FR3012111A1

FR3012111A1 - Fuselage d'aeronef comprenant une isolation externe

Info

Publication number: FR3012111A1
Application number: FR1360097A
Authority: FR
Inventors: Olivier Picot
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-24
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: FR3012111B1; US9809296B2; US20150108272A1

Abstract

L'invention se rapporte à un fuselage d'aéronef comprenant une structure (32) sur laquelle est rapportée une peau (34) qui forme une barrière entre l'intérieur (I) et l'extérieur (E) du fuselage, ledit fuselage comprenant un revêtement extérieur (42), caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur (42) comprend un isolant thermique qui recouvre au moins partiellement le fuselage.

Description

1 2 1 1 1 1 FUSELAGE D'AERONEF COMPRENANT UNE ISOLATION EXTERNE La présente invention se rapporte à un fuselage d'aéronef comprenant une isolation externe. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique une partie du fuselage 10 d'un aéronef.

Le fuselage 10 comprend une peau 12 qui forme une barrière entre l'intérieur I et l'extérieur E du fuselage. Cette peau 12 comprend une surface externe 14 en contact avec l'extérieur E et une surface interne 16 en contact avec l'intérieur I. Un revêtement externe sous la forme d'au moins un film de peinture est appliqué sur la surface externe de la peau afin de la protéger contre la corrosion, de l'embellir et d'améliorer les caractéristiques aérodynamiques de l'aéronef. En phase de vol, un système d'air conditionné permet de maintenir la température à l'intérieur I du fuselage autour de 20°C alors que la température à l'extérieur E du fuselage se situe autour de -50°C. Pour limiter les déperditions et garantir un confort aux passagers, au moins un matelas d'isolation 18 est prévu, à l'intérieur I du fuselage, à proximité de la surface interne 16 de la peau du fuselage. Après la mise en place de ce matelas d'isolation 18, il subsiste un espace entre ledit matelas d'isolation 18 et la peau 12 au niveau duquel circule de l'air chaud et humide provenant de l'intérieur I du fuselage.

Lors du vol, la surface interne 16 de la peau est à une température inférieure à 0 °C si bien que l'humidité provenant de l'intérieur I du fuselage tend à se condenser et à geler au niveau de ladite surface interne 16. Ce phénomène 301 2 1 1 1 2 contribue à assécher l'air à l'intérieur I du fuselage et constitue un inconfort pour les passagers. Lors de la phase de descente, la température de l'air à l'extérieur de l'aéronef est de plus en plus chaude si bien que la glace formée au niveau de la surface 5 interne 16 tend à fondre et à ruisseler sur le matelas d'isolation 18 jusqu'en partie inférieure du fuselage où les condensats sont récupérés puis évacués. Par conséquent, en plus de sa fonction d'isolant, le matelas d'isolation 18 sert à étancher l'intérieur I du fuselage et à drainer les condensats pour éviter qu'ils ne ruissèlent à l'intérieur I du fuselage, notamment sur des systèmes sensibles 10 comme par exemple des circuits électriques. Pour assurer ces deux fonctions, selon un mode de réalisation, un matelas d'isolation 18 est constitué d'une couche d'un matériau isolant thermiquement comme par exemple de la laine de verre, ensachée dans un film en matière plastique étanche. 15 En plus de la peau 12, le fuselage comprend une structure 20 qui supporte la peau 12 et qui comporte de nombreux éléments 22 qui s'étendent vers l'intérieur I du fuselage en traversant le matelas d'isolation 18. Chaque élément 22 traversant constitue un pont thermique et nécessite de concevoir des formes complexes au niveau du matelas d'isolation 18 et/ou altère les performances 20 d'isolation. Selon un autre aspect, les matelas d'isolation 18 sont montés juste après l'assemblage structural de l'aéronef si bien qu'ils peuvent subir des dégradations lors de l'installation des autres systèmes et équipements de l'aéronef. Le remplacement des matelas d'isolation 18 endommagés nécessite le démontage de plusieurs pièces qui peuvent être fragiles comme par exemple des tuyauteries. Enfin, les matelas d'isolation 18 doivent être réalisés en des matériaux spécifiques qui répondent aux exigences des normes FST (pour Fire Smoke toxicity en anglais) relatives aux émanations toxiques en cas d'incendie.

