FR2978694A1 - Paroi en materiau composite renforcee - Google Patents

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Abstract

L'objet de l'invention est une paroi en matériau composite comprenant au moins deux couches de fibres (18, 18') orientées parallèlement au plan du panneau et noyées dans une matrice en résine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une armature de renfort (20) intercalée entre deux couches de fibres (18, 18') et comprenant au moins une première série d'éléments longilignes avec une section supérieure ou égale à 0,07 mm , ladite armature de renfort (20) étant noyée dans la matrice de résine, les deux couches (18, 18') disposées de part et d'autre étant reliées dans toutes les zones situées entre les éléments longilignes.

Description

PAROI EN MATERIAU COMPOSITE RENFORCEE
La présente invention se rapporte à une paroi en matériau composite renforcée et plus particulièrement à un panneau pour le traitement acoustique en matériau composite renforcé. Pour limiter l'impact des nuisances sonores des aéronefs, des techniques ont été développées pour réduire le bruit, notamment en disposant, au niveau de certaines parois, des panneaux ou revêtements visant à absorber une partie de l'énergie sonore, notamment en utilisant le principe des résonateurs d'Helmholtz. Ce type de panneau comprend de l'extérieur vers l'intérieur une couche poreuse acoustiquement résistive, au moins une structure alvéolaire et une paroi réflectrice ou imperméable. En variante, le panneau peut comprendre plusieurs structures alvéolaires superposées entre lesquelles sont prévues des couches poreuses acoustiquement résistives. Les cellules de la ou des structure(s) alvéolaire(s) sont dimensionnées pour assurer un traitement acoustique optimisé. Par couche, on entend une ou plusieurs couches de même nature ou non.
Selon un mode de réalisation, la structure alvéolaire se présente sous la forme d'un nid d'abeilles en matériau composite. La paroi réflectrice peut être en matériau composite et obtenue par drapage de fibres noyées dans une matrice de résine. La structure acoustiquement résistive est une structure poreuse ayant un rôle dissipatif, transformant partiellement l'énergie acoustique de l'onde sonore la traversant en chaleur. Elle comprend des zones dites ouvertes susceptibles de laisser passer les ondes acoustiques et d'autres dites fermées ou pleines ne laissant pas passer les ondes sonores mais destinées à assurer la résistance mécanique de ladite couche. Cette couche acoustiquement résistive se caractérise notamment par un taux de surface ouverte qui varie essentiellement en fonction du moteur, des composants constituant ladite couche. Généralement, la structure acoustiquement résistive comprend au moins une 5 couche poreuse et au moins une structure de renfort. La couche poreuse doit permettre de rendre le traitement acoustique linéaire et de piéger les ondes acoustiques dans les cellules Helmholtz formées par la structure alvéolaire. Selon un mode de réalisation, la couche poreuse est un tissu métallique, 10 notamment un grillage métallique avec des fils métalliques ayant un diamètre de l'ordre de 0,1 mm. Selon un avantage, ce tissu métallique est un excellent conducteur pour la foudre balayante. Selon une contrainte, ce grillage métallique en contact avec les flux d'air ne doit 15 pas générer des aspérités trop importantes si bien que le diamètre des fils est limité et inférieur à 0,1 mm voire 0,2 mm. Au-delà, les fils du grillage généreraient des aspérités rédhibitoires sur le plan aérodynamique. La structure de renfort se présente sous la forme d'une plaque en matériau composite ou métallique dans laquelle sont ménagés des orifices de section plus 20 ou moins importante. Selon un mode de réalisation, la structure de renfort se présente sous la forme d'une tôle avec des perforations oblongues, rondes. Selon l'art antérieur, la couche poreuse et la structure de renfort sont réalisées indépendamment l'une de l'autre et sont simplement reliées par collage de manière à être plaquées l'une contre l'autre. 25 Les panneaux pour le traitement acoustique sont de plus en plus performants sur le plan acoustique. Ils sont extrêmement résistants, pour certaines sollicitations comme par exemple les efforts de compression selon la direction transversale (direction perpendiculaire aux couches), de traction selon une direction longitudinale ( direction contenue dans le plan des couches). Toutefois, ces panneaux supportent difficilement des efforts de flexion. Selon un autre inconvénient, ils ne sont pas résilients et peuvent se casser en cas de choc. Aussi, dans les conditions normales d'utilisation, les panneaux pour le traitement acoustique donnent satisfaction. Cependant, en cas d'incident, si la structure de l'aéronef à laquelle est relié le panneau acoustique tend à se déformer, les contraintes supportées par le panneau peuvent provoquer l'apparition de fissures qui si elles se propagent entrainent la dislocation du panneau en plusieurs parties. Si dans cette situation, le traitement acoustique devient secondaire, il est important que la structure de l'aéronef soit la moins endommagée possible afin de lui permettre d'atteindre sa destination ou la piste d'atterrissage la plus proche. