radars.

L'idée à la base de l'invention repose, d'une part, sur le principe connu que tous les éléments conducteurs de l'électricité réfléchissent les ondes électromagnétiques. Or, la détection assurée par un radar est basée sur la réception d'au moins une partie de la fraction réfléchie des ondes électromagnétiques incidentes dirigées sur une cible à détecter. Pour réaliser une pale à faible signature radar, ou encore une pale dite "discrète", il faut donc rendre la pale moins réfléchissante aux ondes électromagnétiques. De plus, il est également bien connu que toute onde électromagnétrique incidente se transforme en une onde rérléchie et en une onde réfractée à tout changement de milieu dans lequel l'onde se propage. L'idée à la base de l'invention repose donc, d'autre part, sur la nécessité qu'il y a à anéantir ou annihiler le plus rapidement possi Dle la partie réfractée d'une onde électromagnétique incidente touchant une pale, afin d'empêcher que l'onde réfractée, se propageant à l'intérieur de cette pale, rebondisse sur les parois internes de la pale ou crée un phénomène de résonnance dans les cavités de la structure de la pale, puis ressorte de cette dernière sous la forme d'une onde réflécllie susceptible d'être captée par un radar.

L'invention a donc pour objet de proposer une pale dont la structure présente un bon compromis entre une capacité de transparence suffisamment grande, c'est-à-dire une capacité de réflexion suffisamment atténuée, et une capacité d'absorption suffisamment élevée des ondes électromagnétiques, pour que la signature radar de la pale soit très faible.

A cet effet, la pale selon l'invention est réalisée en matériaux composites, et lorsqu'elle est du type comprenant:
- au moins un longeron en stratifils de fibres à haute résistance mécanique agglomérés par une résine synthétique polymérisée,
- une coque rigide travaillante, participant à la résistance structurale de la pale, et comportant au moins une couche de tissu de fibres à haute résistance mécanique agglomérées par une résine synthétique polymérisée, et
- au moins un élément de remplissage, en un matériau synthétique léger, disposé dans la coque travaillante, elle se caractérise en ce que la coque travaillante et chaque longeron sont réalisés en matériaux diélectriques et le matériau de chaque élément de remplissage est un matériau absorbant les ondes électromagnétiques, et/ou ladite coque travaillante, chaque longeron et chaque élément de remplissage sont assemblés en un noyau structural, assurant la résistance structurale de la pale et entouré d'un revêtement d'habillage comprenant une coque externe, rigide et profilée, en matériaux diélectriques, et une couche d'un matériau synthétique souple et léger, absorbant les ondes électromagnétiques et assurant le remplissage entre le noyau structural et la coque externe, de façon à former un écran radar.

L'invention propose ainsi trois modes principaux de réalisation de la pale discrète radar.

Dans un premier mode de réalisation, tous les éléments constitutifs essentiels de la pale, et en particulier tous les éléments travaillants, sont constitués soit de matériaux diélectriques, soit de matériaux absorbant les ondes électromagnétiques.

Ceci conduit à renoncer à l'utilisation non seulement de composants métalliques, mais également de composants incorporant du bore ou du carbone, alors que ce dernier matériau est particulièrement performant par rapport à d'autres matériaux de substitution, tels que le verre ou les fibres aramides, et en particulier celle commercialisée sous le nom de marque de KEVLAR.

I1 en résulte que la discrétion radar de la pale selon ce premier mode de réalisation ne peut être acquise qu'au prix d'une pénalisation en masse, toute chose étant éyale par ailleurs, vis-à-vis d'une pale "non-discrète", de rïême architecture, comportant des éléments réalisés et optimisés en des matériaux éventuellement conducteurs, par exemple en tissu ou en fibres de carbone, et notamment la coque rigide travaillante de la pale.

Dans un seconde mode de réalisation de la pale selon l'invention, toutes les parties assurant la résistance structurale de la pale sont regroupées et assemblées en un noyau structural, et ce dernier est entouré d'un revêtement d'habillage stratifié, à deux couches, dont la couche externe est une coque rigide et profilée au profil aérodynamique souhaité de la pale, et réalisée en matériaux diélectriques, tandis que la couche interne est une couche de remplissage souple et absorbante, formant écran radar. Dans ce cas, iorsque les ondes électromagnétiques rencontrent la pale, elles traversent la coque externe et sont ensuite "piégées" et absorbées dans la couche de remplissage. De ce fait, il reste possible d'utiliser des matériaux conducteurs, et en particulier du carbone en fibres, stratifils et/ou en tissu, pour constituer les éléments du noyau structural, tout en conservant une faible signature radar à la pale.

Comme le revêtement d'habillage formant écran radar constitue simultanément, en utilisation, un bouclier protecteur du noyau structural vis-à-vis des chocs (contre les cailloux et branchages) et agressions diverses de la part du milieu ambiant, et donc vis-à-vis des endommagements, il en résulte que les éléments constitutifs du noyau structural peuvent être optimisés en caractéristiques et réalisés avec des épaisseurs minimales, sans souci des agressions précitées.

De ce fait, il est possible de gagner suffisamment en masse sur la réalisation du noyau structural, par rapport à une pale en matériaux diélectriques, pour compenser la pénalisation en masse du revêtement d'habillage qui est monté autour du noyau structural.

