FR3096063A1 - Elément de construction en matériau composite - Google Patents

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Abstract

Titre. L’invention concerne un élément de construction en matériau composite destiné la fabrication d’un aéronef, comprenant un châssis caissonné (C) dont au moins un côté est apte à être recouvert d’une peau (P). Le châssis caissonné (C) est constitué d’un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, il présente une structure venant de l’assemblage par enchâssement de planches longitudinales (2, 3) et transversales, (1) disposées sur chant et se croisant, le croisement de deux planches (1, 2, 3) étant obtenu par la présence de formes complémentaires aptes à permettre l’engagement au moins partiel d’une planche dans une autre; lesdites planches (1, 2, 3) étant constituées chacune d’une structure en treillis obtenue par bobinage de fibres imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de faire cheminer les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds. Figure pour l’abrégé : Fig.3

Description

Elément de construction en matériau composite
La présente invention a pour objet un élément de construction en matériau composite destiné à la fabrication d’une paroi, utilisable, préférentiellement mais non limitativement, dans la construction d’un aéronef, que ce soit en tant que paroi de séparation, porte ou trappe de sortie du cockpit pour le personnel technique navigant.
Dans le domaine particulier de la construction d’un aéronef, une paroi, notamment une porte, doit répondre à plusieurs critères, et notamment celui d’être d’une grande résistante à la pression.
En ce qui concerne plus particulièrement une porte, elle doit permettre de loger une partie du mécanisme de son rattachement au fuselage de l’aéronef, et de préférence elle ne doit pas être trop lourde, pour simplifier et alléger ledit mécanisme de rattachement.
C’est ainsi que les portes d’aéronef comportent essentiellement deux parties à savoir un châssis caissonné recouvert d’un côté d’une peau formant la paroi extérieure. Le châssis caissonné offre une grande rigidité sans être trop lourd, et ses vides permettent de loger au moins une partie du mécanisme de rattachement et de fermeture.
Ces portes sont toutefois réalisées principalement en métal, de l’aluminium, en sorte que le gain de poids est limité. Il pourrait être tenté de les fabriquer en matériau composite, encore faut-il qu’elles soient suffisamment résistantes.
On sait déjà faire des pièces en matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, où les fibres sont bobinées entre des éléments de renvoi pour être tendues, et ainsi assurer une résistance à la traction et la compression.
Toutefois, cette technique, qui est éprouvée pour la fabrication d’objets en deux dimensions, n’est pas adaptée à la fabrication d’un objet en trois dimensions telle qu’une paroi caissonnée, si ce n’est de manière artisanale, avec l’inconvénient d’être non rentable économiquement.
Actuellement, la fabrication industrielle d’une paroi en matériau composite, présentant des qualités de résistance et de légèreté n’est pas possible.
Par ailleurs, il n’est pas possible actuellement de réaliser, autrement qu’artisanalement, une paroi en matériau composite présentant une partie, ou plusieurs, faisant saillie du plan de ladite paroi dans un but de former une pièce de fixation ou de liaison par exemple, et qui soit issue du même bobinage que le reste de la pièce.
La présente invention a pour but de remédier à cette carence, en proposant un élément de construction en matériau composite destiné non limitativement à la fabrication d’une partie d’un aéronef, telle qu’une paroi ou une porte.
L’élément de construction en matériau composite selon l’invention, comprend un châssis caissonné dont au moins un côté est apte à être recouvert d’une peau, et il se caractérise en ce que :
- ledit châssis caissonné est constitué d’un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres,
- ledit châssis présente une structure venant de l’assemblage par enchâssement de planches longitudinales et transversales, disposées sur chant et se croisant, le croisement de deux planches étant obtenu par la présence de formes complémentaires aptes à permettre l’engagement au moins partiel d’une planche dans une autre ; et
- lesdites planches sont constituées chacune d’une structure en treillis obtenue par bobinage de fibres imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de faire cheminer les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds.
L’assemblage des structures treillis en deux dimensions des planches, permet de concevoir une structure treillis en trois dimensions qui est maintenue par la matrice thermoplastique ou thermodurcissable, laquelle consiste en une résine, polymérisée dans un moule.
Selon une caractéristique additionnelle de l’élément de construction selon l’invention, le croisement de deux planches est obtenu par l’introduction d’une planche dans une ouverture en forme de fente que comporte l’autre planche.
Selon une caractéristique additionnelle de l’élément de construction selon l’invention, la fente est disposée transversalement, c’est-à-dire perpendiculairement au chant par lequel repose la planche.
Même s’il est parfaitement possible de créer dans les planches des entailles pour réaliser des assemblages de type à mi-bois, le croisement par introduction dans une fente est préféré car il permet de conserver aux planches des bords longitudinaux continus.
Selon une autre caractéristique additionnelle l’élément de construction selon l’invention, la structure treillis de certaines planches comporte au moins une partie qui s’étend extérieurement d’un bord rectiligne, tout en restant dans le plan de la planche.