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant une paroi en matériau composite ayant des performances mécaniques renforcées. A cet effet, l'invention a pour objet une paroi en matériau composite comprenant au moins deux couches de fibres orientées parallèlement au plan du panneau et noyées dans une matrice en résine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une armature de renfort intercalée entre deux couches de fibres et comprenant au moins une première série d'éléments longilignes avec une section supérieure ou égale à 0,07 mm', ladite armature de renfort étant noyée dans la matrice de résine, les deux couches disposées de part et d'autre étant reliées dans toutes les zones situées entre les éléments longilignes. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une coupe d'une portion d'un panneau obtenu selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une portion d'une armature de renfort selon une première variante de l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'une portion d'une armature de renfort selon une autre variante de l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective de dessus avec un arrachement partiel des différentes couches d'une paroi en matériau composite selon un mode de réalisation de l'invention comprenant une armature de renfort, - la figure 5 est une vue en perspective de dessus avec un arrachement partiel des différentes couches d'une paroi en matériau composite selon un autre mode de réalisation comprenant plusieurs armature de renfort, - la figure 6 est une coupe d'un mode de réalisation d'une paroi en matériau composite selon l'invention, - la figure 7 est une coupe d'un autre mode de réalisation d'une paroi en matériau composite selon l'invention, - la figure 8 est une coupe d'un autre mode de réalisation d'une paroi en matériau composite selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un panneau pour le traitement acoustique 10 comportant de l'extérieur vers l'intérieur une couche poreuse acoustiquement résistive 12, au moins une structure alvéolaire 14 et une paroi réflectrice ou imperméable 16. La couche acoustiquement résistive 12 et la structure alvéolaire 14 ne sont pas plus décrites car elles sont connues de l'homme de métier et peuvent être réalisées de la même manière que celles des panneaux pour le traitement acoustique selon l'invention.
La couche acoustiquement résistive 12 et la structure alvéolaire 14 peuvent être en matériau composite.
La paroi réflectrice 16 est en matériau composite. Elle comprend au moins deux couches de fibres 18, 18' orientées parallèlement au plan du panneau et noyées dans une matrice en résine. Selon un mode de réalisation, la paroi réflectrice 16 comprend au moins deux couches de fibres 18, 18' tissées ou non tissées, pré-imprégnées ou non, les couches étant drapées les unes sur les autres. La paroi peut comprendre plus de deux couches de fibres. Seules, ces fibres sont cassantes en cas d'effort de flexion. Selon un mode de réalisation, ces fibres peuvent être en carbone. A titre d'exemple, pour donner un ordre de grandeur, les fibres carbone ont un diamètre compris entre 0,005 mm et 0,015 mm soit une section inférieure à 0,0002 mm 2 . Selon l'invention, la paroi 16 comprend une armature de renfort 20 intercalée entre deux couches de fibres 18, 18', noyées dans la matrice en résine. Cette armature de renfort 20 comprend au moins une première série d'éléments longilignes 22 orientés selon au moins une direction. Selon un point important de l'invention, cette armature de renfort 20 est intercalée entre deux couches de fibres et se retrouve ainsi noyée dans la matrice de résine, les deux couches 18, 18' disposées de part et d'autre étant reliées dans toutes les zones situées entre les éléments longilignes 22. Cet agencement de couches de fibres et d'armature de renfort confère à la paroi une meilleure résistance à la flexion. En cas d'incident, même si les contraintes provoquent la rupture des fibres de la paroi, les éléments longilignes 22 empêchent la dislocation de la paroi et permettent de limiter son endommagement et de conserver sa structure. Avantageusement, la matrice dans laquelle sont noyées les fibres des couches et de l'armature de renfort est continue de part et d'autre de l'armature de renfort 20 et polymérisée lors d'une même phase de polymérisation. Dans ce cas, la paroi ne comprend pas de part et d'autre du plan de l'armature de renfort deux matrices distinctes assemblées au niveau dudit plan de l'armature de renfort. L'orientation des éléments longilignes est choisie selon la direction privilégiée des fissures.
