FR2842582A1 - Pontet de fixation de panneaux de protection thermique - Google Patents

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Abstract

Pour pouvoir absorber les dilatations différentielles entre des panneaux (20) de protection thermique et une structure (30) à protéger, la présente invention propose un pontet (1) pour maintenir les panneaux qui comprend un première portion (2) autorisant des déplacements dans une première direction (XX') et une seconde portion (3) autorisant des déplacements dans une seconde direction (YY'). Les deux portions (2, 3) présentent en outre chacun une grande rigidité dans une direction (ZZ') correspondant aux efforts d'arrachement et d'écrasement appliqués aux panneaux. Le pontet est formé d'une pièce monobloc dans laquelle un premier et second évidements sont ménagés afin de former respectivement les première et seconde portions (2, 3) suivant une orientation déterminée pour que le pontet résultant autorise des déplacements selon deux directions distinctes (XX', YY') perpendiculaires aux directions d'arrachement et d'écrasement.

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des
protections thermiques et plus particulièrement à la fixation des panneaux dans ce
type de protection.
Art antérieur Les dispositifs de protection thermique tels que ceux présents sur les véhicules de rentrée atmosphérique, par exemple, sont en général formés de panneaux qui jouent non seulement le rôle de tenue mécanique
pour la paroi externe du véhicule mais aussi celui d'isolant thermique.
Toutefois, des projets récents ont montré qu'il pouvait exister certains avantages à dissocier la fonction de paroi externe de celle d'isolation thermique. Dans ce cas, le dispositif de protection thermique peut comprendre un panneau en matériau composite thermostructural constituant la paroi externe du dispositif ainsi qu'une isolation interne disposée entre la face interne du panneau et la paroi de la structure à protéger. Dans ce cas, les panneaux doivent être fixés à distance de la paroi de la structure à protéger afin de ménager un espace entre le panneau (structure chaude) et la paroi externe de la structure (structure
froide).
Les dispositifs de protection thermique, tels que ceux cités cidessus et étudiés pour les véhicules de rentrée atmosphérique, sont formés d'un écran thermique en matériau composite thermostructural qui protège le véhicule des flux thermiques haute température qu'il rencontre au cours de son vol. Ce type d'écran est formé d'une pluralité de -2 panneaux adjacents les uns aux autres et fixés sur la paroi du véhicule à protéger. La fiabilité de la fixation des panneaux de protection thermique est déterminante pour la sécurité du véhicule. Etant donné les charges que rencontrent les panneaux notamment lors d'une rentrée dans l'atmosphère, il est indispensable que les systèmes de fixation présentent une grande rigidité au moins dans la direction des efforts externes
appliqués sur la protection thermique.
En outre, dans de telles protections thermiques, les dilatations différentielles entre les panneaux subissant le flux de chaleur, dits structures chaudes, et la structure à protéger, dite structure froide, conduisent à des déplacements importants des panneaux par rapport à la structure ou réciproquement. Par conséquent, les fixations utilisées pour les panneaux doivent autoriser des déplacements des panneaux par
rapport à la structure sur laquelle ils sont fixés.
La tendance actuelle des panneaux dans les protections thermiques
est à l'augmentation de taille pour réduire le nombre de configurations.
Cette augmentation de taille entraîne une augmentation du nombre de fixations par panneau, et, par conséquent, une diminution des degrés de liberté laissés aux structures chaudes et froides pour leurs dilatations
mécaniques différentielles dues aux chargements thermiques.
Les solutions connues pour permettre aux panneaux chauds de se
déplacer par rapport à la structure froide sont diverses.
Les systèmes de fixation couramment étudiés comprennent des liaisons mécaniques qui présentent une bonne rigidité dans la direction de l'arrachement et de l'écrasement (compression et flambage) tout en autorisant des déplacements selon un degré de liberté par déformation élastique pour absorber les dilatations différentielles entre les deux structures. Ce type de liaison est assez simple à réaliser et peut revêtir diverses formes comme celle d'une simple barre rectiligne d'épaisseur suffisamment mince pour pouvoir se déformer dans une direction. Ce type -3 de liaison mécanique peut être utilisé avec des panneaux de petite taille qui requièrent un faible nombre de points d'attache pour conserver le maximum de degrés de liberté. Ces liaisons sont également utilisables
lorsque l'on peut aisément déterminer la direction de déformation relative.