Selon une autre caractéristique additionnelle l’élément de construction selon l’invention, la peau comprend une structure treillis obtenue par bobinage de fibres imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de faire cheminer les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds, ladite structure treillis de la peau comportant des parties aptes à interagir avec les structures treillis des planches dans un but de solidarisation.
Les parties aptes à interagir avec les structures treillis des planches peuvent consister en des moyens de retenue, de moyens d’accrochage ou de crochetage.
Les avantages et les caractéristiques de l’élément de construction selon l’invention selon l’invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif.
Dans le dessin annexé :
[Fig.1a] [Fig.1b] [Fig.1c] représentent des vues schématiques en plan de composants d’un élément de construction selon l’invention.
représente une vue schématique, en perspective et en éclaté du même élément de construction au cours de sa fabrication.
représente une vue schématique et en perspective du même élément de construction lors d’une étape suivante de sa fabrication.
représente une vue schématique et en perspective du même élément de construction.
Les figures 1a, 1b et 1c représentent des planches, respectivement 1, 2 et 3, constituées chacune d’une structure en treillis obtenue par bobinage de fibres, imprégnées ou non de résine. Ces planches 1, 2 et 3 sont destinées à la fabrication d’un élément de construction selon l’invention, particulièrement réservé à la fabrication d’une porte d’aéronef.
La planche 1 présente une structure treillis 10 constituée du cheminement de fibres s’enroulant et se croisant autour de plots, pour former outre des bras longitudinaux 11 et transversaux 12, des entretoises obliques 13.
La planche 2 présente également une structure treillis 20 constituée du cheminement de fibres s’enroulant et se croisant pour former outre des bras longitudinaux 21 et transversaux 22, des entretoises obliques 23.
Les bras transversaux 22 sont associés par paires 24, dans chacun desquelles ils sont parallèles et faiblement espacés pour ménager une fente 25, la longueur de ces fentes 25 étant inférieure à la largeur d’une planche 1.
La planche 3 est similaire à la planche 2, à savoir qu’elle comporte une structure treillis 30 composée de bras longitudinaux 31, des bras transversaux 32 disposés par paires 34 pour ménager des fentes 35, et des entretoises obliques 33.
La planche 3 diffère de la planche 2 en ce que sa structure treillis 30 comporte en plus, faisant saillie d’un bord longitudinal, une extension 36 en forme de col de cygne, destinée à constituer une partie des moyens de rattachement de la porte d’aéronef au fuselage de ce dernier.
On notera que les fentes 25 et 35 peuvent ne pas être perpendiculaires aux bords longitudinaux, respectivement 21 et 31, mais obliques.
En référence maintenant à la figure 2, on peut voir que l’une des étapes de fabrication de l’élément de construction selon l’invention, consiste à disposer des planches 2 et 3 côte-à-côte, dressées parallèlement en reposant sur chant, et plus exactement sur un bord longitudinal, respectivement 21 et 31, en respectant l’alignement des fentes 25 et 35, tandis que des planches 1 sont disposées perpendiculairement aux planches 2 et 3, dressées également sur chant, et plus exactement sur un bord longitudinal 11, chacun dans le prolongement d’un alignement de fentes 25 et 35.
En référence à la figure 3, on peut voir que les planches 1 ont été poussées dans les fentes 25 et 35, en sorte d’obtenir une structure en trois dimensions.
La figure 4 représente l’élément de construction, à savoir une porte, après enduction de résine R et polymérisation de celle-ci dans un moule.
Les planches 1, 2 et 3 qui consistent en des structures treillis en deux dimensions, de fabrication automatisée et donc d’une grande régularité de forme et dimensions, ainsi que d’une grande résistance, sont ainsi assemblées et solidarisées entre-elles pour former une structure en trois dimensions, et plus particulièrement un châssis caissonné C, qui présente une grande rigidité et résistance, tout en étant léger.
On notera que sur les figures 2, 3 et 4, il a été représenté une peau P, disposée sur une face de la structure en trois dimensions, ou bien sur laquelle sont dressées les planches 2 et 3.
Cette peau P peut être solidarisée au châssis caissonné C à tout moment de la fabrication, voire intégrée à l’opération de polymérisation de la résine R.
La peau P peut se présenter sous différentes formes. Elle peut être constituée d’une structure treillis analogue à celles dont sont faites les planches 1, 2 et 3.
Sa solidarisation au châssis caissonné C peut être réalisée de différentes manières que ce soit au travers de moyens classiques de fixation, ou bien par engagements réciproques de parties des structures treillis des planches 1, 2 et 3, et de la structure treillis de la peau P, avant moulage et polymérisation.
En ce qui concerne les extensions 36 en forme de col de cygne, on peut noter, comme cela est visible sur la figure 3, que les planches 3 sont utilisées par paires 37 en étant faiblement espacées et, sur la figure 4, que l’espace 38 délimité par les deux planches 3 d’une paire 37 est entièrement comblé par de la résine R, en sorte chaque paire 37 forme un bras destiné à la fixation de la porte obtenue, et qui comporte à cet effet à son extrémité un palier 39.
L’élément de construction selon l’invention peut être destiné à plusieurs usages. Il peut ainsi permettre la construction d’une trappe ou d’une porte d’aéronef.
Il peut également servir à la construction d’une paroi interne dans un aéronef, et en particulier la cloison de fin de pressurisation disposée l’arrière de l’aéronef.
Il est à noter que toute la description a été faite en prenant en exemple, par simplification, un élément de construction plan, alors qui peut très bien présenter des formes courbes, dans ce cas ce sont principalement des bords longitudinaux 11, 21 et 31 qui peuvent présenter une certaine courbure.

