FR3134797A1 - Aéronef comprenant au moins un profilé flexible en matériau composite formant au moins un élément parmi un arbre d’accouplement d’une surface mobile et une surface mobile - Google Patents
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Abstract
Aéronef comprenant au moins un profilé flexible en matériau composite formant au moins un élément parmi un arbre d’accouplement d’une surface mobile et une surface mobile L'invention a pour objet un aéronef comprenant au moins une surface mobile (20) reliée à une structure fixe (22) par au moins un système d’articulation (24) qui présente un axe de pivotement (A24), au moins un système d’actionnement configuré pour faire pivoter la surface mobile (20) autour de l’axe de pivotement (A24) ainsi qu’au moins un profilé (32) en matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice de résine, au moins 50% des fibres de renfort du profilé (32) formant avec une direction longitudinale un angle compris entre [-60° et -45°] et entre [+45° et +60°], moins de 40% des fibres de renfort du profilé (32) formant avec la direction longitudinale un angle compris entre [-30° et +30°]. Ce profilé (32) peut former la surface mobile (20) et/ou un arbre d’accouplement (28) reliant la surface mobile (20) et la structure fixe (22) ou la surface mobile (20) et le système d’actionnement. Cet agencement des fibres de renfort confère au profilé une très grande résistance en torsion tout en lui permettant de se déformer en flexion. Figure 5
Description
La présente demande se rapporte à un aéronef comprenant au moins un profilé flexible en matériau composite formant au moins un élément parmi un arbre d’accouplement d’une surface aérodynamique mobile et une surface aérodynamique mobile.
Un aéronef comprend plusieurs surfaces mobiles pour contrôler ses mouvements comme des ailerons prévus au niveau des bords arrière des ailes ou des gouvernes de profondeur et de direction prévues au niveau de l’empennage.
Chaque surface mobile est configurée pour pivoter autour d’un axe de pivotement par rapport à une structure fixe de l’aéronef. A cet effet, la surface mobile est solidaire d’un arbre d’accouplement présentant un axe confondu avec l’axe de pivotement et relié à la structure fixe de l’aéronef par plusieurs articulations.
Compte tenu des déformations des ailes durant le vol, chaque aileron ne peut être relié à la structure fixe de l’aile que par deux articulations. Cette configuration n’est pas adaptée pour les ailerons de grandes dimensions.
Selon un premier mode de réalisation, chaque surface mobile est associée à un dispositif d’actionnement qui comprend un premier actionneur reliant la surface mobile et la structure fixe, configuré pour faire pivoter la surface mobile selon un premier sens, ainsi qu’un deuxième actionneur reliant la surface mobile et la structure fixe, configuré pour faire pivoter la surface selon un deuxième sens opposé au premier sens. Les premier et deuxième actionneurs sont des actionneurs linéaires, comme des vérins par exemple, situés au droit de la surface mobile, entre cette dernière et la structure fixe.
Selon ce premier mode de réalisation, la structure fixe présente une épaisseur importante pour loger les premiers et deuxièmes actionneurs du dispositif d’actionnement, ce qui tend à augmenter la traînée. Selon un autre inconvénient, le dispositif d’actionnement occupe un volume important dans la structure fixe de l’aile, et ce au détriment d’autres éléments comme les réservoirs de carburant.
Selon un deuxième mode de réalisation décrit dans le document EP2234877, l’articulation comprend un arbre d’accouplement dont les mouvements de pivotement sont contrôlés par un dispositif d’actionnement positionné à une extrémité de l’arbre d’accouplement, dans son prolongement.
Ce deuxième mode de réalisation permet de réduire l’encombrement du dispositif d’actionnement au droit de la surface mobile.
Toutefois, il peut difficilement être mis en œuvre lorsque la surface mobile est reliée à une structure fixe qui se déforme, comme une aile d’avion par exemple, à moins de diviser l’arbre d’accouplement en plusieurs segments reliés entre eux par des joints de cardan pour permettre à l’arbre d’accouplement de s’adapter à la courbure de l’aile, ce qui conduirait à complexifier le système d’accouplement entre le dispositif d’actionnement et la surface mobile et à augmenter significativement la masse embarquée de l’aéronef.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention a pour objet un aéronef comprenant au moins une structure fixe, au moins une surface mobile, au moins un système d’articulation reliant la surface mobile et la structure fixe et présentant un axe de pivotement, au moins un système d’actionnement configuré pour faire pivoter la surface mobile autour de l’axe de pivotement selon au moins un premier sens, ainsi qu’au moins un profilé s’étendant selon une direction longitudinale et formant au moins un élément parmi la surface mobile, un arbre d’accouplement reliant la surface mobile et la surface fixe, un arbre d’accouplement reliant le système d’actionnement et la surface mobile.