Cependant, il faut pouvoir garantir que la direction de déformation est unique durant tout le fonctionnement, ce qui revient, par exemple, dans le cas d'un véhicule de rentrée atmosphérique, à ne considérer qu'une seule et unique charge thermique pendant toute la mission. Par conséquent, il paraît difficile de se satisfaire d'une telle liaison mécanique d'autant plus que même en cas de charge thermique unique il faut encore positionner très précisément les systèmes de fixation par rapport à la déformation relative à absorber. En effet, si le positionnement des liaisons qui se déforment seulement dans une seule direction ne se fait pas selon une orientation précise, des efforts transverses peuvent être générés et
conduire à la rupture de la fixation ou de la structure.
Pour remédier à cet inconvénient, il a été envisagé d'utiliser des biellettes équipées de rotules à l'une de leurs extrémités afin d'autoriser
des déplacements selon plusieurs directions ou degrés de liberté.
Cependant, des problèmes dus aux efforts transverses subsistent toujours.
De plus, avec de telles liaisons, les déplacements de la structure chaude par rapport à la structure froide se font par rotation des biellettes et il n'y
a donc pas de retour élastique après le chargement.
Pour s'affranchir des efforts transverses, les biellettes pourraient être montées sur rotules aux deux extrémités mais, lors de la dilatation des panneaux, le déplacement de ceux-ci dans une direction parallèle à la forme aérodynamique extérieure entraînerait un déplacement normal qui modifierait de façon trop importante la forme aérodynamique définie par
les panneaux. Le problème de retour élastique subsisterait aussi.
Enfin, une autre solution qui peut être envisagée consiste à fixer les liaisons mécaniques de chaque système sur la structure froide au travers 4 d'un trou oblong afin de laisser un degré de liberté par système de fixation. Ceci signifie que la tenue du système repose sur la capacité de glissement des différents éléments. Hors, dans l'espace, il est connu que les matériaux sont beaucoup plus rugueux que dans l'atmosphère. De plus, le chargement thermique intervient en même temps que le chargement de compression sur les panneaux rendant les glissements
entre les éléments encore plus difficiles.
Objet et description succincte de l'invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un système de fixation de panneaux de protection thermique qui autorise des déplacements des panneaux relativement à la paroi de la structure à protéger selon plusieurs directions sans nuire à la fiabilité de l'attache du panneau notamment vis-à-vis des charges mécaniques
appliquées tout en offrant un retour élastique après chargement.
Ces buts sont atteints grâce à un pontet destiné à maintenir un panneau de protection thermique sur une structure à protéger, caractérisé en ce qu'il comprend une première portion apte à être fixée sur la structure à protéger, cette première portion autorisant des déplacements dans une première direction sensiblement parallèle au plan du panneau, et une seconde portion située au dessus de ladite première portion et apte à être reliée au panneau, cette seconde portion autorisant des déplacements dans une seconde direction sensiblement parallèle au plan du panneau et perpendiculaire à ladite première direction, et en ce que le pontet présente en outre une rigidité dans une troisième direction sensiblement
perpendiculaire aux première et seconde directions.
Le pontet ainsi obtenu autorise des déplacements du panneau par rapport à la structure à protéger, et réciproquement, selon deux directions distinctes tout en conservant une bonne rigidité vis-à-vis des efforts
d'écrasement et d'arrachement appliqués au panneau.
Plus particulièrement, le pontet est constitué d'une pièce monobloc dans laquelle un premier et un second évidements sont ménagés afin de former respectivement lesdites première et seconde portions. La pièce
monobloc peut être constituée d'un alliage métallique thermorésistant.
Selon un mode de réalisation, la première portion comprend deux montants et deux pattes, chacune respectivement connectée à l'extrémité
inférieure d'un montant pour fixer le pontet sur la structure à protéger.
Selon un autre mode de réalisation, la seconde portion comprend deux montants reliés entre eux à leur extrémité supérieure par une traverse. Un trou peut être ménagé dans la traverse pour permettre le
passage d'un moyen d'attache.
