FR3014011A1

FR3014011A1 - Panneau sandwich comprenant une structure en nid d'abeille disposant de renforts sur les bords de cette structure

Info

Publication number: FR3014011A1
Application number: FR1362017A
Authority: FR
Inventors: Boulicaut Loic Le; Bertrand Desjoyeaux; Simon Verger; Carole Jullien; Patrick Tetterel
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-05
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: FR3014011B1; WO2015082843A1

Abstract

Panneau sandwich comprenant au moins une âme réalisée dans une structure en nid d'abeille (2), recevant de chaque côté une peau en matériaux composites (6, 14), ce panneau disposant de parties latérales compactes sur le côté de cette structure longeant ses bords, caractérisé en ce que la structure reçoit un renfort (10) disposé sur sa surface arrière le long des bords de découpe.

Description

La présente invention concerne un panneau sandwich en matériaux composites comprenant une structure en nid d'abeille, ainsi qu'une nacelle de turboréacteur comportant un tel panneau. Un type de panneau en matériaux composites connu, comporte une structure sandwich disposant d'une âme centrale comprenant une épaisseur constante ou variable, recouverte par deux peaux extérieures qui sont collées dessus. Ce type de panneau permet de réaliser des pièces pouvant comporter des grandes dimensions et des formes variées, comprenant à la fois une forte rigidité et une masse réduite.

L'âme centrale donnant une distance qui reste stable entre les deux peaux, peut comporter une structure en forme de nid d'abeille réalisée dans un matériau métallique ou une matière plastique. Les peaux réalisées en matériaux composites peuvent comporter différents types de fibres comme des fibres de verre ou de carbone, qui sont imprégnées de résine, en particulier des résines polyester ou époxy. En particulier un type de panneau sandwich connu utilisé pour entourer une source sonore, donnant des bonnes performances acoustiques pour limiter le bruit, comporte une âme centrale en nid d'abeille recouverte du côté de la source sonore par une peau perforée ou poreuse afin d'ouvrir les cellules, et de l'autre côté par une peau fermée. Les cellules ouvertes forment un dispositif du type résonateur de Helmholtz, qui contribue à fortement réduire les émissions acoustiques. Ce type de panneau est utilisé notamment dans les nacelles de turboréacteur, pour réduire les émissions sonores.

La réalisation de ce type de panneau comporte généralement la dépose de la structure centrale sur une première peau, qui peut être précuite ou non, puis la dépose sur cette structure de la deuxième peau, appelée aussi peau arrière. Dans le cas où il faut obtenir autour du nid d'abeille un panneau qui est 30 compact, les deux peaux se rejoignant, une solution connue consiste à contourner avec la peau arrière les bords de ce nid d'abeille pour descendre sur le côté découpé de cette structure et rejoindre la première peau en se serrant sur elle, afin d'obtenir des contours du panneau qui sont minces et compacts. Ces parties compactes permettent notamment d'installer des fixations dessus et de transmettre des efforts. Ensuite la surface complète du sandwich est soumis à une certaine pression afin d'obtenir une adhésion de l'ensemble des peaux et du nid d'abeille entre eux, puis le panneau subit un cycle de cuisson afin de polymériser les résines des matériaux composites. En particulier on peut utiliser classiquement une pression de l'ordre de 2.5 bars, pour assurer cette adhésion.

Un problème qui se pose alors du fait du décalage en hauteur des bords du nid d'abeille, est que ces bords peuvent recevoir localement une pression plus élevée qui tend à écraser cette structure relativement fragile. De plus la dépose des plis formant la peau arrière est délicate au niveau des bords du nid d'abeille, afin d'assurer une bonne adhésion de cette peau qui doit suivre la découpe du nid d'abeille en restant plaqué sur ses côtés, pour assurer une bonne cohésion de l'ensemble. Une solution connue pour éviter cet écrasement comporte la réalisation d'un chanfrein sur le chant du nid d'abeille, comprenant un angle compris entre 30 et 45°, pouvant aller jusqu'à 60°, par rapport à la direction normale au 20 panneau. On facilite ainsi la dépose des plis formant la peau arrière. Une autre solution connue consiste à renforcer les bords de la structure en nid d'abeille, par exemple en remplissant les cellules de ces bords d'une matière rigide, ou en déposant une bande de renfort remplaçant cette structure sur une certaine largeur. 25 Ces différentes solutions intervenant sur les cellules des bords de la structure réduisent la hauteur de ses cellules, ou les remplissent d'un matériau, ou suppriment des cellules des bords, ce qui dans tous les cas diminue la performance acoustique du panneau sandwich. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de 30 la technique antérieure. Elle propose à cet effet un panneau sandwich comprenant au moins une âme réalisée dans une structure en nid d'abeille, recevant de chaque côté une peau en matériaux composites, ce panneau disposant de parties latérales compactes sur le côté de cette structure longeant ses bords, caractérisé en ce que la structure reçoit un renfort disposé sur sa surface arrière le long des bords de découpe.