Ce second mode de réalisation ne se limite pas aux cas dans lesquels le noyau structural comprend au moins un longeron de stratifils et une coque travaillante, en couches de tissu de fibres, qui renferme au moins un élément de remplissage, comme présenté ci-dessus, mais il s'étend à toutes les structures possibles du noyau structural, que la section transversale de ce dernier (selon la corde de la pale) présente un contour sensiblement parallèle au profil de la coque externe du revêtement d'habillage, auquel cas la couche de remplissage en matériau souple et absorbant est de préférence une feuille de compensation des écarts de tolérance entre ledit contour et ledit profil, ou que le noyau structural présente une section transversale ayant un contour à facettes, basé sur des formes géométriques simples, telles triangulaires et quadrangulaires, auquel cas la couche de remplissage en matériau souple et absorbant est de préférence un matelas de compensation des différences de formes entre ledit contour et le profil de la coque externe du revêtement d'habillage. I1 est de plus à noter qu'une telle réalisation permet également de donner au contour du noyau structural la forme d'un profil aérodynamique approxi natif, avec une grande tolérance, compensée par le montage du revêtement d'habillage, mais qui facilite d'autant une réalisation économique du noyau structural.

Enfin, dans le troisième mode de réalisation, qui privilégie la recherche d'une discrétion radar maximale de la pale en acceptant une certaine pénalisation en masse, la pale comprend un noyau structural constitué d'éléments diélectriques ou absorbants et entouré d'un revêtement d'habillage à coque externe diélectrique et à couche de remplissage souple et absorbante formant écran radar. En particulier, une pale selon ce troisième mode de réalisation peut se présenter comme étant une pale selon le second mode de réalisation et dont le noyau structural est lui-même réalisé sensiblement comme une pale selon le premier mode de réalisation présenté ci-dessus.

Dans ces différents modes de réalisation, au moins un élément de remplissage, mais de préférence chacun des éléments de remplissage logés dans la coque travaillante, est réalisé en un matériau cellulaire ou en mousse relativement rigide et chargé de particules conductrices. Ce matériau chargé peut avoir, comme les matériaux en mousse normalement utilisés dans la fabrication de pales en composites "non-discrètes", une masse spécifique qui varie dans une plage de valeur importante. Dans le cas de l'invention, la masse spécifique du matériau chargé utilisé est avanta geusement comprise dans une plage allant de sensiblement 50 à sensiblement 200 kg/m3, la charge représentant environ 5% en poids du matériau chargé.

De même, dans les second et troisième modes de réalisation, dans lesquels la pale comporte un revêtement d'habillage, le matériau de remplissage absorbant formant écran radar pour le noyau structural est avantageusement un matériau cellulaire ou en mousse chargé de particules con ductrices.

Avantageusement, le ou les matériaux chargés utilisés pour réaliser le ou les éléments de remplissage logés dans la coque travaillante et/ou la couche de remplissage et d'écran radar du revêtement d'habillage, lorsque la pale comporte un tel revêtement, est ou sont une mousse de polyuréthane chargée des particules électriquement conductrices.

Ces dernières peuvent être des particules de carbone, par exemple de la poudre ou des granules de carbone, mais, avantageusement, la charge est constituée de fibrilles de carbone, dont chacune se comporte comme une petite antenne ou un dipôle transformant l'onde électromagnétique qui la rencontre en courant électrique et consommant alors l'énergie correspondante par effet Joule, ce qui assure une absorption très efficace dans la mousse absorbante.

Dans le premier et le troisième mode de réalisation, les stratifils de chaque longeron et les tissus de chaque couche de la coque travaillante sont avantageusement réalisés en fibres choisies parmi les fibres aramides et de verre, et la ou les résines d'agglomération sont avantageusement choisies parmi les résines époxydes, polyesters ou thermoplastiques.

L'invention propose également d'améliorer la discrétion radar de la pale en apportant des aménagements spé cliques aux parties non structurales de la pale. En particulier, dans les différents modes de réalisation envi sagés, chaque contre-poids et chaque masse d'équilibrage statique et/ou dynamique dont la pale est équipée, sont réalisés en un matériau compound constitué de particules d'au moins un oxyde métallique, de préférence lourd, qui sont ag glomérés dans au moins une résine synthétique polymérisée.

De même le support de masse est constitué sous la forme d'un bloc d'un matériau composite diélectrique. En outre, la protection du bord d'attaque comprend avantageusement au moins une bande d'un élastomère choisi de préférence parmi les polyuréthanes et les silicones, mais il est également possible que la protection du bord d'attaque soit réalisée sous la forme d'une coiffe en résine thermoplastique, de préférence renforcée d'une armature en fibres diélectriques, cette armature de fibres se présentant par exemple sous la forme d'une couche de tissu de fibres, constituant une couche anti--érosion.

Dans une pale selon le second mode de réalisation propre à l'invention, l'optimisation du noyau structural est avantageusement assurée par le fait qu'au moins un longeron et/ou au moins une couche de la coque travaillante du noyau structural comprennent respectivement des stratifils et/ou un tissu de fibres de carbone.

Dans ce cas, comme dans le cas d'une pale selon le troisième mode de réalisation de i'invention, le revêtement d'habillage est avantageusement un revêtement non travaillant, dont la coque externe est de préférence une coque non structurale thermoformée en résine thermoplastique, éventuellement armée au moins partiellement de fibres diélectriques.

Le choix d'une résine thermoplastique, pour réaliser la coque externe rigide et profilée du revêtement d'habillage non travaillant, est avantageux non seulement parce que ce matériau est diélectrique, mais également dans la mesure où ce matériau présente d'excellentes qualités d'état de surface, de tenue à l'érosion, de résistance aux impacts et de réparabilité, en rendant possible des interventions simplifiées chez l'utilisateur, puisque ce revêtement n'est pas structural. Les petits endommagements pourront ainsi être réparés par l'utilisateur, sans retour de la pale en usine. Le choix d'une résine thermoplastique permet ainsi d'éliminer de la fabrication de la pale les longues opérations de finition, telles que les phases de mastiquage, de ponçage et de retouche, ainsi que de peinture si la résine thermoplastique choisie est teintée dans la masse, d'où des économies très substantielles de fabrication, d'entretien et de maintenance.