Aussi, la présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un fuselage d'aéronef comprenant une structure sur laquelle est rapportée une peau qui forme une barrière entre l'intérieur et l'extérieur du fuselage, ledit fuselage comprenant un revêtement extérieur, caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur comprend un isolant thermique qui recouvre au moins partiellement le fuselage. Cette solution permet - d'améliorer le confort des passagers en réduisant le phénomène d'assèchement de l'air, - de réduire les coûts d'exploitation grâce à une isolation thermique et un aérodynamisme améliorés, et - de réduire les coûts industriels en simplifiant la fabrication du matelas isolant et son installation sur le fuselage. Avantageusement, l'isolant thermique a une conductivité inférieure ou égale à 0,5 15 W/m.K. De préférence, l'isolant thermique se présente sous la forme d'au moins une couche isolante en mousse. Selon une autre caractéristique de l'invention, le revêtement extérieur comprend une couche extérieure rapportée sur la ou les couche(s) isolante(s), en contact 20 avec des flux d'air s'écoulant à l'extérieur du fuselage, ladite couche extérieure comprenant une surface extérieure lisse ou structurée. Avantageusement, la couche extérieure est en un matériau à mémoire de forme. Selon une autre caractéristique de l'invention, le revêtement extérieur comprend une armature pour le renforcer. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, le revêtement extérieur comprend une pluralité de panneaux juxtaposés, collés au fuselage et/ou solidarisés par des fixations mécaniques au fuselage.

De préférence, les panneaux sont aboutés de manière à conférer au fuselage des caractéristiques aérodynamiques, deux panneaux aboutés ayant des bords avec des formes complémentaires de manière à obtenir un recouvrement d'avant en arrière des panneaux pour éviter le délaminage et favoriser l'écoulement des flux d'air à l'extérieur du fuselage. Avantageusement, le revêtement extérieur comprend des fixations mécaniques pour solidariser les panneaux au fuselage, disposées à proximité du bord arrière des panneaux. De préférence, chaque panneau comprend une armature métallique qui se 10 prolonge en dehors du panneau sous la forme d'une bande souple pour assurer la continuité électrique entre deux panneaux adjacents. L'invention a également pour objet un aéronef comprenant un fuselage avec une isolation externe. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va 15 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 partie du fuselage d'un aéronef qui illustre l'art antérieur, - la figure 2 est une coupe d'une partie du fuselage d'un aéronef qui illustre 20 l'invention, - la figure 3 est une coupe d'une partie du fuselage d'un aéronef qui illustre certaines caractéristiques de l'invention, - la figure 4 est une coupe d'une partie du fuselage d'un aéronef qui illustre un mode de réalisation de l'invention. 25 Sur les figures 2 à 4, on a représenté une partie d'un fuselage 30 d'un aéronef. Pour la présente demande, on entend par fuselage, le fuselage d'un aéronef, un tronçon ou une partie du fuselage d'un aéronef.

Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, le fuselage 30 comprend une structure 32 sur laquelle est rapportée une peau 34, ladite peau 34 comportant une pluralité de panneaux 36, 36' (visibles uniquement sur la figure 3) juxtaposés fixés sur la structure 32 par tous moyens appropriés, comme par exemple des rivets 38. La peau 34 forme une barrière entre l'extérieur E et l'intérieur I du fuselage 30 et comprend une surface externe 39 orientée vers l'extérieur E et une surface interne 40 orientée vers l'intérieur I. Avantageusement, la peau 34, et notamment les panneaux 36, 36' sont réalisés en 10 matériau composite. En variante, la peau 34, et notamment les panneaux 36, 36' sont métalliques, par exemple en alliage d'aluminium. La structure 30 et la peau 34 ne sont pas plus décrites car elles peuvent être identiques à celles de l'art antérieur. Le fuselage 30 comprend à l'extérieur E du fuselage un revêtement extérieur 42. 15 Selon une caractéristique de l'invention, le revêtement extérieur 42 comprend un isolant thermique qui recouvre au moins partiellement le fuselage. Par isolant thermique, on entend un élément qui a une conductivité inférieure ou égale à 0,5 W/m.K. De préférence, l'isolant thermique recouvre approximativement tout le fuselage. 20 De préférence, l'isolant thermique se présente sous la forme d'au moins une couche isolante 44 en mousse, notamment à cellules fermées. Avantageusement, la couche isolante 44 a une épaisseur de l'ordre de ou comprise entre 1 et 5 cm. Selon une autre caractéristique, le revêtement extérieur 42 comprend une 25 armature 46, sous la forme d'un treillis par exemple, pour le renforcer. De préférence, cette armature 46 est noyée dans la couche isolante 44. Ainsi, l'armature 46 assure le maintien mécanique de la couche isolante 44.