Selon l’invention, le profilé est en matériau composite et comprend des fibres de renfort noyées dans une matrice de résine, au moins 50% des fibres de renfort du profilé formant avec la direction longitudinale un angle compris entre [-60° et -45°] et entre [+45° et +60°], moins de 40% des fibres de renfort du profilé formant avec la direction longitudinale un angle compris entre [-30° et +30°].
Cet agencement des fibres de renfort confère au profilé une très grande résistance en torsion tout en lui permettant de se déformer en flexion. Ainsi, en fonctionnement, le profilé peut suivre les déformations de la structure fixe à laquelle il est relié.
Selon une autre caractéristique, la résine du profilé présente un module de Young inférieur à 3,5 GPa.
Selon une autre caractéristique, le profilé est un profilé creux.
Selon une autre caractéristique, le profilé présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 40 mm.
Selon une autre caractéristique, le profilé présente une section transversale en forme d’aile et forme au moins une partie de la surface mobile.
Selon une autre caractéristique, le profilé présente une section transversale circulaire et forme un arbre d’accouplement reliant la surface mobile et la surface fixe ou le système d’actionnement et la surface mobile.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels :
Comme illustré sur la , un aéronef 10 comprend un fuselage 12, deux ailes 14 positionnées de part et d’autre du fuselage 12 ainsi qu’un empennage 16 positionné à l’arrière du fuselage 12. Cet empennage 16 comprend un plan vertical 16.1 (également nommé dérive) et deux plans horizontaux 16.2 (également nommés stabilisateurs) positionnés de part et d’autre du plan vertical 16.1.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, une aile 14 comprend une première extrémité 14.1 reliée au fuselage 12, une deuxième extrémité 14.2 opposée à la première extrémité, un bord d’attaque F14 et un bord de fuite F14’ ainsi qu’un plan médian vertical PM14 sensiblement équidistant des bords d’attaque et de fuite F14, F14’. En vol, l’aile 14 peut se déformer dans le plan médian vertical PM14 et suivre un profil courbe, comme illustré en pointillés sur la .
L’aéronef 10 comprend également plusieurs surfaces mobiles 20 positionnées à l’arrière des ailes 14, des plans vertical et horizontal 16.1, 16.2 de l’empennage 16 ou positionnées à l’avant des ailes 14, telles que des becs de bord d’attaque (« slat » en terminologie anglaise).
Comme illustré sur la , chaque surface mobile 20 est reliée à une structure fixe 22 de l’aéronef par au moins un système d’articulation 24 qui présente un axe de pivotement A24. Selon une application, la surface mobile 20 correspond à un aileron d’une aile et la structure fixe 22 correspond à la structure d’une aile. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette application. La surface mobile 20 pourrait être une gouverne de profondeur (« elevator » en terminologie anglaise) ou un gouvernail (« rudder » en terminologie anglaise) et la structure fixe un plan horizontal 16.2 ou un plan vertical 16.1 de l’empennage 16.
Comme illustré sur la , la surface mobile 20 comprend une première extrémité 20.1 orientée vers la première extrémité 14.1 de l’aile 14 ainsi qu’une deuxième extrémité 20.2 orientée vers la deuxième extrémité 14.2 de l’aile 14.
L’aéronef comprend au moins un système d’actionnement 26 configuré pour faire pivoter la surface mobile 20 autour de l’axe de pivotement A24 selon au moins un premier sens.
Selon une première configuration visible sur la , le système d’actionnement 26 comprend un actionneur configuré pour faire pivoter la surface mobile 20 autour de l’axe de pivotement A24 selon un premier sens et selon un deuxième sens opposé au premier sens.
Selon une deuxième configuration visible sur la , le système d’actionnement 26 comprend un premier actionneur configuré pour faire pivoter la surface mobile 20 autour de l’axe de pivotement A24 selon un premier sens ainsi qu’un deuxième actionneur configuré pour faire pivoter la surface mobile 20 autour de l’axe de pivotement A24 selon un deuxième sens opposé au premier sens.