Par ailleurs, lorsqu'une pale selon le premier mode de réalisation, c'est-à-dire sans revêtement d'habillage, est du type comprenant des tabs fixés au niveau du bord de fuite de la pale, cette dernière se caractérise en ce que chaque tab est un élément en matériaux isolants et en forme de coin collé par la tranche directement sur la languette de bord de fuite de la pale.

Dans les différents modes de réalisation, pour renforcer l'ossature de la pale, il est avantageux que celle-ci comprenne de plus un longeron central composite et de préférence diélectrique, s'détendant selon l'envergure de la pale, sensiblement au milieu de sa corde, et dont les extrémités transversales, selon la corde, sont solidarisées cha curie par l'intermédiaire d'une semelle composite et de préférence également diélectrique, l'une contre l'intérieur ue la partie d'extrados et l'autre contre l'intérieur de la partie d'intrados de la coque rigide travaillante, de façon à délimiter avec cette dernière et un longeron de bord d'attaque, un caisson de bord d'attaque rempli d'un élément de remplissage avant, un élément de remplissage arrière remplissant également la partie de la coque rigide travaillante qui s'étend à l'arrière dudit longeron central et jusqu'au bord de fuite de la pale.

Iiidépendamment de la réalisation particulière des éléments structuraux de la pale selon l'invention, cette pale à faible signature radar et en matériaux composites, lorsqu'elle est réalisée conformément aux second et troisième modes de réalisation présentés ci-dessus, se caractérise 'une manière générale en ce qu'elle comporte:
- un noyau structural, de préférence de profil aérodynamique approximatif, assurant la résistance structurale de la pale, et
- un revêtement d'habillage, entourant le noyau structural et comprenant:
- une coque externe rigide et au profil aérody
nasique souhaîté réalisée en matériaux diélectri
ques, et
- une couche d'un matériau de conformation non
travaillant, léger et souple, assurant le rem
plissage entre le noyau et la coque externe, et
absorbant les ondes électromagnétiques de façon à
former un écran radar.

Dans tous les cas où la pale comprend un revêtement d'habillage, il est avantageux, pour faciliter les opérations de montage, démontage, changement et éventuellement réparation de ce revêtement, que ce dernier soit constitué de deux parties stratifiées complémentaires, dont chacune comprend l'une de deux parties complémentaires de la couche ae matériau absorbant formant écran radar, et l'une de deux parties complémentaires de la coque externe diélectrique, les deux parties stratifiées complémentaires du revêtement étant rapportées autour du noyau structural et solidarisées l'une à l'autre ainsi, de préférence, qu au noyau structural par exemple par collage.

D'une manière générale, dans les pales selon l'invention, toutes les liaisons sont avantageusement des liaisons collées, et dans les cas où des vis de fixation seront cependant utilisées, par exemple pour la fixation du saumon de pale à la partie courante de celle-ci, on utilisera des vis en matière plastique, par exemple en Nylon ou
Torlon (marques déposées).

L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, de plusieurs exemples de réalisation particuliers décrits en référence aux dessins annexés dans lesquels:
Fig. 1 est une vue en coupe transversale, selon la corde, d'un premier exemple de pale de rotor d'hélicoptère, sans revêtement d'habillage,
Fig. 2 est une vue en coupe transversale, selon la corde, d'un second exemple de pale de rotor d'hélicoptère, comportant un revêtement d'habillage, et
Fig. 3 est une vue en perspective et avec arrachement partiel d'un tronçon de la partie courante de la pale dont la coupe est représentée sur la figure 2.

La pale 1 représentée sur la figure 1 comprend un longeron de bord d'attaque 2, constitué d'un faisceau de stratifils unidirectionnels de fibres diélectriques à haute résistance mécanique, par exemple de fibres de verre, et ces stratifils sont agglomérés par une résine synthétique d'imprégnation thermodurcissable et polymérisée qui est également une résine diélectrique, par exemple une résine époxyde.

Ce longeron présente une section transversale sensiblement en forme ce C du fait de la courbure convexe de ses faces d'intrados et d'extrados ainsi que de l'évidement concave de sa face arrière, qui délimite ainsi sensiblement une aile arrière d'intrados 2a et une aile arrière d'extrados 2b. De plus ce longeron 2 présente également sur sa face avant, un petit évidement concave dont la fonction est précisée ci-dessous.

Le longeron 2 ainsi constitué comprend, de manière connue, un pied ou une partie d'emplanture par lequel il est destiné à être raccordé à un moyeu de rotor, et ce longeron 2 est destiné à encaisser essentiellement les efforts centrifuges auxquels la pale est soumise en service.

La pale 1 comprend également une coque rigide travaillante 3, qui est profilée au profil aérodynamique définitif souhaîté pour la pale. Cette coque travaillante 3 est réalisée par empilage de plusieurs couches de tissu de fibres diélectriques à haute résistance mécanique agglomérées par une résine synthétique polymérisée, par exemple, par des couches de tissu de fibres de verre ou de fibres aramides, qui sont croisées et dont les fils de chaîne et de trame sont inclinés sensiblement à 45" sur la direction du bord d'attaque de la pale, ces couches étant préimprégnées d'une résine thermodurcissable, par exemple de type époxyde, et polymérisée à chaud. Cette coque est réalisée de manière traditionnelle, avec des étapes de finition comportant éventuellement des phases de calfatage, mastiquage, ponçage et enfin une phase de peinture pour revêtir la face externe de la coque 3 d'une couche de peinture absorbant les ondes électromagnétiques.