Un avantage de ce panneau sandwich est que le renfort courant sur le bord de la structure en nid d'abeille constitue un renforcement répartissant la pression qui évite l'écrasement de cette structure lors de la cuisson des matériaux, tout en conservant une découpe des bords de la structure qui permet de maintenir l'intégralité des cellules jusqu'à ce bord, ainsi que les qualités acoustiques du panneau sur toute la surface de cette structure Le panneau sandwich selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le renfort comporte une aile qui vient couvrir le chant 15 de côté de la structure formant les bords découpés. Ce renfort est ainsi plus résistant. Selon un mode de réalisation, l'aile du renfort se prolonge par une partie avant qui vient en appui sur la peau avant. Le renfort vient ainsi renforcer aussi la partie latérale du panneau. 20 En particulier la surface extérieure du renfort peut comporter des angles entre la partie arrière et l'aile, et entre cette aile et la partie inférieure, qui sont aigus. On peut ainsi disposer plus facilement des grands rayons entre les parties de ce renfort, en gardant l'intégrité des cellules. Dans ce cas le chant de découpe latérale de la structure peut être 25 parallèle à la surface extérieure de l'aile du renfort. On augmente ainsi le volume de la structure en nid d'abeille. En complément, le renfort peut comporter des nervures transversales reliant l'aile et sa partie avant ou sa partie arrière. Ces nervures réalisent une rigidification du renfort. 30 En complément, le renfort peut comporter un rebord en appui sur la peau avant, qui revient légèrement en avant de la structure en nid d'abeille.

Selon un mode de réalisation, la peau arrière redescend sur la partie latérale compacte du panneau. Cette peau double ainsi la partie latérale de la peau avant, ce qui la renforce. En variante, la peau arrière peut recouvrir seulement la face arrière de la 5 structure. Dans ce cas la partie arrière du renfort peut comporter du côté tourné vers l'intérieur du panneau, sur sa face supérieure ou inférieure, une pente recevant de manière progressive les plis successifs de la peau arrière qui se superposent, pour obtenir une surface arrière du panneau qui reste 10 sensiblement lisse. Avantageusement, la peau avant comporte des perçages ou une porosité qui ouvre les cellules de la structure en nid d'abeille, ce qui permet d'absorber des bruits L'invention a aussi pour objet une nacelle de turboréacteur comportant 15 des panneaux en matériaux composites, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1 est un schéma présentant en coupe un panneau en matériaux composites selon l'invention ; - la figure 2 présente un panneau en matériaux composites suivant une variante ; - la figure 3 présente un premier procédé de fabrication de ce panneau ; 25 - la figure 4 présente un deuxième procédé de fabrication de ce panneau ; - les figures 5 à 12 présentent des panneaux en matériaux composites suivant des variantes ; - la figure 13 présente un type de raccordement de deux renforts qui se prolongent ; 30 - les figures 14 et 15 présentent des renforts comprenant des équerrages de soutien ; et - la figure 16 présente un panneau en matériaux composites comprenant deux structures en nid d'abeille superposées. La figure 1 présente un panneau en matériaux composites comportant une âme en nid d'abeille 2 collée sur une peau avant 6 comportant des perçages ou une porosité 8 disposés en face des cellules de cette structure en nid d'abeille, pour réaliser une insonorisation d'une source sonore se trouvant de ce côté du panneau. La structure en nid d'abeille 2 reçoit directement sur sa face arrière une bande continue constituant un renfort 10 disposé suivant le bord de cette structure, le long du côté formant le chant 4 qui est découpé sur le côté de cette structure suivant un angle droit dans cet exemple. En variante l'angle de découpe peut être aigu ou obtus. Une peau arrière 14 continue recouvre l'ensemble de la face arrière de la structure en nid d'abeille 2, le renfort 10, le chant de côté de cette structure 4, et la partie latérale de la peau avant 6 dépassant de la structure. Les deux peaux 6, 14 superposées sur cette partie latérale, constituent une zone compacte permettant la fixation du panneau par serrage de cette zone. On conserve ainsi l'intégrité des cellules de la structure en nid d'abeille 2 jusqu'au bord de cette structure ce qui donne des bonnes performances 20 acoustiques, tout en protégeant ce bord par le renfort 10 qui répartit la pression exercée lors de la cuisson afin d'éviter de l'écraser. La figure 2 présente en variante un renfort 10 formant une équerre comprenant une aile 12 suivant la géométrie du chant de la structure 4, qui est perpendiculaire dans cet exemple, en descendant jusqu'à la peau avant 6. 25 Le rayon de raccordement extérieur entre la bande arrière continue du renfort 10 et son aile 12, est important pour faciliter le recouvrement par la peau arrière 14 en évitant son décollement du renfort au niveau de cet arrondi. On garde ainsi l'intégrité des cellules de la structure 2 jusqu'à son bord, avec toutefois une largeur un peu plus importante sur le côté de cette structure 30 ne participant pas aux performances acoustiques, correspondant à la largeur de l'aile perpendiculaire 12.