Selon un premier agencement visible sur la , le système d’actionnement 26 est positionné entre les première et deuxième extrémités 20.1, 20.2 de la surface mobile 20.
Selon un deuxième agencement visible sur la , le système d’actionnement 26 est décalé par rapport à la surface mobile 20. Selon un mode de réalisation, le système d’actionnement 26 peut être identique à celui décrit dans le document EP2234877.
Selon un premier mode de réalisation visible sur la , le système d’articulation 24 comprend un arbre d’accouplement 28 solidaire de la surface mobile 20 ainsi que des paliers 30 solidaires de la structure fixe 22, l’arbre d’accouplement 28 et les paliers 30 étant agencés de manière à ce que l’arbre d’accouplement 28 présente un axe confondu avec l’axe de pivotement A24 du système d’articulation 24.
Selon le deuxième agencement visible sur la , l’arbre d’accouplement 28 comprend une extension en saillie par rapport la première ou deuxième extrémité 20.1, 20.2 de la surface mobile 20.
Comme illustré sur les figures 4 et 5, l’arbre d’accouplement 28 est un profilé 32 en matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice de résine.
Par profilé, on entend un élément longiligne qui s’étend selon une direction dite longitudinale.
Ce profilé 32 est creux et présente une section transversale circulaire, des première et deuxième extrémités 32.1, 32.2 ainsi qu’un axe longitudinal A32 reliant les première et deuxième extrémités 32.1, 32.2, confondu avec l’axe de pivotement A24 en fonctionnement. Ce profilé 32 présente dans des plans transversaux, perpendiculaires à l’axe longitudinal A32, des sections constantes.
Selon une particularité, lorsque le profilé 32 n’est pas déformé, au moins 50% des fibres de renfort du profilé 32 forment avec la direction longitudinale (parallèle à l’axe longitudinal A32) un angle compris entre [-60° et -45°] et entre [+45° et +60°] et moins de 40% des fibres de renfort du profilé 32 forment avec la direction longitudinale un angle compris entre [-30° et +30°].
Selon une autre particularité, la résine du profilé 32 présente un module de Young inférieur à 3,5 GPa.
Les fibres de renfort du profilé 32 sont choisies parmi les matériaux suivants : carbone, verre, quartz, aramide, bore ou basalte. Cette liste n’est pas exhaustive, d’autres matériaux pouvant convenir pour les fibres, comme des fibres polymères ou des fibres métalliques par exemple.
Le profilé 32 peut être obtenu à partir de fibres de renfort dans la même matière ou à partir d’un mélange de fibres de renfort de différentes matières.
Ces orientations pour les fibres de renfort permettent d’obtenir un profilé 32 très résistant en torsion mais apte à se déformer en flexion.
Ainsi, comme illustré sur la , en fonctionnement, l’arbre d’accouplement 28 peut suivre les déformations de la structure fixe 22 à laquelle il est relié grâce aux paliers 30. Il est également possible de prévoir un plus grand nombre de paliers 30, ce qui permet une meilleure répartition des efforts transmis entre l’arbre d’accouplement 28 et la structure fixe 22. En raison de ce plus grand nombre de paliers 30, il est possible d’allonger la surface mobile 20 et/ou l’arbre d’accouplement 28 et ainsi de positionner le système d’actionnement 26 dans des zones moins contraintes sur le plan de l’encombrement.
Selon une configuration, le profilé 32 creux présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 40 mm. L’épaisseur du profilé 32 creux dépend des charges à transférer ainsi que de l’optimisation de l’orientation des fibres de renfort.
Selon un deuxième mode de réalisation visible sur les figures 6 et 7, le système d’articulation 24 ne comprend aucun arbre d’accouplement assurant la jonction entre la surface mobile 20 et la structure fixe 22. Selon ce deuxième mode de réalisation, la surface mobile 20 est reliée par des paliers 30 à la structure fixe 22. A cet effet, la structure mobile 20 comprend, au droit de chaque palier 30, une portée permettant à la surface mobile 20 de pivoter par rapport au palier 30.
Selon ce deuxième mode de réalisation, la surface mobile 20 comprend un profilé 32’ creux qui présente des première et deuxième extrémités 32.1’, 32.2’ ainsi qu’un axe longitudinal A32’ reliant les première et deuxième extrémités 32.1’, 32.2’. Ce profilé 32’ creux présente ici, dans des plans transversaux et perpendiculaires à l’axe longitudinal A32, des sections constantes. Les sections du profilé 32’ creux peuvent également varier, c’est-à-dire s’élargir ou rétrécir, par exemple suite à des évolutions homothétiques.
