FR2756211A1 - Procede de fabrication d'un element composite flexible et torsible - Google Patents

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Abstract

Ce procédé consiste à réaliser séparément un ensemble de nappes élémentaires constituées de baguettes imprégnées de résine thermoplastique, à assembler plusieurs nappes élémentaires pour former un faisceau (18) de baguette, à injecter un élastomère (20) à l'état visqueux dans ledit faisceau et à vulcaniser l'élastomère injecté, caractérisé en ce que la résine utilisée est une résine thermoplastique, les extrémités des baguettes sont de forme rectangulaire, les baguettes possèdent des parties centrales se raccordant aux extrémités par des zones de transition telles que la surface de la section transversale des baguettes est constante et la longueur de la zone de transition est très petite et en ce que des pièces découpées de fibres disposées de part et d'autre des extrémités des baguettes comprennent des fibres orientées à plus ou moins 45 degrés par rapport aux fibres longitudinales des baguettes.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ELEMENT COMPOSITE FLEXIBLE
ET TORSIBLE
La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un élément composite allongé flexible et torsible essentiellement constitué dans sa partie centrale de baguettes de fibres longitudinales noyées dans une résine et enveloppées dans un élastomère vulcanisé ou d'un ensemble en étoile de tels éléments.
Le procédé selon la présente invention se rapporte plus particulièrement à la fabrication d'un bras élastomérique torsible et flexible destiné à assurer la liaison entre une pale et un moyeu d'un rotor, notamment principal, de giravion afin de supporter des mouvements angulaires de pas, et éventuellement également de battement et de traînée de la pale survenant lors du mouvement de rotation du rotor du giravion ou hélicoptère.
On connaît déjà, d'après le document FR-A-2 474 395 des procédés de fabrication d'un tel élément composite comprenant les étapes consistant à
- réaliser séparément un ensemble de nappes élémentaires, chaque nappe élémentaire étant obtenue en disposant côte à côte des baguettes de fibres imprégnées de résine et conservées à l'état non rigidifié dans un moule de fabrication, lesdites baguettes de fibres possédant des extrémités disposées entre des pièces découpées de couches de fibres imprégnées de résine, la nappe étant ensuite rigidifiée sous pression par échauffement suivi d'un refroidissement
- assembler plusieurs nappes élémentaires pour former un faisceau de baguettes sensiblement régulièrement espacées
- injecter l'élastomère à l'état visqueux dans ledit faisceau ; et
- vulcaniser l'élastomère injecté pour former l'élément composite flexible et torsible.
Dans ce procédé de l'état de la technique, la résine utilisée est une résine thermodurcissable telle qu'un époxyde.
Les résines thermodurcissables se caractérisent par le fait qu'elles durcissent par réticulation ou polymérisation, ce qui constitue un durcissement irréversible.
Cette irréversibilité du durcissement entraîne une fabrication du bras élastomérique torsible et flexible difficile puisque le bras est réalisé par mises en forme et solidarisations successives complètes ou locales, et qu'il est impossible de rattraper ou corriger toute imperfection ou imprécision de fabrication, d'où un taux de rebut élevé.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et ce, par des moyens simples, efficaces et peu coûteux.
A cet effet, selon l'invention, le procédé de fabrication de l'élément composite flexible et torsible du type précité, est essentiellement caractérisé en ce que
- la résine utilisée est une résine thermoplastique
- les extrémités des baguettes sont de section transversale de forme quadrangulaire, les baguettes possédant des parties centrales se raccordant aux extrémités par des zones de transition telles que la surface de la section transversale des baguettes est constante et la longueur de la zone de transition est petite par rapport à celle des baguettes
- les pièces découpées de couches de fibres disposées de part et d'autre des extrémités des baguettes comprennent des fibres orientées à plus ou moins 45 degrés par rapport aux fibres longitudinales desdites baguettes et
- l'échauffement participant à la rigidification de chaque nappe est réalisé à une température de fusion de la résine thermoplastique.