Le longeron 2 est disposé dans la zone du bord d'attaque de la coque 3 à laquelle il est rigidement raccordé par la polymérisation des résines, le long de ses faces convexes d'extrados et d'intrados et de ses ailes arrière 2a et 2b et de sorte que l'évidement concave de sa face avant délimite avec la coque 3 un logement occupé par des contre-poids de recentrage et des masses d'équilibrage statiques et/ou dynamiques 4.

Ces contre-poids et masses d'équilibrage 4 sont réalisés en un matériau compound constitué d'une charge granuleuse d'oxyde métallique lourd, par exemple d'oxyde de plomb, agglomérée par une résine synthétique polymérisée.

Ces contrepoids et masses d'équilibrage 4 n'appartiennent pas à l'ossature résistante de la pale, qui est cependant complétée par un longeron travaillant longitudinal et central 5. Ce longeron 5, en composite diélectrique, qui s'étend sensiblement sur toute l'envergure de la pale au niveau du milieu de sa corde, présente une section transversale sensiblement en forme de Z, avec une portion centrale formant l'amie 5c constituée d'un panneau de nid d'abeille revêtu de chaque côté de couches de tissu de fibres de verre préimprégnées d'une résine thermodurcissable, et deux ailes 5a, 5b, constituées chacune par la superposition des prolongements des couches de tissu de verre imprégnées des faces de l'âme centrale 5c.

L'aile d'intrados 5a repose contre la face supérieure d'une semelle d'intrados 6a, elle même en composite diélectrique, par exemple constituée par la superposition de plusieurs couches de fibres de verre préimpréSnées de résine et disposées longitudinalement, cette semelle d'intrados 6a étant appliquée par sa face inférieure contre la face inter ne de la partie d'intrados 3a de la coque 3, et de manière analogue, l'aile d'extrados 5b repose contre la face inférieure d'une semelle d'extrados 6b, en composite diélectrique, constituée par superposition de plusieurs couches de tissu de fibres de verre préimprégnées de résine et disposées longitudinalement et qui est appliquée par sa face supérieure contre laface interne de la partie d'extrados 3b de la coque 3, nais dans une position plus proche du longeron 2 que l'aile et la semelle d'intrados 5a et 6a. La polymérisation simultanée de la résine thermodurcissable d'imprégnation des différentes parties de l'âme 5, des semelles 6a et 6b et des couches de tissu de la coque 3 assure une liaison rigide du longeron 5 par l'intermédiaire des semelles 6a et 6b directement aux parties d'intrados et d'extrados de la coque rigide travaillante et diélectrique 3. De la sorte, le longeron 5 délimite avec la coque travaillante diélectrique 3 et le longeron diélectrique 2, un caisson structural avant ou de bord d'attaque, qui est rempli d'un corps de remplissage avant 7a, tandis que le longeron diélectrique 5 délimite avec la seule coque travaillante diélectrique 3, dans la partie tournée vers le bord de fuite de cette dernière, un caisson structural arrière ou de bord de fuite, qui est également rempli d'un corps de remplissage arrière 7b. Les corps de remplissage 7a et 7b sont chacun constitués en une mousse légère et relativement rigide de polyuréthane chargée de fibrilles de carbone. Cette mousse chargée peut être réalisée conformément aux enseignements du procédé et à l'aide du dispositif de dispersion de charges de particules solides dans des mousses de polyuréthane qui sont décrits dans le brevet US 3.256.218. Ce brevet décrit notamment un procédé de dispersion de particules solides et fibreuses dont les dimensions sont au moins aussi grandes que le diamètre moyen des cellules de la mousse, avec une distribution ou une dispersion sensiblement uniforme des fibres ou fibrilles de la charge dans la masse cellulaire ainsi qu'une distribution sensiblement uniforme des éléments constitutifs de la mousse de polyuréthane dans tout le volume occupé par celle-ci. La mousse chargée utilisée pour réaliser les corps de remplissage 7a et 7b présente une masse spécifique comprise entre environ 50 et environ 200 kg/m3, et la charge de fibrilles de carbone représente environ 5% en poids de la mousse chargée. Celle-ci se comporte comme un matériau "semi-conducteur", et est donc plus réfléchissante que de la mousse de polyuréthane non chargée, mais aussi et surtout plus absorbante des ondes électromagnétiques. En effet, les fibrilles de carbone en grand nombre dans la mousse se comportent chacune comme une petite antenne ou un petit dipôle qui transforme les ondes électromagnétiques en courant électrique, lequel produit un échauffement de la fibrille par effet
Joule, ce qui assure une consommation et une dissipation de i'énergie transportée par l'onde incidente. On obtient ainsi des corps de mousse 7a et 7b absorbant les ondes électromagnétiques qui ont traversé la coque diélectrique 3, dont la partie avant est protégée par une coiffe 8 de protection du bord d'attaque. Cette coiffe 8 est également non conductrice et soit constituée d'une ou plusieurs bandes d'élastomère, par exemple de polyuréthane ou de silicone, qui sont collées sur la coque diélectrique 3, soit réalisée par thermoformage d'une résine thermoplastique, éventuellement armée de fibres de verre, par exemple d'une couche de tissu de verre formant couche anti-érosion, la coiffe thermoplastique étant collée sur la coque diélectrique 3.

Si la pale comporte des tabs 9, ces derniers sont réalisés sous la forme de petits éléments triangulaires et allongés, ou en forme de coins, en matériau rigide et isolant, qui sont collés chacun par la tranche directement sur la languette de bord de fuite 3c formée par la réunion au bord de fuite des parties d'intrados 3a et d'extrados 3b de la coque 3. On obtient ainsi une pale présentant une faible signature radar, car elle est à la fois peu réfléchis saute et fortement absorbante des ondes électromagnétiques, du fait de la réalisation des éléments structuraux et non structuraux en matériaux diélectriques et du fait de la présence des corps de remplissage en mousse chargée absorbante.