Selon encore un autre mode de réalisation, la seconde portion comprend deux montants et deux pattes, chacune respectivement connectée à l'extrémité supérieure d'un montant pour fixer le pontet sur le panneau ou un élément de celui-ci. Dans certain cas, la seconde portion
ne comprend qu'un seul montant prolongé par une patte de fixation.
La présente invention a également pour objet une protection thermique destinée à être fixée sur une structure à protéger, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de panneaux maintenus sur la
structure à protéger par des pontets tels que décrits ci-dessus.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de
la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention,
donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: -6 - la figure 1 est une vue en perspective montrant un pontet de fixation de panneaux conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective partielle montrant l'utilisation du pontet de fixation de la figure 1 dans une protection thermique avec panneaux, - la figure 3 est une vue en perspective montrant un pontet de fixation de panneaux conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective montrant un pontet de fixation de panneaux conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention, et - la figure 5 est une vue en perspective montrant un pontet de fixation de panneaux conformément à un quatrième mode de réalisation
de l'invention.
Description détaillée des modes de réalisation de l'invention
L'invention ci-dessous décrite se rapporte principalement à un
pontet dans une protection thermique. Dans la présente description, le
terme "pontet" correspond à un élément de fixation d'un panneau mécanique de protection thermique sur la structure d'un véhicule tel qu'un véhicule de rentrée atmosphérique. Plus précisément, c'est un élément intermédiaire qui permet de lier mécaniquement et rigidement le panneau à la structure du véhicule, d'allonger le chemin de conduction thermique pour l'isolation de la structure, et d'autoriser les déformations différentielles du panneau par rapport à la structure lors de chargements thermomécaniques. La fonction de la protection thermique ici considéré est de protéger une structure, comme un véhicule de rentrée atmosphérique ou un -7 réservoir cryogénique, contre les flux thermiques haute température rencontrés dans l'environnement de fonctionnement. A cet effet, le dispositif de protection thermique comprend un panneau qui reçoit sur sa face externe le flux thermique haute température et un isolant thermique disposé entre le panneau et la structure. Le panneau remplit plusieurs fonctions: une fonction de tenue vis-à-vis des chargements mécaniques (différence entre pressions externe et interne, déformations structurelles,...), une fonction de maîtrise de la forme extérieure (aérodynamique), une fonction de protection de l'isolant contre l'environnement extérieur (abrasion, écoulements rapide, pluie, grêle,
plasma,...), et une fonction d'écran réflecteur.
La solution de la présente invention consiste à proposer un pontet de fixation qui autorise des déplacements non pas dans une direction unique mais dans deux directions à la fois tout en conservant la rigidité dans la direction de l'arrachement et de l'écrasement des panneaux sur la
paroi de la structure à protéger.
A cet effet, le pontet de fixation selon l'invention est principalement constitué d'une pièce monobloc qui présente deux portions distinctes d'épaisseur réduite afin d'autoriser une relative déformation élastique dans une direction (degré de liberté) sensiblement perpendiculaire à la direction de l'arrachement et de l'écrasement pour ne pas affaiblir la rigidité. La formation de ces deux portions d'épaisseur réduite l'une par rapport à l'autre va permettre d'obtenir un pontet qui présente une grande rigidité vis-à-vis des efforts orthogonaux aux panneaux tout en autorisant des
déplacements selon deux directions distinctes.
Grâce aux deux directions de déplacement distinctes autorisées dans chaque pontet, on réduit considérablement le risque de blocage des déplacements même lorsque le nombre de pontets requis par panneau est important. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un pontet de fixation de panneaux de protection thermique selon l'invention. Le pontet 1 est formé d'une pièce monobloc dans laquelle deux évidements 4 et 5 sont ménagés pour définir respectivement une première et une seconde portions 2 et 3. Comme la structure du pontet est monobloc, les évidements 4 et 5 peuvent être réalisés par usinage dans la masse de la pièce. Une telle structure de pontet pourrait être également obtenue par moulage. La première portion 2 ainsi formée comprend alors deux montants 6 et 7 parallèles qui définissent une première direction de déplacement selon un axe XX'. En d'autres termes, la première portion 2 autorise des déplacements dans une direction par déformation élastique des montants 6 et 7. L'axe XX' est sensiblement perpendiculaire à un axe ZZ' qui correspond aux directions d'arrachement et d'écrasement afin de ne pas
affaiblir la rigidité de la fixation dans ces directions.