La figure 3 présente un exemple classique de réalisation, comprenant successivement une première étape 20 de réalisation d'un panneau suivant la figure 2, comportant la dépose de plis en matériaux composites destinés à former le renfort 10, sur la face arrière et le chant 4 de la structure en nid d'abeille 2, puis la cuisson 26 de ce renfort. Dans une deuxième étape 22 cet ensemble est déposé sur une peau avant 6 qui est près-cuite au préalable, puis dans une troisième étape 24 les plis formant la peau arrière 14 sont déposés sur cet ensemble, en suivant le relief de cet ensemble, et en venant rejoindre la partie latérale de la peau avant qui dépasse sur le côté de la structure 2. L'ensemble est alors mis sous presse, notamment avec un pressage sous vide, puis il subit une cuisson finale 28 qui va assurer une adhésion complète de l'ensemble des couches. La figure 4 présente en variante une première opération 30 comprenant la dépose de la structure en nid d'abeille 2 sur la peau avant 6 qui est près-cuite, puis la dépose de plis en matériaux composites destinés à former le renfort 10, sur la face arrière et le chant 4 de cette structure. On a ensuite la dépose sur l'ensemble 32 des plis formant la peau arrière 14, et enfin la mise sous presse et la cuisson finale 28.

En complément de ces deux variantes présentées ci-dessus, au lieu de déposer des plis en matériaux composites sur la structure 2 pour réaliser le renfort 10, on peut au préalable mouler ce renfort et le près-cuire, pour ensuite le déposer sur la structure 2. La figure 5 présente en variante le renfort 10 formant un « Z » disposant 25 de deux pliages successifs, couvrant à la fois le bord de la face arrière de la structure 2, le chant de côté 4 et la partie latérale de la peau avant 6. Les plis successifs de la peau arrière 14 couvrant la face arrière de la structure 2, viennent se terminer de manière progressive en recouvrant une pente 40 formée sur la partie arrière du renfort 10 tournée vers l'intérieur du 30 panneau, de manière à obtenir une épaisseur qui reste sensiblement constante sur la surface arrière du panneau. On a ainsi une liaison entre la peau arrière 14 et le renfort 10 qui se fait de manière progressive, avec une surface de collage entre cette peau et ce renfort correspondant à la largeur de la pente 40. En variante le renfort 10 peut être posé au-dessus de la peau 14. Il comporte alors une pente tournée vers la structure 2, qui se superpose avec 5 les plis de la peau arrière 14 se terminant de manière progressive pour obtenir une épaisseur constante. La figure 6 présente en variante le renfort 10 formant un « Z » disposant de deux pliages successifs, couvrant à la fois le bord de la face arrière de la structure 2, le chant de côté 4 et la partie latérale de la peau avant 6. 10 La peau arrière 14 vient dans ce cas recouvrir la face arrière de la structure en nid d'abeille 2, et déborder sur la totalité de la partie arrière du renfort 10 recouvrant cette structure. La figure 7 présente en variante le renfort 10 formant aussi un « Z », disposant de deux angles aigus qui suivent une découpe latérale de la 15 structure 2 comprenant un chant disposé suivant un angle supérieur à 90° par rapport à la direction perpendiculaire au panneau. Cet angle de découpe augmente le volume acoustique des cellules, et permet des rayons de pliage plus grands pour une meilleure qualité de la pièce final sans perte de surface acoustique. 20 Pour ces deux dernières variantes la structure en nid d'abeille 2 remplit entièrement le renfort 10, ce qui assure l'intégrité des cellules de cette structure jusqu'à ce renfort, et procure des bonnes performances acoustiques. De plus la peau arrière 14 ne suit pas les pliages successifs du renfort 10, ce qui facilite sa mise en position. 