Les résines thermoplastiques se caractérisent avantageusement par une fusion réversible de la matière qui permet d'effectuer les mises en forme et solidarisations successives complètes ou locales lors de la fabrication de l'élément par des fusions successives de la résine de la matrice.
Le procédé suivant l'invention peut éventuellement comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- l'étape consistant à assembler plusieurs nappes élémentaires comprend la fusion de la résine d'imprégnation des extrémités des nappes élémentaires ;
- l'étape consistant à assembler plusieurs nappes élémentaires comprend les étapes consistant à interposer des films ou de la poudre d'une résine thermoplastique entre des extrémités des nappes élémentaires, puis à presser et chauffer les extrémités des nappes élémentaires pour obtenir la fusion de la résine thermoplastique
- l'étape consistant à assembler plusieurs nappes élémentaires comprend le thermocollage sous pression des extrémités des nappes élémentaires en interposant une matière adhésive entre les extrémités desdites nappes
- les baguettes et les pièces découpées comprennent des fibres de carbone et/ou des fibres de verre
- la résine thermoplastique dans laquelle sont noyées les baguettes et les pièces découpées sont du type polyétheréthercétone dite PEEK fusionnant à 3800C environ
- les films ou la poudre interposés entre les extrémités des nappes élémentaires sont en résine thermoplastique du type PEEK
- ladite matière adhésive interposée entre les extrémités des nappes élémentaires est une résine thermoplastique du type polyétherimide dite PEI fusionnant à 3000C environ
- les parties centrales des baguettes sont de section circulaire et les pièces découpées disposées de part et d'autre des extrémités des baguettes recouvrent les zones de transition et sont au moins au nombre de trois en comprenant, de l'extérieur de l'élément vers les baguettes, une pièce découpée pleine, une pièce découpée à échancrures convergentes vers l'intérieur de ladite pièce et une pièce découpée possédant des ouvertures rectangulaires parallèles à la partie centrale des baguettes, lesdites ouvertures et lesdites échancrures étant situées en regard de la zone de transition des baguettes
- les ouvertures rectangulaires et les échancrures sont destinées à être remplies par un film de remplissage de résine thermoplastique ; et
- les deux extrémités des nappes élémentaires empilées sont pressées et chauffées l'une après l'autre pour minimiser les déformations des parties centrales des baguettes, avec éventuel refroidissement, par soufflage d'un gaz, au niveau des zones de transition pour éviter d'écraser les baguettes aux extrémités et éviter leur déformation en partie centrale.
La présente invention est en outre relative à un rotor de giravion comprenant un rotor et des pales et comprenant au moins un élément composite flexible et torsible selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes pour assurer la liaison entre au moins une pale et le moyeu.
Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une vue en perspective d'une baguette de fibres longitudinales avant et après mise en forme ainsi que de trois baguettes conformées placées côte à côte, seule une moitié de la longueur de ces baguettes étant représentée
- les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en perspective et en coupe transversale d'une zone de transition entre une partie centrale et une extrémité d'une baguette de la figure 1
- la figure 4 est une vue en perspective partielle ment éclatée des trois baguettes conformées de la figure 1 sur les extrémités desquelles sont rapportées des pièces découpées selon la présente invention
- la figure 5 est une vue en perspective éclatée des baguettes et des pièces découpées de la figure 4 en cours de mise en place dans un moule de fabrication d'une nappe élémentaire selon la présente invention
- les figures 6 et 7 sont respectivement des vues agrandies de dessus et de dessous de détails de l'ensemble des pièces découpées positionnées sur les zones de transition des baguettes de la figure 5
- la figure 8 est une vue de dessus d'une nappe élémentaire selon la présente invention
- les figures 9, 10 et 11 sont respectivement des vues en coupe selon les lignes IX-IX, X-X et XI-XI de la figure 8 ; et
- la figure 12 est une vue d'une partie d'extrémité de l'élément flexible et torsible selon la présente invention.