De préférence, les éléments longilignes 22, 22' sont monoblocs et ont une section supérieure ou égale à 0,07 mm2 ce qui correspond à un diamètre supérieur ou égal à 0,3 mm dans le cas d'une section circulaire. Pour obtenir une amélioration importante des caractéristiques de la paroi, les éléments longilignes 22, 22' ont une section supérieure ou égale à 0,38 mm2 ce qui correspond à un diamètre supérieur ou égal à 0,7 mm dans le cas d'une section circulaire. Avantageusement, l'espacement entre les éléments longilignes adjacent d'une même série est régulier. D'une série à l'autre les éléments longilignes peuvent avoir le même espacement. De préférence, l'espacement entre deux éléments longilignes est supérieur ou égal à 10 fois la dimension (prise dans le même plan que l'espacement) de l'élément longiligne. Avantageusement, l'armature de renfort 20 comprend deux ou plus séries d'éléments longilignes 22, 22' qui ont des orientations différentes d'une série à l'autre. Ainsi, selon l'exemple illustré sur les figures 2 et 3, l'armature de renfort 20 comprend des éléments longilignes 22 orientés selon une première direction et des éléments longilignes 22' orientés selon une seconde direction sensiblement perpendiculaire à la première direction. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 3, les éléments longilignes continus 22, 22' sont distincts les uns des autres. Dans ce cas, l'armature de renforts 20 se présente sous la forme d'un treillis ou d'un grillage.
Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 4, les éléments longilignes 22, 22' peuvent provenir d'une ou plusieurs bandes juxtaposées comprenant chacune au moins deux éléments longilignes continus 20 selon une première direction reliés par une pluralité d'éléments longilignes 20' sensiblement perpendiculaires aux éléments 20. Ainsi, chaque bande se présente sous la forme d'une plaque 24 dans laquelle des découpes 26 ont été réalisées de manière à définir entre deux découpes 26 adjacentes un élément longiligne. Selon un mode de réalisation, ces découpes sont sensiblement carrées et espacées d'une distance correspondant à la dimension des éléments longilignes. Sur le plan de la mise en oeuvre, entre deux couches de fibres, on peut prévoir une armature de renfort 20 qui résulte de la juxtaposition de plusieurs 1 o armatures de renfort. Lorsque plusieurs armatures de renfort sont juxtaposées, il est préférable d'éviter le chevauchement des armatures de renfort dans les zones de juxtaposition. Le fait de prévoir une armature sous forme de bandes avec des évidements permet d'éviter les risques de chevauchement. Selon un autre avantage, le fait de prévoir une armature de renfort 20 sous 15 forme de bandes permet de limiter l'épaisseur de l'armature. Dans le cas d'une bande, il est possible de prévoir une épaisseur de 0,5 avec une dimension d'éléments longilignes 22, 22' de l'ordre de 0,7 mm dans le plan de l'armature de renfort 20, ce qui correspond à une section de 0.35 mm2. Pour obtenir la même section, les éléments longilignes d'une armature de renfort en forme de grillage 20 doivent avoir un diamètre de l'ordre de 0,65 mm ce qui se traduit par une épaisseur de 1,3 mm de manière ponctuelle au niveau des croisements des éléments longilignes. Le fait de prévoir une armature de renfort sans surépaisseur ponctuelle engendre moins de risque de casser les fibres de la couche adjacente. 25 Selon un mode de réalisation préféré, l'armature de renfort comprend une bande avec deux éléments longilignes avec une épaisseur de 0,4 mm2, une largeur de 3 mm, soit une section de 1,2 mm2.
