FR2977188A1 - Procede et dispositif de protection contre l'impact d'elements de structure primaire composite. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de protection (12) d'une pièce en matériau composite (10) comporte : - un corps en matière souple adaptée à épouser, au moins partiellement, la forme de la pièce en matériau composite et - une surface (14) électriquement conductrice associée au corps en matière souple. Dans des modes de réalisation, le corps en matière souple est adapté à former une pluralité de zone d'accrochage sur la pièce en matériau composite et/ou présente des courbures adaptées à créer un écart de plusieurs dixièmes de millimètres par appuis ponctuels sur la pièce en matériau composite. Dans des modes de réalisation, le dispositif comporte des attaches (16, 22) reliant le dispositif de protection à un contact électrique (18) de la pièce en matériau composite. Dans des modes de réalisation, la surface électriquement conductrice est constituée par la matière du corps du dispositif ou est formée par une métallisation sélective.
Description
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE L'IMPACT D'ÉLÉMENTS DE STRUCTURE PRIMAIRE COMPOSITE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de protection contre l'impact sur des pièces de structure primaire composite. Elle s'applique, notamment aux aéronefs.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les contraintes de masse dans un aéronef sont de plus en plus fortes et ont poussé les concepteurs à proposer des pièces de structure (cadres, raidisseurs,...) en matériaux composites. Cependant, malgré leur masse spécifique concurrentielle par rapport aux métaux, les matériaux composites sont plus sensibles aux impacts, et leurs propriétés électriques ne permettent pas d'assurer les retours de courants. En effet, lorsque les matériaux composites subissent un impact de faible énergie, des dommages internes peuvent réduire significativement leurs propriétés mécaniques. La détection de ces dommages internes par simple inspection visuelle est quasiment impossible, contrairement aux structures métalliques. Par ailleurs, le manque de conductivité électrique d'une structure en matériaux composites impose l'introduction d'un réseau métallique, appelé « ESN » (acronyme de « Electrical Structural Network » pour réseau structurel électrique) qui sert notamment de retour de courant fonctionnel, et de mise à la masse pour les systèmes électriques-électroniques qui sont montés sur cette structure. Ce réseau dédié à besoin d'être installé sur la structure via des supports mécaniques dédiés. La résistance à l'impact des pièces de structure primaire en matériau composite est prise en compte par les bureaux d'études, mais conduit à un surdimensionnement de la structure par rapport à sa fonction mécanique.
Concernant la prise en compte des fonctions électriques, les solutions actuelles proposent l'installation sur les structures en matériau composite d'un réseau de pièces métalliques afin de recréer les propriétés d'une structure métallique complète mais qui n'a pas d'autres rôles, ce qui résulte en une augmentation nuisible de la masse de la structure.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
OBJET DE L'INVENTION A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de protection d'une pièce en matériau composite, qui comporte : - un corps en matière souple adaptée à épouser, au moins partiellement, la forme de la pièce en matériau composite et - une surface électriquement conductrice associée au corps en matière souple. La simplicité de mise en place du dispositif objet de l'invention permet une maintenance et interchangeabilité aisée lors de son endommagement éventuel. De plus, le dispositif étant une protection de la pièce, notamment de structure, à l'impact, ce dispositif permet de simplifier, voire de relâcher des contraintes de dimensionnement de ces pièces. Le dimensionnement porte alors essentiellement sur la prise en compte de la fonction mécanique et non plus sur la résistance à l'impact. La masse de la pièce, notamment dans le cas d'une pièce de structure, est ainsi diminuée et la fabrication en est simplifiée. Le dispositif de protection assure, aussi les fonctions électriques nécessaires, telles que le retour de courant, sans que cette fonction n'ait besoin d'être intégrée à la pièce à protéger. Dans des modes de réalisation, le corps en matière souple est adapté à former une pluralité de zone d'accrochage sur la pièce en matériau composite. Ainsi, on peut choisir quelle(s) zone d'accrochage utiliser, ce qui donne de la souplesse au procédé de fabrication. De plus la mise en place et la tenue mécanique du dispositif de protection sur la pièce en matériau composite sont améliorées. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte des épingles reliant le dispositif de protection à la pièce en matériau composite et assurant le maintien mécanique du dispositif de protection sur la pièce en matériau composite et la continuité électrique sans soudure entre un contact électrique de la pièce en matériau composite et la surface conductrice. Cette épingle, ou attache, représente ainsi une fixation intime des éléments reliés entre eux.