Deux pattes 8 et 9 s'étendent vers l'extérieur respectivement à partir des extrémités inférieures des montants 6 et 7. Les pattes 8 et 9 forment une base d'attache du pontet 1 sur la paroi de la structure à protéger, dite structure froide. Les pattes peuvent être fixées à la structure froide par brasage, par des organes de fixation du type
boulonnerie ou par tout autre dispositif d'attache.
La seconde portion 3 est formée au dessus de la première portion 2, la portion de la pièce non évidée entre ces deux portions formant une traverse 10. De même que pour la première portion 2, la portion 3 comprend deux montants Il et 12 parallèles entre eux qui définissent une seconde direction de déplacement suivant un axe YY' et assurent la
rigidité dans les directions d'arrachement et d'écrasement ZZ'.
La portion 3 comprend en outre une traverse supérieure 13 qui sert de base de fixation pour le panneau. A cet effet, un trou 14 peut être ménagé sur la traverse 13 pour permettre le passage d'un moyen d'attache. La portion 2 permet le déplacement dans la direction XX' et la portion 3 dans la direction YY'. Il est possible de tourner l'élément de 900 pour inverser ces directions en fonction des souplesses (ou rigidités)
respectives nécessaires.
La figure 2 illustre un exemple d'utilisation du pontet de la figure 1. Un panneau de protection thermique 20 est fixé par l'intermédiaire d'un raidisseur 21 au pontet 1. Plus précisément, le raidisseur 21 est fixé à la portion 3 du pontet 1 par un moyen de serrage 22 du type boulonnerie introduit dans un trou de passage ménagé à la fois sur le flanc du raidisseur ainsi que sur la traverse supérieure 13 de la portion 3 comme représenté en figure 1. La portion 2 est fixée, par boulonnerie par exemple, à un autre raidisseur 31 faisant la liaison avec une paroi 30 d'une structure froide telle que la paroi externe d'un engin de rentrée atmosphérique. Grâce à l'interposition du pontet 1 entre la paroi 30 et le panneau 20, ce dernier est maintenu de façon rigide dans la direction ZZ' correspondant à la direction d'application des efforts d'arrachement ou d'écrasement tout en pouvant se déplacer suivants les directions XX' et YY' sensiblement parallèles au plan du panneau afin de permettre des déplacements en cas de dilatations thermiques différentielles entre la
structures froide et la structure chaude.
De nombreuses réalisations de pontets selon l'invention peuvent être obtenues. En effet, comme expliqué plus haut, l'homme du métier pourra envisager sans difficulté diverses variantes de réalisation. Les figures 3 à 5 illustrent des exemples possibles de modes de réalisation qui
permettent d'obtenir l'effet recherché.
Sur la figure 3, un pontet 100 comprend deux portions 102 et 103.
La première portion 102 comprend deux montants 106 et 107 obtenus par ménagement d'un évidement 104. Ces montants sont respectivement prolongés par des pattes 108 et 109 destinées à être fixées sur la structure froide. La portion 103 est reliée à la portion 102 par une traverse - 10 de telle sorte que les montants 111 et 112, résultant de la formation d'un évidement 105, définissent une direction de déplacement selon un axe YY' qui est perpendiculaire à la direction de déplacement suivant un axe XX' définie par les montants de la portion 102. La seconde portion 103 comprend également deux pattes 113 et 114 qui forment une base de fixation pour le panneau. Comme pour l'élément de support de la figure 1, un trou peut être ménagé dans chaque patte 113, 114 pour permettre le
passage d'un moyen d'attache.
Le pontet 200 illustré en figure 4 se compose toujours de deux portions 202 et 203 mais avec la première portion 202 qui présente des dimensions supérieures à celles de la seconde portion 203. Dans ce mode de réalisation, le panneau est fixé sur une traverse supérieure 213 qui relie les deux montants 211 et 212 de la portion 203. A cet effet, un trou peut être ménagé sur la traverse 213 pour permettre le passage d'un
moyen d'attache.