Ce profilé 32’ creux présente une section transversale en forme d’aile et comprend un bord d’attaque 34.1, un bord de fuite 34.1 ainsi que des faces supérieure et inférieure 34.3, 34.4.
Selon une première variante, le profilé 32’ forme toute la surface mobile 20 ou seulement une partie.
Comme pour le profilé 32 de l’arbre d’accouplement 28, au moins 50% des fibres de renfort du profilé 32’ forment avec la direction longitudinale (parallèle à l’axe longitudinal A32’) un angle compris entre [-60° et -45°] et entre [+45° et +60°], moins de 40% des fibres de renfort du profilé 32’ forment avec la direction longitudinale un angle compris entre [-30° et +30°], le module de Young de la résine du profilé 32’ étant inférieur à 3,5 GPa.
Selon les configurations, le profilé 32’ creux présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 40 mm.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Selon une autre configuration, la surface mobile 20 est un profilé 32’ creux relié à la structure fixe 22 par un arbre d’accouplement 28 sous la forme également d’un profilé 32. Cet arbre d’accouplement 28 peut avoir pour fonction de relier la surface mobile 20 à la structure fixe 22 et/ou d’assurer la transmission des mouvements de pivotement entre un système d’actionnement 26 et la surface mobile 20.
Selon une autre configuration, la surface mobile 20 est un profilé 32’ creux relié directement aux paliers 30 solidaires de la structure fixe 22. Selon cette configuration, la surface mobile 20 peut être accouplée au système d’actionnement 26 par un arbre d’accouplement qui peut être ou non un profilé 32 creux.
Selon une autre configuration, la surface mobile 20 n’est pas un profilé 32’ creux. Selon cette configuration, la surface mobile 20 peut être reliée à la structure fixe 22 par un arbre d’accouplement 28 sous la forme d’un profilé 32 creux et/ou être reliée à un système d’actionnement 26 par un arbre d’accouplement sous la forme d’un profilé 32 creux.
Différents modes opératoires peuvent être utilisés pour obtenir les profilés 32, 32’. A titre indicatif, un procédé d’obtention d’un profilé 32, 32’ comprend une étape de mise en place de nappes de fibres de renfort sur un noyau, ces fibres de renfort pouvant être ou non pré-imprégnées de résine, une étape de polymérisation précédée éventuellement d’une étape d’injection de résine, puis une étape de retrait du noyau.
Claims (6)
- Aéronef comprenant au moins une structure fixe (22), au moins une surface mobile (20), au moins un système d’articulation (24) reliant la surface mobile (20) et la structure fixe (22) et présentant un axe de pivotement (A24), au moins un système d’actionnement (26) configuré pour faire pivoter la surface mobile (20) autour de l’axe de pivotement (A24) selon au moins un premier sens, ainsi qu’au moins un profilé (32, 32’) s’étendant selon une direction longitudinale et formant au moins un élément parmi la surface mobile (20), un arbre d’accouplement (28) reliant la surface mobile (20) et la structure fixe (22), un arbre d’accouplement (28) reliant le système d’actionnement (26) et la surface mobile (20), caractérisé en ce que le profilé (32, 32’) est en matériau composite et comprend des fibres de renfort noyées dans une matrice de résine, au moins 50% des fibres de renfort du profilé (32, 32’) formant avec la direction longitudinale un angle compris entre [-60° et -45°] et entre [+45° et +60°], moins de 40% des fibres de renfort du profilé (32, 32’) formant avec la direction longitudinale un angle compris entre [-30° et +30°].
- Aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la résine du profilé (32, 32’) présente un module de Young inférieur à 3,5 GPa.
- Aéronef selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profilé (32, 32’) est un profilé creux.
- Aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le profilé (32, 32’) présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 40 mm.
- Aéronef selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profilé (32’) présente une section transversale en forme d’aile et forme au moins une partie de la surface mobile (20).
- Aéronef selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profilé (32) présente une section transversale circulaire et forme un arbre d’accouplement (28) reliant la surface mobile (20) et la structure fixe (22) ou le système d’actionnement (26) et la surface mobile (20).
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