Dans des modes de réalisation, le corps en matière souple présente des courbures adaptées à créer un écart avec la pièce en matériau composite par appuis ponctuels sur cette pièce en matériau composite. Cet écart assure l'absorption d'énergie lors d'un impact.
Dans des modes de réalisation, la surface électriquement conductrice est constituée par la matière du corps du dispositif. Cette matière conductrice est constituée soit par surmoulage sur un élément métallique (« clinquant ») lors de la constitution du corps en matière souple, soit comme indiqué après, par déposition métallique (métallisation, projection,...). Ainsi, c'est le matériau qui constitue le dispositif qui assure les fonctions de retour de courant et de mise à la masse. Dans des modes de réalisation, la surface électriquement conductrice est formée par une métallisation sélective du corps du dispositif.
Cette métallisation peut être réalisée sur de nombreux types de matériaux, ce qui laisse plus de souplesse pour choisir le matériau utilisé pour constituer le corps du dispositif de protection. On note que la continuité électrique est assurée soit par des tresses, soit par des éléments électromécaniques ou par contact "Face to face", contact direct entre deux surfaces, sans pièce d'interposition. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un élément de structure, qui comporte une pièce en matériau composite et un dispositif de protection objet de la présente invention. Cet élément de structure présente les mêmes avantages et caractéristiques préférentielles que le dispositif de protection objet de l'invention. On note que l'on peut positionner le dispositif de protection sur la pièce en matériau composite à protéger au lieu de fabrication de cette pièce, pour la protéger durant son transport et son déballage. Selon un troisième aspect, la présente invention vise un aéronef, qui comporte une pièce en matériau composite et un dispositif de protection de la pièce objet de la présente invention et/ou un élément de structure objet de l'invention. Cet aéronef présente les mêmes avantages et caractéristiques préférentielles que le dispositif de protection objet de l'invention. On note que l'on peut laisser le dispositif de protection sur les pièces en matériau composite ou les retirer pour mettre l'aéronef en service. Dans les deux cas, le poids de l'aéronef est réduit par rapport à un aéronef identique dans lequel les pièces structurelles en matériaux composite seraient réalisées comme décrit dans l'art antérieur. On augmente aussi l'interchangeabilité car le dispositif de protection est amovible.
Selon un quatrième aspect, la présente invention vise un procédé de protection d'une pièce en matériau composite, qui comporte : - une étape de positionnement d'un corps en matière souple, au moins partiellement, sur et au contact de la forme de la pièce en matériau composite, ledit corps étant associé à une surface électriquement conductrice associée et - une étape de test des fonctions électrique de la surface électriquement conductrice. Ce procédé présente les mêmes avantages et caractéristiques préférentielles que le dispositif de protection objet de l'invention.
Dans des modes de réalisation, l'étape de positionnement est réalisée avant une phase de montage de la pièce en matériau composite. En pré-montant le corps sur la pièce, notamment de structure, avant sa phase d'assemblage, on confère à cette pièce en matériau composite une protection avant et pendant les phases d'assemblage.
Dans des modes de réalisation, l'étape de positionnement est réalisée après une phase de montage de la pièce en matériau composite. Dans ce cas, on confère à cette pièce en matériau composite une protection pendant les phases d'assemblage en ligne.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif, de l'aéronef et du procédé objets de l'invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement et en perspective, un dispositif de protection associé à une pièce à protéger, - la figure 2 représente, schématiquement et selon une autre vue en perspective, le dispositif de protection et la pièce à protéger illustrés en figure 1 - la figure 3 représente, schématiquement et en perspective, un dispositif de protection, indépendamment de la pièce à protéger, - la figure 4 est une vue de détail de la figure 3 et la figure 5 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes mises en oeuvre dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l'échelle. On observe, en figures 1 et 2, une structure 20 d'aéronef supportant une pièce 10 de structure en matériau composite. Sur cette pièce 10 est positionné un dispositif de protection 12 muni d'une surface externe électriquement conductrice 14. Une attache, appelée « épingle », électriquement conductrice 16 et 22 relie électriquement la surface 14 à un contact 18 pour tresse (non représentée) de câble électrique et assure le maintien mécanique et la continuité électrique sans soudure. On retrouve, en figures 3 et 4, le dispositif de protection 12 et la surface externe conductrice 14.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 1 à 4, la pièce 10 en matériau composite prend la forme d'un « S ». En conséquence, le dispositif de protection 12 prend une forme en « L » (comme illustré dans les figures) ou une forme en « S ». Chaque face du dispositif 12 est associée à une face de la pièce en matériau composite 10.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 1 à 4, seule une partie de la grande face, verticale, du dispositif de protection est munie de la surface électriquement conductrice 14. Dans d'autres modes de réalisation, l'ensemble d'une face ou des parties, voire l'intégralité de plusieurs faces, du dispositif de protection 12 est munie de la surface conductrice 14.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 1 et 2, l'attache électriquement conductrice est constituée d'un élément d'assemblage, par exemple un système vis-écrou ou un rivet qui met en appui le contact 18 et la surface conductrice 14. Comme on l'observe en figure 3, avant montage, le dispositif de protection 12 peut prendre la forme d'un fourreau souple qui peut être aisément positionné sur chaque pièce en matériau composite 10 à protéger qui possède les dimensions compatibles avec le dispositif de protection 12. Comme on l'observe en figure 4, dans le mode de réalisation représente, le dispositif de protection 12 est muni d'un retour 24 destiné à s'enrouler sur, voire à pincer, le bord libre de la pièce en matériau composite 10. Pour augmenter la souplesse du dispositif de protection 12, dans le mode de réalisation représenté, on prévoit des zones plus souples 26 que le reste du dispositif de protection 12. Ces zones 26 présentent une épaisseur réduite (les zones 26 sont des ouvertures ou encoches afin de donner de la souplesse à l'élément et en faciliter la mise en place).