Le procédé de fabrication d'un élément composite flexible et torsible selon la présente invention consiste tout d'abord à conformer des baguettes 1 de fibres longitudinales, comme cela est représenté à la figure 1. Les baguettes 1 sont réalisées en fibres de verre ou de carbone noyées dans une résine thermoplastique du type polyétheréthercétone dite PEEK. Ces baguettes sont thermoformées à 380"C sous traction dans un moule en forme et contre forme connu en soi (non représenté). Chaque baguette 1 possède une partie centrale 2 de section transversale circulaire reliée à deux extrémités 3 de section transversale quadrangulaire et de préférence rectangulaire par deux zones de transition 4 (une seule extrémité 3 et une seule zone de transition 4 étant représentées aux figures).
La zone de transition 4, également représentée aux figures 2 et 3, est de forme évolutive depuis sa section circulaire de raccordement à la partie centrale de la baguette vers sa section rectangulaire de raccordement à l'extrémité correspondante de la baguette de sorte que la surface de sa section transversale est constante. La longueur de cette zone de transition 4 est aussi courte que possible, clest-à-dire d'une longueur très faible par rapport à la longueur des baguettes 1. De préférence, la surface de la section transversale de la baguette est constante sur toute la longueur de cette baguette.
Dans le cas présent, les baguettes possèdent une partie centrale 2 de forme cylindrique mais, cette partie 2 peut être de section de forme elliptique ou bien polygonale.
Le procédé consiste ensuite à réaliser séparément un ensemble de nappes élémentaires 5 comme celle représentée à la figure 8 en disposant, comme cela est représenté aux figures 4 à 7, des baguettes 1 les unes à côté des autres et conservées à l'état non rigidifié dans un moule de fabrication 6. Chaque nappe élémentaire 5 est constituée d'un nombre variable de baguettes 1, par exemple sept à dix-neuf, qui sont assemblées à chaque extrémité entre deux empilements de trois pièces découpées ou découpures de couches de fibres 7 à 9.
Les pièces découpées 7 à 9 sont constituées de couches de fibres de verre ou de carbone imprégnées d'une résine thermoplastique du type PEEK dont le point de fusion est d'environ 380"C. Ces couches prennent la forme de nappes ou de tissus dans lesquels les fibres sont orientées à plus ou moins 45 degrés par rapport à la direction longitudinale des baguettes 1.
Chaque pièce découpée 7, destinée à venir au contact des zones de transition 4 des baguettes 1, possède des ouvertures rectangulaires 10 parallèles à la partie centrale 2 de ces baguettes de sorte que ces pièces découpées 7 possèdent des bras 11 s'étendant de part et d'autre des parties centrales 2. Dans la pièce découpée 8 sont ménagées des échancrures 12 en "V" de forme convergente vers l'intérieur de la pièce découpée et qui sont destinées à venir en regard des ouvertures 10 des pièces 7. La pièce découpée 9 est quant à elle pleine. En variante, les trois pièces découpées 7 à 9 recouvrent également les extrémités 3 des baguettes 1. Les ouvertures 10 et les échancrures 12 sont destinées à etre remplies par un film de remplissage constitué de résine thermoplastique du type PEEK ou du type polyétherimide dite PEI.
La figure 5 montre par ailleurs que de part et d'autre de l'ensemble des baguettes 1 constituant chaque nappe élémentaire 5 sont placées des cales latérales d'extrémité 13 également réalisées en fibres de verre noyées dans une résine thermoplastique. Chaque cale 13 peut avoir une structure stratifiée de couches superposées de tissus de fibres de verre agglomérées par la résine.