Le second exemple de pale 10, représentée sur les figures 2 et 3, comprend un noyau structural 11, réalisé sous la forme d'une structure primaire comportant tous les éléments structuraux et essentiels d'une pale d'hélicoptère d'une structure déjà connue, semblable à celle de la pale de la figure 1, et la réalisation de ce noyau structural 10 est très proche de la réalisation de cette pale connue, sauf pour ce qui concerne les choix des matériaux si l'on considère la pale décrite précisément ci-dessus en référence à la figure 1.

Ce noyau structural 11 comprend un longeron de bord d'attaque 12, constitué de stratifils unidirectionnels ae fibres minérales ou organiques à haute résistance mécanique, de préférence de verre ou de fibres aramides, et ces stratifils sont agglomérés par une résine synthétique d'imprégnation thermodurcissable et polymérisée. Ce longeron 12 présente une section transversale sensiblement en forme de
C, en raison de la courbure convexe de ses faces d'intrados et d'extrados et de l'évidement concave de sa face arrière, délimitant ainsi une aile arrière d'intrados 12a et une aile carrière d'extrados 12b. Un petit évidement concave est également présenté sur la face avant du longeron 12, lequel comprend, de manière connue, un pied ou une partie d'emplanture pour son raccordement à un moyeu de rotor.

Le noyau structural 11 comprend également une coque rigide travaillante 13, ayant un profil transversal qui est, sans grande précision, sensiblement parallèle au profil aérodynamique définitif souhaité pour la pale. Cette coque travaillante 13 est réalisée sans finition, c'est-à- dire sans calfatage, mastiquage, ponçage, ni peinture, par empilage de plusieurs couches de tissu de fibres minérales ou organiques à haute résistance mécanique agglomérées par une résine synthétique polymérisée. Par exemple, la coque travaillante 13 est constituée de deux couches croisées de tissu de fibres de carbone dont les fils de chaîne et de trame sont inclinés sensiblement à 450 sur la direction du bord d'attaque de la pale, ces deux couches étant préimprégnées d'une résine thermodurcissable, par exemple de type époxyde, et polymérisées à chaud. Le longeron 12 est disposé dans la zone du bord d'attaque de la coque 13, à laquelle il est rigidement raccordé par la polymérisation des résines, le long de ses faces convexes d'extrados et d'intrados et de ses ailes arrières 12a et 12b, et de sorte que l'évidement concave de sa face avant délimite avec la coque 13 un logement occupé par des contrepoids ou masses d'équilibrage 14, qui sont réalisés en un métal lourd.

Le noyau structural comprend également un longeron travaillant longitudinal et central 15, qui est en matériau cornposite et s'étend sensiblement sur toute l'envergure de la pale, au niveau du milieu de sa corde, et présente une section transversale sensiblement en forme de Z, avec une portion centrale 15c formant une âme constituée d'un panneau de nid d'abeille revêtu de chaque côté de couches de tissu de fibres de carbone préimprégnées d'une résine thermodurcissable, et de deux ailes 15a et 15b, constituées chacune par la superposition des prolongements des couches de tissu de carbone préimprégnées des faces de la portion centrale 15c. L'aile d'intrados 15a repose contre la face supérieure d'une semelle d'intrados 16a en l'empilage de plusieurs couches de tissu de fibres de carbone disposées longitudinalement et préimprégnées d'une résine thermodurcissable, la semelle 16a étant appliquée par sa face inférieure contre la face interne de la partie d'intrados de la coque 13, et de manière analogue, l'aile d'extrados
., 15b repose contre la face inférieure d'une semelle d'extrados 16b, en composite et constituée par empilage de plusieurs couches de tissu de fibres de carbone également disposées longitudinalement et préimprégnées d'une résine thermodurcissable, la semelle 16b étant appliquée par sa face supérieure contre la face interne de la partie d'extrados de la coque 13, mais dans une position plus proche du longeron 12 que l'aile et la semelle d'intrados 15a et 16a. La polymérisation simultanée de la résine thermodurcissable d'imprégnation des différentes parties de longeron 15, des semelles 16a et 16b et des couches de la coque 13 assure une liaison rigide de longeron 15 par l'intermédiaire des semelles 16a et 16b directement aux parties d'intrados et d'extrados de la coque rigide et travaillante 13. De la sorte, le longeron 15 délimite avec la coque travaillante 13 et le longeron 12, un caisson structural avant ou de bord d'attaque, qui est de préférence rempli d'un corps de remplissage avant 17a, tandis que le longeron 15 délimite avec la seule coque travaillante 13, dans la partie tournée vers le bord de fuite de cette dernière, un caisson structural arrière ou de bord de fuite, qui est également de préférence rempli d'un corps de remplissage arrière 17b. Les corps de remplissage 17a et 17b sont chacun constitués en un matériau synthétique léger, relativement rigide, cellulaire ou en mousse, par exemple en mousse de polyuréthane, ou encore en nid d'abeille synthétique et stratifié, afin de présenter les formes voulues.

La réalisation de ce noyau structural 11 se rapproche donc de la réalisation de la pale de la figure 1, à l'exception, d'une part, du choix des matériaux, qui peut être optimisé en caractéristiques comme en dimensions, notamment en épaisseur, indépendamment du caractère conducteur ou non conducteur de ces matériaux, dans l'utilisation de couches de tissu de carbone, et, d'autre part, de l'absence de finition de la coque travaillante 13, et surtout de la forme de cette dernière, qui n'est que sensiblement parallèle au profil aérodynamique et définitif voulu, et réalisée sans grande précision de forme, avec une tolérance sur le profil approximatif ainsi obtenu qui peut être relativement grande, mais qui est toujours compensée par le montage autour de ce noyau structural 11 d'un revêtement d'habillage 18 décrit ci-dessous. I1 est clair que la réalisation du noyau structural 11 s'en trouve d'autant facilitée.