Ces zones 26 sont situées au moins sur l'une des faces, dans la figure 4 sur la seule face horizontale, du dispositif de protection 12. Préférentiellement, comme illustré en figure 4, un angle, ou courbure, 28 formé par deux faces du dispositif de protection 12 adaptées à recouvrir, au moins partiellement, deux faces de la pièce 10 en matériau composite est plus faible que l'angle entre ces deux faces de la pièce 10. Ainsi, l'une des faces du dispositif de protection 12 étant retenue sur le bord libre de l'une des faces de la pièce en matériau composite 10, chacune des faces du dispositif de protection 12 est plaquée contre la face de la pièce 10 à protéger. Les courbures 28 du dispositif de protection 12 permettent ainsi de créer un écart de plusieurs dixièmes de millimètres par appuis ponctuels sur la pièce 10 afin d'assurer l'absorption d'énergie lors d'un impact. Comme on le comprend à la lecture de la description qui précède, la présente invention concerne un dispositif de protection contre l'impact, de pièces, notamment de pièces de structure primaire composite avec intégration de fonctions électriques. Le dispositif de protection constitue un fourreau en matériau léger, métallique ou non, protecteur de la pièce de structure primaire contre les impacts. Ce dispositif 12 a une fonction électrique, appelée ESN. Le dispositif de protection permet de réduire le poids de la pièce à protéger correspondante grâce à un dimensionnement optimisé de la pièce de structure primaire et l'intégration de la fonction électrique ESN.
Le dispositif 12 peut protéger la pièce 10 des chocs subis lors des phases d'assemblage, de maintenance ou en service. La forme du dispositif, ou fourreau, 12 est adaptée au profil de la pièce de structure primaire 10 à protéger afin d'être intimement lié, par omni-accrochage, c'est-à-dire accrochage sur toute la longueur du dispositif de protection grâce, notamment à la forme du retour 24 et à la courbure 26, et épinglage aux extrémités de la pièce 10. On note que le dispositif de protection 12, ou fourreau peut avoir un profil linéaire pour la protection des pièces de type raidisseur ou circulaire pour les pièces de type cadre.
En ce qui concerne les fonctions électriques, par le matériau qui constitue le dispositif de protection ou par l'intermédiaire d'une métallisation sélective du corps du dispositif, ces fonctions électriques, notamment de retour de courant et/ou de mise à la masse, sont assurées. La continuité électrique est assurée soit par des tresses, comme exposé en regard des figures 1 et 2, soit par des éléments électromécaniques ou par contact "face to face". La simplicité de mise en place des dispositifs de protection 12 permet une maintenance et interchangeabilité aisée lors de leur endommagement éventuel. Le dispositif de protection 12 étant une protection des pièces de structure contre des impacts, ce dispositif permet de simplifier, voire de relâcher des contraintes de dimensionnement de ces pièces. Le dimensionnement de la pièce et de la structure porte alors essentiellement sur la prise en compte de la fonction mécanique et non plus sur la résistance à l'impact. La masse de la structure est ainsi diminuée et la fabrication en est simplifiée.