L'ensemble de ces baguettes 1, des pièces découpées 7 à 9 et des cales 13 placé dans le moule de fabrication 6 est soumis à une pression et à une élévation de température pour qu'il y ait fusion de la résine thermoplastique et obtenir ainsi une nappe élémentaire 5 comme représenté à la figure 8, après refroidissement assurant la rigidification de la résine. Cette nappe élémentaire 5 possède des extrémités 14 et 15 de forme différente, leur forme dépendant de la forme des cales d'extrémité 13 placées de part et d'autre des baguettes 1.
Comme le montre les figures 9 à 11, les extrémités 3 des baguettes 1 sont jointives à l'intérieur des extrémités 14 et 15 des nappes élémentaires 5 tandis que les parties centrales 2 des baguettes 1 sont espacées les unes des autres.
Les nappes élémentaires 5 ainsi formées sont ensuite empilées les unes sur les autres, comme le montre la figure 12 en interposant entre chacune des extrémités 14 et 15 de ces nappes, un film 16 de matière adhésive telle que de la résine thermoplastique de type polyétherimide dont le point de fusion est d'environ 300"C pour constituer l'élément flexible et torsible 17. Les empilements constitués par les extrémités 14 et les films 16 d'une part et les extrémités 15 et les films 16 d'autre part, sont pressés et chauffés pour obtenir la fusion de la résine thermoplastique du type
PEI et ainsi former un faisceau 18 de baguettes 1 possédant, à chacune de ses extrémités, un talon 19 de raccordement de l'élément flexible 17 à des organes extérieurs. De préférence, les extrémités 14 et 15 sont successivement pressées et chauffées l'une après l'autre pour minimiser les déformations des parties courantes 2 des baguettes 1. De plus, les zones de transition 4 sont refroidies par jet d'air comprimé pour éviter les déformations des parties centrales 2. En variante, il est possible d'interposer des films 16 de résine thermoplastique de même nature que celle des nappes élémentaires, à savoir de la résine du type PEEK pour obtenir, lors de la fusion réalisée à une température supérieure à 380"C, une bonne homogénéité de l'empilement.
Un élastomère 20 est ensuite injecté à l'état visqueux dans le faisceau 18 de baguettes 1 pour être ensuite vulcanisé et donner la forme définitive à l'élément flexible et torsible 17.
En variante, les talons 19 de l'élément flexible et torsible 17 peuvent être percés par usinage conventionnel et des bagues métalliques peuvent être rapportées et collées sur ces talons 19 pour constituer des zones d'attache de cet élément 17 avec un moyeu d'un rotor d'un hélicoptère et une pale d'hélicoptère.
Une même nappe 5 peut comporter des baguettes de fibres de verre et des baguettes de fibres de carbone, ces dernières étant alors de préférence disposées entre les baguettes de fibres de verre, et les nappes à baguettes de fibres des deux natures étant de préférence empilées entre des nappes à baguettes uniquement en fibre de verre, de sorte à former un mât torsible et flexible dont les baguettes de fibres de carbone sont au milieu du faisceau et entourées de segments de fibres de verre.