Le revêtement d'habillage 18 est un revêtement non travaillant, composite et stratifié, à deux couches superposées dont aucune ne participe à la résistance structurale de la pale. Ce revêtement 18 est constitué par l'assemblage autour du noyau structural 11 d'un demi-revêtement d'habillage d'intrados 18a et d'un demi-revêtement d'habillage d'extrados 18b, qui sont complémentaires. Chacun de ces deux demi-revêtements 18a et 18b comprend une couche externe rigide et mince, en résine thermoplastique qui peut être teintée dans la masse, qui est thermoformée au profil exact désiré, pour constituer la partie respectivement d'intrados 19a ou d'extrados 19b d'une coque externe (19a-l9b) rigide, mince, non-travaillante et diélectrique, mais supportant seulement les efforts aérodynamiques, et profilée avec précision selon le profil aérodynamique exact souhaité.

Chaque demi-revêtement 18a ou 18b comprend également une couche interne, réalisée en une mousse synthétique légère, souple et déformable, et chargée de particules conductrices, pour former respectivement une couche de conformation d'intrados 20a et une couche de conformation d'extrados 20b, destinées à remplir l'intervalle entre la coque externe profilée et non-travaillante (19a-19b) et la coque interne travaillante 13, en compensant ou en absorbant les différences de forme entre le contour de la coque interne 13 et le profil précis de la coque externe (19a-19b), et simultanément en formant un écran radar pour le noyau structural 11. La mousse utilisée pour réaliser la couche de remplissage et de conformation (20a-20b) est une mousse de polyuréthane souple chargée de fibrilles de carbone, constituant une couche absorbant les ondes électromagnétiques, dans les mêmes conditions que les éléments de remplissage absorbants 7a et 7b de la pale décrite en référence à la figure 1. En effet, la coque externe thermoplastique et uiélectrique (19a-19b) laisse passer les ondes électromagnétiques qui sont absorbées par dissipation thermique résultant de l'échauffement des fibrilles de carbone dans la mousse de la couche (20a-20b), de sorte que cette couche absorbante fait office d'écran radar. Simultanément, cette couche de remplissage et de conformation (20a-20b) du revêtement d'habillage 18 assure l'adaptation de la coque profi iée non travaillante (19a, 19b) autour du noyau structural 11. Dans la zone du bord d'attaque, chaque demi-coque externe l9a ou 19b présente une portion 19c légèrement surépaissie vers l'intérieur, pour former la protection de bord d'attaque, et l'épaisseur de la feuille de mousse conformable 20a et 20b est supérieure à son épaisseur au voisinage du bord de fuite. L'épaisseur moyenne de la couche de mousse déformable et chargée est environ de 5 mm tandis que l'épaisseur moyenne de la coque externe profilée et diélectrique est d'environ 1 mm.

Pour faciliter le montage du revêtement d'habillage 18 autour du noyau structural 11, chaque feuille de mousse chargée 20a ou 20b est collée contre la face interne concave de la demi-coque correspondante 19a ou l9b, afin d'obtenir les deux demi-revêtements 18a et 18b, qui sont en suite rapportés autour du noyau structural 11 et collés chacun sur la surface d'intrados ou d'extrados en regard et correspondante de ce dernier, et l'un contre l'autre aux niveaux des plans de joint du bord d'attaque et du bord de fuite.

L'utilisation d'une résine thermoplastique éventuellement teintée dans la masse pour constituer la coque externe et profilée (19a-l9b) permet de bénéficier des qualités et caractérisques propres à ce matériau, qui sont, en plus de ses propriétés diélectriques, un état de surface parfait, d'où l'économie des étapes de finition longues et délicates de retouche, telles que les étapes de ponçage, mastiquage, ainsi que de peinture, et une tenue à l'érosion améliorée par rapport aux peintures usuelles. De plus, la coque externe (19a-19b) et la couche de conformation et remplissage chargée (20a-20b) en mousse, associées pour constituer le revêtement d'habillage 18, forment simultanément un bouclier de protection de tous les éléments structuraux regroupés dans le noyau 11 de la pale, vis-à-vis des chocs de moyenne importance qui sont les plus nombreux et dus, par exemple, aux projections de pierres, cailloux, et heurts avec les branchages. En cas d'endommagement local du revêtement d'habillage 18, comme ce dernier n'est pas structural, il est possible de procéder chez l'utilisateur même à des réparations simplifiées, à l'aide de pièces des mêmes matériaux constitutifs. En cas d'endommagement plus conséquent, la pale est déposée et renvoyée en usine, où le revêtement d'habillage 18 est démonté pour permettre un contrôle de l'intégrité du noyau structural 11, et, le cas échéant, une réparation effectuée pour restaurer cette intégrité. De plus le revêtement d'habillage 18 est éventuellement réparé, plus ou moins localement, ou tout simplement remplacé par un autre revêtement identique, également à coque externe diélectrique et couche de remplissage souple et absorbante, si le revêtement d'origine est trop endommagé et inutilisable, afin d'obtenir une pale réutilisable. I1 faut noter que le caractère non-vital du revêtement d'habillage 18 permet,lorsqu'il a été arraché en vol, de profiter des caractéristiques aérodynamiques certes dégradées, mais cepen dant suffisantes, du profil approximatif du noyau structural 11 pour autoriser le retour de l'aérodyne à sa base.