De préférence, cette armature 46 est métallique et avantageusement reliée à la structure de l'aéronef. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté lorsque la peau 34 est en matériau composite. Ainsi, l'armature 46 métallique forme une cage de faraday entourant le fuselage. Cette solution permet d'éviter la mise en place de blindage autour des harnais et des composants électriques, ce qui tend à réduire la masse embarquée. Le revêtement extérieur 42 qui intègre un isolant thermique est plaqué contre la peau 34 et comprend des évidements 48 destinés à loger en utilisation certaines aspérités de la peau 34.

Cette solution permet de pouvoir utiliser des rivets 38 à têtes bombées, et de conserver des désaffleurements 52 entre deux panneaux 36, 36', ce qui tend à simplifier - la conception de certaines parties de la structure sur lesquelles sont fixés les panneaux 36, 36' de la peau 34, - le montage des panneaux 36, 36' de la peau 34 sur la structure de l'aéronef en n'ayant pas recours à l'usage de cales pour corriger les désaffleurements. Les évidements 48 et les désaffleurements 52 forment des espaces entre la surface externe 38 de la peau 34 et le revêtement extérieur 42 qui sont avantageusement comblés à l'aide d'une mousse expansible. Cette mousse assure une bonne adhérence du revêtement 42 sur la peau 34 et procure une étanchéité qui réduit la quantité d'eau piégée, qui en gelant et s'expansant pourrait provoquer un décollement local. Selon une autre caractéristique de l'invention, le revêtement extérieur 42 comprend une couche extérieure 54 rapportée sur la ou les couche(s) isolante(s) 44, en contact avec des flux d'air s'écoulant à l'extérieur du fuselage, dont la surface extérieure 56 est lisse ou structurée pour conférer au fuselage ses caractéristiques aérodynamiques.

Le fait de dissocier les fonctions isolante et aérodynamique permet d'optimiser chacune d'elles. Selon un mode de réalisation, la couche extérieure 54 est collée sur la couche isolante 44.

Avantageusement, la couche extérieure 54 est en matériau à mémoire de forme lui permettant de se déformer et de retrouver sa forme initiale lors de chocs. Selon un mode de réalisation, la couche extérieure 54 est en matière plastique de type ABS. De préférence, la couche extérieure 54 est pigmentée ou pré-peinte de manière 10 à réduire le temps et la quantité de peinture. Selon une autre caractéristique de l'invention, le revêtement extérieur 42 recouvrant le fuselage comprend une pluralité de panneaux 58, 58' juxtaposés, collés au fuselage et/ou solidarisés par des fixations mécaniques 60 au fuselage. Avantageusement, même s'ils sont souples, chaque panneau 58, 58' du revêtement 15 extérieur 42 est préformé à chaud de manière à épouser parfaitement les formes de la surfaces externe de la peau 34. Sur la figure 4, on a représenté en 64, le sens avant-arrière qui s'étend depuis la pointe avant de l'aéronef vers l'empennage arrière. Selon ce sens avant-arrière 64, sur la figure 4, le panneau 58 correspond à un panneau avant et le 20 panneau 58' à un panneau arrière. De plus, chaque panneau comprend un bord arrière 62 et un bord avant 62'. Chaque bord 62, 62' comprend une partie interne 66, 66' qui correspond à la partie du revêtement extérieur 42 en contact avec la peau 34 et une partie externe 68, 68' éloignée de la peau 34. 25 Avantageusement, les panneaux 58, 58' sont aboutés de manière à conférer au fuselage des caractéristiques aérodynamiques et les bords 62, 62' de deux panneaux 58, 58' aboutés ont des formes complémentaires de manière à obtenir un recouvrement d'avant en arrière des panneaux 58, 58' pour éviter le délaminage et favoriser l'écoulement des flux d'air à l'extérieur du fuselage. Par recouvrement d'avant en arrière, on entend que la partie externe 68 du bord arrière 62 d'un panneau avant 58 recouvre le bord avant 62' d'un panneau arrière 58'. Selon un mode de réalisation, au niveau du bord arrière 62 des panneaux, la couche extérieure 54 s'étend au-delà de la couche isolante 44, vers l'arrière de l'aéronef. En complément, au niveau du bord avant 62' des panneaux, la couche extérieure 54 est en retrait par rapport à la couche isolante 44'. Ainsi, lorsque un panneau avant 58 est juxtaposé à un panneau arrière 58', la couche extérieure 54 du panneau avant 58 recouvre la couche isolante 44' du panneau arrière 58'. Selon un mode de réalisation, au niveau du bord arrière 62 des panneaux, la couche isolante 44 comprend une portion rectiligne 70, perpendiculaire à la peau 34, qui s'étend de la partie interne 66 du bord 62 jusqu'à l'armature 46 et une portion courbe 72 avec un rayon de courbure concave qui s'étend de l'armature 46 jusqu'à la partie externe 68 du bord 62. En complément, au niveau du bord avant 62' des panneaux, la couche isolante 44' comprend une portion rectiligne 70', perpendiculaire à la peau 34, qui s'étend de la partie interne 66' du bord 62' jusqu'à l'armature 46' et une portion courbe 72' avec un rayon de courbure convexe complémentaire au rayon de courbure concave de la portion courbe 72 qui s'étend de l'armature 46' jusqu'à la partie externe 68'. Ainsi, lorsqu'un panneau avant 58 est juxtaposé à un panneau arrière 58', la portion courbe 72 du panneau avant 58 recouvre la portion courbe 72' du panneau arrière 58'. Pour assurer la continuité des surfaces extérieures 56,56', l'éventuel espace entre les couches extérieures 54, 54' adjacentes est comblé par un joint 78 sous la forme d'un mastic par exemple.