De plus, les nappes supérieures et inférieures de l'empilement peuvent compter les mêmes segments accolés que les nappes du centre de l'empilement pour donner au bras torsible et flexible une section de forme générale cruciforme aplatie, qui peut être plus appropriée aux déformations souhaitées en torsion (pour la commande de pas) et en flexion différentielle en battement et en traînée, lorsque le bras est mis en oeuvre pour relier une pale de rotor à un moyeu.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un élément composite allongé flexible et torsible (17) essentiellement constitué de baguettes (1) de fibres longitudinales noyées dans une résine et enveloppées dans un élastomère vulcanisé (20), le procédé comprenant les étapes consistant à
- réaliser séparément un ensemble de nappes élémentaires (5), chaque nappe élémentaire (5) étant obtenue en disposant côte à côte des baguettes (1) de fibres imprégnées de résine et conservées à l'état non rigidifié dans un moule de fabrication (6), lesdites baguettes de fibres (1) possédant des extrémités (3) disposées entre des pièces découpées (7, 8, 9) de couches de fibres imprégnées de résine, la nappe étant ensuite rigidifiée sous pression par échauffement suivi d'un refroidissement
- assembler plusieurs nappes élémentaires (5) pour former un faisceau (18) de baguettes (1) sensiblement régulièrement espacées
- injecter l'élastomère (20) à l'état visqueux dans ledit faisceau (18) ; et
- vulcaniser l'élastomère (20) injecté pour former l'élément composite flexible et torsible (17), caractérisé en ce que
- la résine utilisée est une résine thermoplastique
- les extrémités (3) des baguettes (1) sont de section transversale de forme quadrangulaire, les baguettes (1) possédant des parties centrales (2) se raccordant aux extrémités (3) par des zones de transition (4) telles que la surface de la section transversale des baguettes (1) est constante et la longueur de la zone de transition (4) est très petite par rapport à celle des baguettes (1)
- les pièces découpées (7 à 9) de couches de fibres disposées de part et d'autre des extrémités (3) des baguettes (1) comprennent des fibres orientées à plus ou moins 45 degrés par rapport aux fibres longitudinales des baguettes (1) ; et
- l'échauffement participant à la rigidification de chaque nappe est réalisé à une température de fusion de la résine thermoplastique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à assembler plusieurs nappes élémentaires (5) comprend la fusion de la résine d'imprégnation des extrémités (14, 15) des nappes élémentaires (5).
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à assembler plusieurs nappes élémentaires (5) comprend les étapes consistant à interposer des films ou de la poudre (16) d'une résine thermoplastique entre des extrémités (14, 15) des nappes élémentaires (5), puis à presser et chauffer les extrémités (14, 15) des nappes élémentaires (5) pour obtenir la fusion de la résine thermoplastique.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à assembler plusieurs nappes élémentaires (5) comprend le thermocollage sous pression des extrémités (14, 15) des nappes élémentaires (5) en interposant une matière adhésive (16) entre les extrémités desdites nappes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les baguettes (1) et les pièces découpées (7 à 9) comprennent des fibres de carbone et/ou des fibres de verre.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la résine thermoplastique dans laquelle sont noyées les baguettes (1) et les pièces découpées (7 à 9) sont du type polyétheréthercétone dite
PEEK fusionnant à 380"C environ.
7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les films ou la poudre (16) interposés entre les extrémités (14, 15) des nappes élémentaires sont en résine thermoplastique du type PEEK.
8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite matière adhésive (16) interposée entre les extrémités (14, 15) des nappes élémentaires (5) est une résine thermoplastique du type polyétherimide dite PEI fusionnant à 300"C environ.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les parties centrales (2) des baguettes (1) sont de section circulaire et les pièces découpées (7 à 9) disposées de part et d'autre des extrémités (3) des baguettes (1) recouvrent les zones de transition (4) et sont au moins au nombre de trois en comprenant, de l'extérieur de l'élément vers les baguettes, une pièce découpée pleine (9), une pièce découpée (8) à échancrures (12) convergentes vers l'intérieur de ladite pièce et une pièce découpée (7) possédant des ouvertures rectangulaires (10) parallèles à la partie centrale (2) des baguettes (1), lesdites ouvertures (10) et lesdites échancrures (12) étant situées en regard de la zone de transition des baguettes (1).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les ouvertures rectangulaires (10) et les échancrures (12) sont destinées à être remplies par un film de remplissage de résine thermoplastique.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les deux extrémités (14, 15) des nappes élémentaires (5) empilées sont pressées et chauffées l'une après l'autre pour minimiser les déformations des parties centrales (2) des baguettes (1), avec éventuel refroidissement, par soufflage d'un gaz, au niveau des zones de transition (4) pour éviter d'écraser les baguettes (1) aux extrémités et éviter leur déformation en partie centrale.
12. Rotor de giravion comportant un moyeu et des pales, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un élément composite flexible et torsible selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 destiné à assurer la liaison entre au moins une pale et le moyeu.
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