Pour améliorer la résistance aux impacts et à l'érosion, il est possible de renforcer la résine de la coque externe profilée (19a-19b) par un apport limité de fibres à condition que ces dernières soient non conductrices, ou même de réaliser cette coque (19a-19b) avec une couche de tissu de fibres, non conductrices, faisant office de couche anti-érosion et rigidifiée par une résine synthétique d'imprégnation polymérisée.

On obtient également ainsi une pale ayant une raible signature radar, dont les éléments structuraux sont
Dien protégés, par le revêtement d'habillage formant simultanément écran radar et bouclier de protection. De plus, ce revêtement d'habillage non-travaillant 18 n'est pas vital mais est consommable et interchangeable, ce qui permet de faire évoluer le profil de la pale, selon l'envergure comme selon la corde, de façon modulaire par l'association de demi-revêtements d'intrados 18a et d'extrados 18b ayant la ou les courbures souhaîtées. On peut changer le profil d'une pale tout en conservant ses propriétés d'absorption, vis-àvis des ondes électromagnétiques, ou adapter ou transformer ce profil, à condition cependant de rester sensiblement dans des profils de même génération, à partir d'un même noyau structurai 11 de base.

I1 est important de noter que la pénalisation en masse due à la présence du revêtement d'habillage 18 peut être compensée par l'optimisation des éléments constitutifs eu noyau structural 11. En effet, comme ce dernier est protégé par le revêtement d'habillage 18, ses éléments constitutifs peuvent chacun être réalisés aux épaisseurs minimales ou optimisés en caractéristiques, sans souci des diverses agressions et impacts auxquels la pale peut être soumise en utilisation.

I1 est clair que le noyau structural 11 ne peut être contrôlé qu'avant son enrobage par le revêtement d'habillage 18. Après mise en place et collage de ce dernier, le contrôle final de la pale consiste en une vérification extérieure.

il est également important de noter que le contour de la section transversale du noyau structural 11 peut se différencier très nettement du profil aérodynamique de la coque externe 19: par exemple le noyau structural 11 peut présenter un contour à facettes et plus précisément un contour en hexagonane aplati obtenu en raison d'une section triangulaire d'une partie avant du longeron et de la coque travaillante, ainsi que d'une section également triangulaire de la partie arrière de cette coque travaillante, jusqu'au bord de fuite, alors que la partie centrale du noyau 11, sensiblement entre le longeron et l'âme centrale peut présenter une section rectangulaire. Cependant, un tel contour à base de formes géométriques simples délimite un profil qui, bien que très approximatif par rapport à celui présenté par la coque externe 19, reste suffisamment efficace sur le plan aérodynamique pour conserver le caractère non-vital au revêtement d'habillage 18, et permettre la sauvegarde de l'aérodyne lorsque ce revêtement 18 vient à être arraché du noyau structural de base 11. Dans ce cas, la compensation des différences plus importantes entre les formes du contour au noyau 11 et du profil de la coque 19 est assurée par la couche de mousse chargée (20a-20b) sous la forme d'un matelas relativement épais.

Un troisième exemple de pale à faible signature radar, privilégiant la discrétion radar de la pale par rapport à son poids, est obtenu en réalisant le noyau structural 11 de la pale représentée sur les figures 2 et 3 avec les mêmes matériaux que ceux qui sont employés pour réaliser la pale de la figure 1, dont seuls les tabs 9 de bord de fuite et la protection 8 de bord d'attaque ne seront pas repris. En d'autres termes, la pale de la figure 1, sans ses tabs 9 et sa protection 8 de bord d'attaque put être utilisée comme noyau structural à la place du noyau 11 de la pale des figures 2 et 3.

On obtient ainsi un noyau structural diélectrique et absorbant lui-même entouré d'un revêtement non travaillant à coque externe diélectrique et couche de remplissage de conformation et absorbante formant écran ra dar.

I1 est clair qu'une telle pale présente les caractéristiques maximales d'absorption combinées aux caractéristiques minimales de réflexion des ondes électromagnétiques.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS

   - au moins un élément de remplissage (17a, 17b), en un matériau synthétique léger disposé dans la coque travaillante (i3) caractérisée en ce que ladite coque travaillante (13) et chaque longeron (12) sont réalisés en matériaux diélectriques et le matériau de chaque élément de remplissage (17a, 17b) est un matériau absorbant les ondes électromagnétiques et/ou ladite coque travaillante (13), chaque longeron (12) et chaque élément de remplissage (17a, 17b) sont assemblés en un noyau structural (11), assurant la résistance structurale de la pale (10) et entouré d'un revêtement d'habillage (18) comprenant une coque externe (19a-19b), ri yide et profilée, en matériaux diélectriques, et une couche (20a-20b) d'un matériau synthétique souple et léger absorbant les ondes électromagnétiques, et assurant le remplissage entre le noyau structural (11) et la coque externe (19a-19b), de façon à former un écran radar.