Claims (8)

  1. Elément de construction en matériau composite, comprenant un châssis caissonné (C) dont au moins un côté est apte à être recouvert d’une peau (P), caractérisé en ce que :
    - ledit châssis caissonné (C) est constitué d’un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres,
    - ledit châssis caissonné (C) présente une structure venant de l’assemblage par enchâssement de planches longitudinales (2, 3) et transversales, (1) disposées sur chant et se croisant, le croisement de deux planches (1, 2, 3) étant obtenu par la présence de formes complémentaires aptes à permettre l’engagement au moins partiel d’une planche dans une autre ; et
    - lesdites planches (1, 2, 3) sont constituées chacune d’une structure en treillis (10, 20, 30) obtenue par bobinage de fibres imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de faire cheminer les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds.
  2. Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le croisement de deux planches (1, 2, 3) est obtenu par l’introduction d’une planche (1) dans une ouverture en forme de fente (25, 35) que comporte l’autre planche. (2, 3).
  3. Elément de construction selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fente (25, 35) est disposée transversalement, c’est-à-dire perpendiculairement au chant par lequel repose la planche (2, 3).
  4. Elément de construction selon l’une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la structure treillis (30) de certaines planches (3) comporte au moins une partie (36) qui s’étend extérieurement d’un bord rectiligne (31), tout en restant dans le plan de la planche (3).
  5. Elément de construction selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie (36) qui s’étend extérieurement d’un bord rectiligne (31) présente une forme en col de cygne.
  6. Elément de construction selon l’une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que la peau (P) comprend une structure treillis obtenue par bobinage de fibres imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de faire cheminer les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds, et en ce qu’elle comporte des parties aptes à interagir avec les structures treillis (10, 20, 30) des planches (1, 2, 3) dans un but de solidarisation.
  7. Porte d’aéronef caractérisée en ce qu’elle est fabriquée à partir d’un élément de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Paroi d’aéronef caractérisée en ce qu’elle est fabriquée à partir d’un élément de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
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