On observe tout d'abord, en fiqure 5, une étape 30 de détermination des dimensions du dispositif de protection en fonction des dimensions de la pièce à protéger, comme exposé ci-dessus. Au cours d'une étape 32, on réalise la fabrication du corps du dispositif de protection, par exemple en mettant en oeuvre des méthodes connues, telles que l'extrusion, l'injection thermoplastique, le thermoformage, l'estampage, la découpe, le perçage ou le boulonnage. Au cours d'une étape 34, on réalise une métallisation d'au moins une surface du dispositif de protection, avec des techniques connues. Alternativement à l'étape 34, on met en oeuvre une matière conductrice pour réaliser le corps du dispositif de protection. Cette matière conductrice est constituée soit par surmoulage sur un élément métallique (« clinquant ») lors de la constitution du corps en matière souple, soit par déposition métallique (métallisation, projection,...) Au cours d'une étape 36, on monte le dispositif de protection sur une pièce en matériau composite à protéger, avant montage de cette pièce dans la structure d'un véhicule, par exemple un aéronef. Cette étape 36 confère à la pièce en matériau composite une protection avant et pendant les phases d'assemblage. Au cours d'une étape 38, on assemble la pièce à protéger munie du dispositif de protection dans la structure du véhicule.
Alternativement aux étapes 36 et 38 ou complémentairement, au cours d'une étape 40, on monte le dispositif de protection sur la pièce à protéger après assemblage de la pièce à protéger. Cette étape confère à la pièce en matériau composite une protection pendant les phases d'assemblage en ligne.
Le dispositif de protection peut rester associé à la pièce à protéger pendant les phases de service du véhicule, pour maintenir la protection effective. A différentes phases de la fabrication, du service et/ou de la maintenance de la structure, on effectue une étape 42 d'utilisation des fonctions électriques de la surface électriquement conductrice. On réalise ainsi un réseau structurel électrique, qui sert notamment de retour de courant fonctionnel, et de mise à la masse pour les systèmes électriques-électroniques qui sont montés sur cette structure. On note que le dispositif de protection peut aussi être monté sur la pièce à protéger en début des opérations de maintenance dans lesquelles la pièce en matériau composite risquerait d'être endommagée.
D'une manière générale, la présente invention peut être utilisée dans de nombreux cas (véhicules terrestres, navals, aéronautiques, bâtiments industriels,...) de mise en oeuvre de pièces, notamment de pièces de structure, en matériau composite.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de protection (12) d'une pièce en matériau composite (10), caractérisé en ce qu'il comporte : - un corps en matière souple adaptée à épouser, au moins partiellement, la forme de la pièce en matériau composite et - une surface (14) électriquement conductrice associée au corps en matière souple.
- 2. Dispositif de protection (12) selon la revendication 1, dans lequel le corps en matière souple est adapté à former une pluralité de zone d'accrochage sur la pièce en matériau composite (10).
- 3. Dispositif de protection (12) selon l'une des revendications 1 ou 2, qui comporte des épingles (16, 22) reliant le dispositif de protection à la pièce en matériau composite (10) et assurant le maintien mécanique du dispositif de protection sur la pièce en matériau composite et la continuité électrique sans soudure entre un contact électrique de la pièce en matériau composite et la surface conductrice.
- 4. Dispositif de protection (12) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le corps en matière souple présente des courbures (28) adaptées à créer un écart avec la pièce en matériau composite (10) par appuis ponctuels sur cette pièce en matériau composite.
- 5. Dispositif de protection (12) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la surface électriquement conductrice (14) est constituée par la matière du corps du dispositif.
- 6. Dispositif de protection (12) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la surface électriquement conductrice (14) est formée par une métallisation sélective du corps du dispositif.30
- 7. Elément de structure (10, 12), caractérisé en ce qu'il comporte une pièce en matériau composite (10) et un dispositif de protection (12) selon l'une des revendications 1 à 6.
- 8. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce en matériau composite (10) et un dispositif de protection (12) selon l'une des revendications 1 à 6 et/ou un élément de structure selon la revendication 7.
- 9. Procédé de protection d'une pièce en matériau composite (10), caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (36, 40) de positionnement d'un corps (12) en matière souple, au moins partiellement, sur et au contact de la forme de la pièce en matériau composite, ledit corps étant associé à une surface électriquement conductrice (14) et - une étape (44) d'utilisation des fonctions électrique de la surface électriquement conductrice.
- 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape de positionnement (36) est réalisée avant une phase de montage de la pièce en matériau composite.
- 11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape de positionnement (40) est réalisée après une phase de montage de la pièce en matériau composite.
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