   - une coque rigide travaillante (13), participant à la résistance structurale de la pale (10) et comprenant au moins une couche de tissu de fibres à haute résistance mécanique et agglomérées par une résine synthétique polymérisée, et

   - au moins un longeron (12) en stratifils de iibres à haute résistance mécanique agglomérés par une résine synthétique polymérisée,

   i. Pale à faible signature radar, notamment pour rotor d'aérodyne en particulier à voilure au moins partiellement tournante, tel qu'un hélicoptère, la pale (10) étant en matériaux composites et du type comprenant:
2. 2. Pale selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un élément de remplissage (17a, 17b) logé dans la coque travaillante (13) est réalisé en un matériau cellulaire ou en mousse relativement rigide et chargé de particules conductrices.
3. 3. Pale selon la revendication 2, caractérisée en ce que la masse spécifique du matériau chargé utilisé est comprise dans une plage allant d'environ 50 à environ 200 kg/m3, la charge représentant environ 5% en poids du matériau chargé.
4. 4. Pale selon l'une des revendications 1 à 3, avec revêtement d'habillage (18), caractérisée en ce que le matériau de remplissage, souple et absorbant, formant écran pour le noyau structural (11), est un matériau cellulaire ou en mousse chargé de particules conductrices.
5. 5. Pale selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le ou les matériaux chargés utilisés pour réaliser un élément de remplissage (17a, 17b) et/ou la couche de remplissage et d'écran (20a-20b) du revêtement d'habillage (i8) est une mousse de polyuréthane chargée de particules de carbone.
6. 6. Pale selon la revendication 5, caractérisée en ce que les particules de carbone constituant ladite charge sont des fibrilles de carbone.
7. 7. Pale selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les stratifils de chaque longeron (12) et le tissu de chaque couche de la coque travaillante (13) sont réalisés en fibres choisies parmi les fibres aramides et de verre et la ou les résines d'agglomération et de rigidification sont choisies parmi les résines époxyde, polyester ou thermoplastique.
8. 8. Pale selon l'une des revendications 1 à 7, du type comprenant au moins un contre-poids de recentrage et/ou au moins une masse d'équilibrage statique et/ou dynamique (4), caractérisée en ce que chaque contre-poids et chaque masse d'équilibrage sont réalisés en un matériau compound constitué de particules d'au moins un oxyde métallique, de préférence lourd, qui sont agglomérées dans au moins une résine synthétique polymérisée.
9. 9. Pale selon l'une des revendications 1 à 8, du type comprenant une protection du bord d'attaque (8), caractérisée en ce que ladite protection comprend au moins une bande d'un élastomère choisi de préférence parmi les polyuréthanes et les silicones.
10. 10. Pale selon l'une des revendications 1 à 8,

    s du type comprenant une protection du bord d'attaque (8), caractérisée en ce que ladite protection est réalisée sous la forme d'une coiffe en résine thermoplastique, de préférence renforcée d'une armature en fibres diélectriques.
11. 11. Pale selon l'une des revendications î a 10 avec revêtement d'habillage (18) entourant le noyau structural (il), caractérisée en ce qu'au moins un longeron (12) et/ou au moins une couche de la coque travaillante (13) du noyau structural (11) comprennent respectivement des stratifils et/ou un tissu de fibres de carbone.
12. 12. Pale selon l'une des revendications 1 à 11, avec revêtement d'habillage (18), caractérisée en ce que ce dernier est un revêtement non-travaillant.
13. 13. Pale selon la revendication 12, caractérisée en ce que la coque externe (i9a-19b) est une coque non structurale thermoformée en une résine thermoplastique, éventuellement armée au moins partiellement de fibres diélectriques
14. 14. Pale selon l'une des revendications 1 à 3 et 5 à 10, sans revêtement d'habillage, et du type comprenant des tabs (9) fixés au niveau du bord de fuite, caractérisée en ce que chaque tab (9) est un élément en matériaux isolants et en forme de coin collé par la tranche directement sur la languette (3c) de bord de fuite de la pale (1).
15. 15. Pale selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus un longeron central composite (5) et de préférence diélectrique, s'détendant selon l'envergure de la pale (1) sensiblement au milieu de sa corde, et dont les extrémités transversales (Sa, 5b), selon la corde, sont solidarisées chacune par l'intermédiaire d'une semelle composite (6a, 6b), et de préférence diélectrique, l'une (5b) contre l'intérieur de la partie (3b) d'extrados et l'autre (5a) contre l'intérieur de la partie d'intrados (3a) de ladite coque rigide travaillante (3), de façon à délimiter avec cette dernière et un longeron de bord d'attaque (2), un caisson de bord d'attaque rempli d'un élément de remplissage avant (7a), un élément de remplissage arrière (7~) remplissant également la partie de ladite coque rigide travaillante (3) qui s'étend à l'arrière dudit longeron central (5) et jusqu'au bord de fuite (3c) de la pale (1).
16. 16. Pale à faible signature radar notamment pour rotor d'arérodyne, en particulier à voilure au moins partiellement tournante, tel qu'un hélicoptère, la pale étant en matériaux composites et caractérisée en ce qu'elle comporte:

    - un noyau structural (il), de préférence de profil aérodynamique approximatif, assurant la résistance Dtructurale de la pale (10) et

    - un revêtement d'habillage (18) entourant le noyau structural (11) et comprenant

    - une coque externe rigide (19a-19b) et

    au profil aérodynamique souhaité, réalisée en maté

    riaux diélectriques, et

    - une couche (20a-20b) d'un matériau de

    conformation non travaillant, léger et souple, assu

    rant le remplissage entre le noyau (11) et la coque

    externe (19a-19b), et absorbant les ondes électroma

    gnétiques de façon à former un écran radar.
17. 17. Pale selon l'une des revendications 1 à 13, 15 et 16, avec revêtement d'habillage (18) caractérisée en ce que ledit revêtement d'habillage (18) est constitué de deux parties stratifiées complémentaires (18a, 18b), et chacune comprend l'une de deux parties complémentaires (20a, 20b) de ladite couche de matériau absorbant formant écran radar, et l'une de deux parties complémentaires (19a, 19b), de ladite coque externe électrique, lesdites deux parties stratifiées complémentaires (18a, 18b) du revêtement (18) étant rapportées autour du noyau structural (11) et solidarisées l'une à l'autre ainsi qu'au noyau structural (11).