25 La figure 8 présente un renfort 10 similaire à celui présenté figure 6, recevant dans ces angles des plis complémentaires 50 pouvant être différents entre les rayons du bas et du haut en fonction des besoins, qui d'une part les renforcent, et d'autre part augmentent le rayon de ces angles. On obtient ainsi un renfort 10 plus rigide, et une facilité de mise en place 30 grâce à ses rayons plus importants. La figure 9 présente un renfort 10 similaire à celui présenté figure 6, recevant des plis supplémentaires sur son rebord 60 venant en appui sur la partie latérale de la peau avant 6, afin de lui donner une épaisseur et une résistance élevée. On renforce ainsi la partie latérale du panneau ce qui permet de donner une résistance plus importante à des fixations disposées sur cette partie, 5 comprenant par exemple des vis 62 traversant cette partie. La figure 10 présente un renfort 10 similaire à celui présenté figure 6, comportant un rebord 70 se terminant par une pointe en appui sur la peau avant 6, qui revient légèrement en avant de la structure en nid d'abeille 2. On augmente ainsi la surface de contact entre le renfort 10 et la peau avant 6, 10 ainsi que la cohésion entre la structure 2 et ce renfort. Pour ces figures 5 à 10 on a uniquement le renfort 10 qui vient couvrir la partie latérale de la peau avant 6, et former avec cette peau la partie latérale compacte du panneau. La figure 11 présente un renfort 10 comportant deux angles droits 15 successifs, l'angle venant sur la peau avant 6 ayant une surface intérieure nettement arrondie qui se termine par une pointe courte 72 venant en appui sur cette peau. Les plis de la peau arrière 14 recouvrent la face arrière de la structure 2, le renfort 10, ainsi que l'ensemble de la partie latérale du panneau avant 6 pour former sa partie compacte. 20 Le renfort 10 comporte aussi comme pour la figure 10, une pointe 70 en appui sur la peau avant 6 qui revient légèrement en avant de la structure en nid d'abeille 2. La figure 12 présente en variante le renfort 10 formant un « Z » disposant à l'intérieur d'une forme équivalente à celui de la figure 11, recevant un chant 4 25 découpé à angle droit, avec la pointe 70 en appui sur la peau avant 6. La forme extérieure du renfort 10 est différente, elle comporte deux angles aigus disposant de grands rayons facilitant la dépose des plis pour former la peau arrière 14 couvrant l'ensemble de ce renfort. On a ainsi à la fois une découpe à angle droit des chants 4 de la structure en nid d'abeille 2, ce qui 30 facilite cette découpe, et des rayons importants pour la peau arrière 14. Pour toutes les variantes présentées précédemment le renfort 10 posé au-dessus ou en-dessous de la peau arrière 14, peut comporter une pente tournée respectivement vers la structure 2 ou de l'autre côté, qui se superpose avec les plis de la peau arrière 14 se terminant de manière progressive pour obtenir une épaisseur constante. Les figures 13 et 14 présentent la jonction de deux renforts 10, chacun de 5 ces renforts comportant à son extrémité une pente 80 qui se superpose sur celle de l'autre de manière complémentaire, de façon à obtenir un collage de ces renforts entre eux sans ajouter localement de surépaisseur. La figure 15 présente un renfort 10 similaire à celui présenté figure 7, recevant la peau arrière 14 uniquement sur sa partie arrière, sa partie avant 10 recouvrant entièrement la partie latérale de la peau avant 6 afin de la renforcer. Le renfort 10 présente de plus une succession de nervures transversales 80 formant des bossages tournés vers l'extérieur, reliant sa partie avant et son aile 12, et une succession de nervures transversales 82 formant des bossages tournés vers l'intérieur, reliant son aile et sa partie arrière. 15 On peut en variante disposer seulement des nervures formant les bossages tournés vers l'extérieur 80 ou l'intérieur 82, la profondeur de ces nervures pouvant être différente entre ces deux séries. Les nervures transversales 80, 82 sont formées de manière économique par une déformation de la surface du renfort 10, réalisée lors du moulage de ce 20 renfort. Ces nervures 80, 82 apportent une consolidation des angles du renfort 10, sans ajouter de matière, ce qui lui permet de résister plus facilement à une pression appliquée sur les bords de la structure 2 lors de sa cuisson. Les nervures 80, 82 participent aussi à la résistance du panneau en fonctionnement. 25 D'une manière générale, on peut en variante réaliser les différents types de renfort 10 à partir d'un profilé métallique, en prenant en particulier une bande en alliage léger, qui reçoit des déformations locales pour former les nervures transversales 80, 82. On peut aussi réaliser les différents types de renforts 10 à partir d'un 30 profilé en alliage léger qui est extrudé, d'un matériau composite qui est pultrudé, ou de tout autre procédé d'obtention de pièces en matériaux composites.