Les fixations mécaniques 60 sont avantageusement prévues à proximité du bord 62 arrière des panneaux 58. Pour assurer la continuité électrique entre les armatures 46, 46' de deux panneaux adjacents 58, 58', chaque armature 46, 46' se prolonge en dehors du panneau sous la forme d'une bande souple 74, 74'. Lorsque les deux panneaux adjacents 58, 58' sont aboutés, les bandes souples 74, 74' sont plaquées l'une contre l'autre. Selon un mode de réalisation, les fixations mécaniques 60 sont traversantes et sont ainsi en contact avec les armatures 46, 46'. Elles sont en un matériau 10 conducteur d'électricité pour assurer la continuité électrique entre les armatures 46, 46' métalliques et la structure 32 de l'aéronef. Selon un autre mode de réalisation, chaque fixation mécanique 60 comprend une tige 80 qui traverse l'armature 46 ainsi qu'au moins une entretoise 82 en un matériau conducteur électrique qui s'étend autour de la tige 80 entre 15 l'armature 46 et le fuselage 30. De préférence, l'entretoise 82 comprend une collerette 84 en contact avec l'armature 46 et la fixation mécanique 60 comprend une rondelle 86 de manière à ce que l'armature 46 soit pincée entre la collerette 84 de l'entretoise 82 et la rondelle 86. Chaque fixation mécanique 60 comprend une tête 88 permettant de maintenir le 20 revêtement extérieur 42 plaqué contre la peau 34 du fuselage. Avantageusement, la couche extérieure 54 comprend pour chaque fixation mécanique 60 un trou de passage 90 dont le diamètre est inférieur au diamètre de la tête 88 de manière à ce que la couche extérieure 54 soit maintenue contre la couche isolante 44 par les fixations mécaniques 60. 25 Les têtes 88 sont noyées dans le revêtement extérieur 42. Selon un premier mode de réalisation, pour chaque tête 88, le revêtement extérieur 42 comprend un logement en creux permettant de loger ladite tête 88 de manière à ce qu'elle ne vienne pas en saillie par rapport au revêtement extérieur 42. Selon un second mode de réalisation, lors de la mise en place des fixations mécaniques 60, la couche isolante 44 est comprimée et déformée jusqu'à ce que les têtes 88 ne soient plus en saillie par rapport à la surface extérieure 56 du revêtement extérieur 42. Si nécessaire, le revêtement extérieur 42 comprend un ajout 92 de mastic ou d'un matériau analogue pour corriger les éventuels désaffleurements au niveau des têtes 88 des fixations mécaniques 60.