La figure 5 illustre un autre type de configuration d'un pontet qui peut être obtenu conformément à la présente invention. Le pontet 300 est formé d'une première portion 302 et d'une seconde portion 303. La première portion 302 comprend deux montants 306 et 307 reliés entre eux par une traverse 310 à partir de laquelle s'étend un seul montant 311 qui forme la seconde portion 303 et qui définit une direction de déplacement selon un axe YY' perpendiculaire à la direction de déplacement suivant l'axe XX' définie par les montants 306 et 307 de la portion 302. La portion 302 comprend aussi des pattes 308 et 309 qui servent de points d'attache sur la structure froide. La portion 303 comprend en outre une patte d'attache 312 pour le panneau qui peut
comprendre un trou pour le passage de moyens d'attache.
Le dimensionnement du pontet, notamment en ce qui concerne l'épaisseur de matière, est défini en fonction d'un compromis à établir entre la recherche de souplesse dans les directions de déformation, d'une - 11 part, et la rigidité et la résistance au flambage d'autre part. Par conséquent, l'épaisseur du matériau qui constitue les portions de déformation élastique et plus particulièrement le ou les montants de chaque portion, est de préférence réduite au minimum requis pour assurer la rigidité. Les éléments de support décrits ci-dessus peuvent être formés d'un alliage métallique thermorésistant tel que de l' "INCONELO" ou du "WASPALOY ". Plus généralement, tout matériau thermorésistant présentant les propriétés de rigidité et de souplesse adéquates (Module d'Young à déterminer par le calcul) peut être utilisé pour former les éléments de support du système de fixation de l'invention. Le caractère ductile du matériau peut être avantageux pour permettre une éventuelle déformation ou un allongement du pontet sans rupture de celui-ci, ceci afin de conserver le système d'attache jusqu'à la phase de réparation ou de maintenance sans avoir perdu le panneau et donc mis le véhicule en danger. En outre de permettre deux directions de déplacements transversales tout en conservant une grande rigidité normale, le pontet selon la présente invention présente l'avantage d'être peu encombrant et léger. Ceci provient notamment du fait que le pontet a une structure monobloc. En effet, puisque le pontet est fait d'un seul élément, la mise en place et le montage de ce dernier sont relativement aisés. Avec une telle structure, le pontet présente en outre une solidité accrue ce qui
améliore d'autant sa fiabilité.
- 12

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Pontet destiné à maintenir un panneau (20) de protection thermique sur une structure à protéger, caractérisé en ce qu'il comprend une première portion (2) apte à être fixée sur la structure à protéger, ladite première portion autorisant des déplacements dans une première direction (XX') sensiblement parallèle au plan du panneau, et une seconde portion (3) située au dessus de ladite première portion (2) et apte à être reliée au panneau, ladite seconde portion autorisant des déplacements dans une seconde direction (YY') sensiblement parallèle au plan du panneau et perpendiculaire à ladite première direction (XX'), et en ce que ledit pontet présente une rigidité dans une troisième direction (ZZ')
sensiblement perpendiculaire aux première et seconde directions.
2. Pontet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pièce monobloc dans laquelle un premier et un second évidements (4, 5) sont ménagés afin de former respectivement lesdites
première et seconde portions (2, 3).
3. Pontet selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pièce
monobloc est constituée d'un alliage métallique thermorésistant.
4. Pontet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que ladite première portion (2) comprend deux montants (6, 7) et deux pattes (8, 9), chacune respectivement connectée à l'extrémité inférieure d'un montant pour fixer le pontet sur la structure à protéger. - 13
5. Pontet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la seconde portion (3) comprend deux montants
(11, 12) reliés entre eux à leur extrémité supérieure par une traverse (13).
6. Pontet selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un trou (14) est ménagé dans ladite traverse (13) pour permettre le passage d'un
moyen d'attache (22).
7. Pontet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la seconde portion (103) comprend deux montants (111, 112) et deux pattes (113, 114), chacune respectivement connectée à l'extrémité supérieure d'un montant pour fixer le pontet sur le panneau
(20) ou un élément de celui-ci.
8. Pontet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la seconde portion (303) comprend un montant (311) et une patte (312) connectée à l'extrémité supérieure dudit montant
pour fixer le pontet sur le panneau (20) ou un élément de celui-ci.
9. Protection thermique destinée à être fixée sur une structure à protéger, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de panneaux (20) maintenus sur la structure à protéger par des pontets selon l'une
quelconque des revendications 1 à 8.
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