La figure 16 présente en variante le renfort 10 formé par l'usinage d'un profilé métallique, comportant des nervures transversales 80 qui sont taillées dans la masse lors de cet usinage. En variante cette forme peut être obtenue par un procédé de moulage de matériaux composites.

La figure 17 présente un panneau comportant de manière symétrique par rapport à un plan horizontal, deux structures en nid d'abeille 2 superposées et collées entre elles, ainsi qu'une peau avant 6 qui est disposée uniquement sur la partie latérale compacte de ce panneau. En variante les structures 2 peuvent être dissymétriques, et on peut ne 10 pas disposer de peau avant 6. Chaque structure en nid d'abeille 2 reçoit un renfort 10 comprenant une partie avant recouvrant la peau avant 6, une partie arrière renforçant le bord de cette structure, ainsi qu'une peau arrière 14 qui couvre uniquement la face arrière de la structure et la partie arrière du renfort, comme présenté figure 7.

15 On obtient ainsi un panneau sandwich disposant d'une structure interne très épaisse, qui est fortement rigide. On peut pour ces différents types de panneau mesurer un indice de performance acoustique, qui dépend en particulier de l'étendue de la structure en nid d'abeille active pour diminuer les bruits. Les variantes donnant les 20 meilleurs résultats sont celles comportant des cellules complètes s'étendant sur la plus grande largeur de ce panneau, avec des rayons raccordant le chant découpé 4 qui sont les plus faibles possible de manière à maintenir l'intégrité des cellules des bords de la structure, et le volume acoustique maximum. D'une manière générale, les panneaux ainsi formés peuvent être plans, 25 courbés, ou de révolution pour former des viroles. Le panneau sandwich peut comporter un seul étage de structure comme présenté dans les figures 1 à 16, ou plusieurs étages comprenant plusieurs sandwiches superposés de tailles et de formes différentes.

Claims

REVENDICATIONS1 - Panneau sandwich comprenant au moins une âme réalisée dans une structure en nid d'abeille (2), recevant de chaque côté une peau en matériaux composites (6, 14), ce panneau disposant de parties latérales compactes sur le côté de cette structure longeant ses bords, caractérisé en ce que la structure reçoit un renfort (10) disposé sur sa surface arrière le long des bords de découpe.
2 - Panneau sandwich selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 renfort (10) comporte une aile (12) qui vient couvrir le chant de côté de la structure (4) formant les bords découpés.
3 - Panneau sandwich selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aile (12) du renfort (10) se prolonge par une partie avant qui vient en appui sur la peau avant (6). 15
4 - Panneau sandwich selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface extérieure du renfort (10) comporte des angles entre la partie arrière et l'aile (12), et entre cette aile et la partie inférieure, qui sont aigus.
5 - Panneau sandwich selon la revendication 4, caractérisé en ce que le chant de découpe latérale (4) de la structure (2), est parallèle à la surface 20 extérieure de l'aile (12) du renfort (10).
6 - Panneau sandwich selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le renfort (10) comporte des nervures transversales (80, 82) reliant l'aile (12) et sa partie avant ou sa partie arrière.
7 - Panneau sandwich selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, 25 caractérisé en ce que le renfort (10) comporte un rebord (70) en appui sur la peau avant (6), qui revient légèrement en avant de la structure en nid d'abeille (2).
8 - Panneau sandwich selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la peau arrière (14) redescend sur la partie 30 latérale compacte du panneau.
9 - Panneau sandwich selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la peau arrière (14) recouvre seulement la face arrière de la structure (2).
10 - Panneau sandwich selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie arrière du renfort (10) comporte du côté tourné vers l'intérieur du panneau, sur sa face supérieure ou inférieure, une pente (40) recevant de manière progressive les plis successifs de la peau arrière (14) qui se superposent, pour obtenir une surface arrière du panneau qui reste sensiblement lisse.
11 - Panneau sandwich selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la peau avant (6) comporte des perçages (8) ou une porosité qui ouvre les cellules de la structure en nid d'abeille (2).
12 - Nacelle de turboréacteur comportant des panneaux en matériaux composites, caractérisé en ce que ces panneaux sont réalisés selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes. 20