Le fait de prévoir un revêtement extérieur 42 qui intègre un isolant thermique confère les avantages suivants - cela permet à l'intérieur du fuselage de remplacer les matelas d'isolation fragiles par un film pour drainer les éventuels condensats, ledit film étant plus résistant et pouvant plus facilement s'adapter aux différentes configurations des aéronefs ; - En maintenant la peau 34 et la structure 32 du fuselage 30 à une température supérieure à 0°C lors des phases de vol, cela permet d'éviter que l'humidité de l'air de l'intérieur du fuselage vienne geler au contact de la peau 34 et de la structure 32 du fuselage 30, ce qui tend à réduire la quantité d'eau condensée et la sécheresse de l'air à l'intérieur du fuselage ; - En supprimant les ponts thermiques, cela permet d'améliorer les performances thermiques et de réduire les épaisseurs des couches isolantes et les gradients thermiques dans la structure ; - Cela permet d'utiliser pour l'isolant thermique des matières interdites à l'intérieur du fuselage conformément aux exigences en matière de normes FST; - Cela permet de protéger la peau 34 du fuselage contre les chocs et la corrosion. - Cela permet de gommer les imperfections du fuselage en les recouvrant ; - Cela permet de réduire potentiellement la perception à l'intérieur du fuselage des bruits provenant des moteurs. La présence d'une couche extérieure 54 préformée permet d'améliorer les caractéristiques aérodynamiques de l'aéronef. En augmentant l'épaisseur de la couche isolante 44, il est possible de faire évoluer, en cours de développement, si besoin, la couche extérieure 54 pour 10 améliorer les performances aérodynamiques de l'aéronef alors que la peau et la structure du fuselage restent figées.

Claims

REVENDICATIONS1. Fuselage d'aéronef comprenant une structure (32) sur laquelle est rapportée une peau (34) qui forme une barrière entre l'intérieur (I) et l'extérieur (E) du fuselage, ledit fuselage comprenant un revêtement extérieur (42), caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur (42) comprend un isolant thermique qui recouvre au moins partiellement le fuselage.
2. Fuselage d'aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolant thermique se présente sous la forme d'au moins une couche isolante (44) en mousse.
3. Fuselage d'aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le revêtement extérieur (42) comprend une couche extérieure (54) rapportée sur la ou les couche(s) isolante(s) (44), en contact avec des flux d'air s'écoulant à l'extérieur du fuselage, ladite couche extérieure (54) comprenant une surface extérieure (56) lisse ou structurée.
4. Fuselage d'aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en 15 ce que la couche extérieure (54) est en un matériau à mémoire de forme.
5. Fuselage d'aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement extérieur (42) comprend des évidements destinés à loger en utilisation des aspérités de la peau (34) du fuselage.
6. Fuselage d'aéronef selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que le revêtement extérieur (42) comprend une armature (46) pour le renforcer.
7. Fuselage d'aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement extérieur (42) comprend une pluralité de panneaux (58, 58') juxtaposés, collés au fuselage et/ou solidarisés par des 25 fixations mécaniques (60) au fuselage.
8. Fuselage d'aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les panneaux (58, 58') sont aboutés de manière à conférer au fuselage des caractéristiques aérodynamiques, et en ce que deux panneaux (58, 58') aboutés ont des bords (62, 62') avec des formes complémentaires de manière à obtenir un recouvrement d'avant en arrière des panneaux (58, 58') pour éviter le délaminage et favoriser l'écoulement des flux d'air à l'extérieur du fuselage.
9. Fuselage d'aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le revêtement extérieur (42) comprend des fixations mécaniques (60) pour solidariser les panneaux (58, 58') au fuselage, disposées à proximité du bord arrière (62) des panneaux (58).
10. Fuselage d'aéronef selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que chaque panneau (58, 58') comprend une armature (46) métallique qui se prolonge en dehors du panneau sous la forme d'une bande souple (74, 74') pour assurer la continuité électrique entre deux panneaux adjacents (58, 58').
11. Fuselage d'aéronef selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que chaque panneau (58, 58') comprend une armature (46) métallique, et en ce que le revêtement extérieur (42) comprend des fixations mécaniques (60) pour solidariser les panneaux (58, 58') au fuselage, chaque fixation mécanique (60) comprenant une tige (80) qui traverse l'armature (46) ainsi qu'au moins une entretoise (82) en un matériau conducteur électrique qui s'étend autour de la tige (80) entre l'armature (46) et le fuselage (30).
12. Fuselage selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'entretoise (82) comprend une collerette (84) en contact avec l'armature (46) et en ce que la fixation mécanique (60) comprend une rondelle (86) de manière à ce que l'armature (46) soit pincée entre la collerette (84) de l'entretoise (82) et la rondelle (86).
13. Aéronef comprenant un fuselage selon l'une des revendications précédentes.