Selon les variantes, la paroi 16 peut comprendre une seule armature de renfort (ou plusieurs juxtaposées) entre deux couches de fibres comme illustré sur la figure 4. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 4, la paroi 16 comprend deux couches de fibres 18, une armature de renfort 20 et deux couches de fibres 18'. Selon d'autres variantes, la paroi 16 peut comprendre plusieurs armatures (chacune d'elles pouvant comprendre plusieurs armatures de renfort juxtaposées), chacune d'elles étant intercalée entre deux couches de fibres, comme illustré sur la figure 5. Ces armatures de renfort peuvent être identiques ou différentes comme illustré sur la figure 5, une première armature de renfort 20 se présentant sous la forme de bandes avec des évidements juxtaposées, l'autre armature se présentant sous la forme d'éléments longilignes disposés selon une direction. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 5, la paroi 16 comprend une couche de fibres 18, une armature de renfort 20, une couche de fibres 18', une armature de renfort 20' et deux couches de fibres 18" et 18"' Selon les variantes, les éléments longilignes 22, 22' peuvent avoir des sections rondes ou en forme de polygone, notamment carré ou rectangulaire. L'armature de renfort est de préférence métallique. Toutefois, lorsque l'armature de renfort comprend des éléments longilignes distincts, orientés selon au moins une direction, on pourrait utiliser des éléments longilignes en aramide. Dans ce cas, les éléments longilignes sont enrobés comme illustré sur la figure 8. Ainsi, selon les matériaux utilisés pour l'armature de renfort et la matrice, l'armature de renfort 20 peut comprendre un revêtement 28, par exemple en polytétrafluoroéthylène, qui permet d'isoler les éléments longilignes 22, 22' de la matrice et autorise un léger mouvement desdits éléments longilignes 22, 22' par rapport à ladite matrice.
Selon les cas, les éléments longilignes 22 de l'armature de renfort 20 peuvent être imbriqués dans une seule couche adjacente 18', comme illustré sur la figure 6, ou être partiellement imbriqués dans les deux couches adjacentes 18, 18' comme illustré sur la figure 7.
Bien qu'appliquée à la paroi réflectrice d'un panneau acoustique, l'invention peut s'appliquer à toutes les parois en matériau composite. Lorsque la paroi 16 est utilisée comme paroi réflectrice d'un panneau acoustique d'une entrée d'air, ladite paroi 16 est protégée par la couche poreuse acoustiquement résistive 12 et au moins une structure alvéolaire 14, si bien que les risques de découpe de l'armature de renfort par un débris tranchant provenant par exemple de la rupture d'une pale d'une soufflante sont limités.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Paroi en matériau composite comprenant au moins deux couches de fibres (18, 18') orientées parallèlement au plan du panneau et noyées dans une matrice en résine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une armature de renfort (20) intercalée entre deux couches de fibres (18, 18') et comprenant au moins une première série d'éléments longilignes (22, 22') avec une section supérieure ou égale à 0,07 mm 2 , ladite armature de renfort (20) étant noyée dans la matrice de résine, les deux couches (18, 18') disposées de part et d'autre étant reliées dans toutes les zones situées entre les éléments longilignes (22, 22').
  2. 2. Paroi en matériau composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments longilignes (22, 22') ont une section supérieure ou égale à 0,38 mm 2 .
  3. 3. Paroi en matériau composite selon la revendication 1 ou 2, 15 caractérisée en ce que l'espacement entre deux éléments longilignes est supérieur ou égal à 10 fois la dimension d'un élément longiligne.
  4. 4. Paroi en matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments longilignes continus (22, 22') d'une armature de renfort sont distincts les uns des autres. 20
  5. 5. Paroi en matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une armature de renfort (20) comprend une ou plusieurs bandes juxtaposées comprenant chacune au moins deux éléments longilignes continus (20) selon une première direction reliés par une pluralité d'éléments longilignes (20').
  6. 6. Paroi en matériau composite selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque bande comprend des découpes (26) permettant de définir entre deux découpes (26) adjacentes un élément longiligne.
  7. 7. Paroi en matériau composite selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisée en ce que l'armature de renfort (20) comprend un revêtement (28) permettant d'isoler les éléments longilignes (22, 22').
  8. 8. Paroi en matériau composite selon la revendication 7, caractérisée en ce que le revêtement (28) est en polytétrafluoroéthylène. 10
  9. 9. Panneau pour le traitement acoustique d'un aéronef comprenant une paroi réflectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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