FR3137367A1 - Structure en treillis renforcée et aéronef comprenant au moins une telle structure - Google Patents

Structure en treillis renforcée et aéronef comprenant au moins une telle structure Download PDF

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Lionel Czapla
Kotaro FUKASAKU
Emmanuel VARDELLE
Rémi AMARGIER
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Airbus Operations SAS
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Airbus Operations SAS
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Abstract

Structure en treillis renforcée et aéronef comprenant au moins une telle structure L'invention a pour objet une structure comprenant au moins un nœud (42) qui comporte des première et deuxième platines (54, 56) plaquées contre deux faces opposées d’un premier renfort (40) et auxquelles sont reliés des renforts amont et aval (44, 46) positionnés de part et d’autre du premier renfort (40) ainsi qu’un système de liaison (52) reliant les première et deuxième platines (54, 56) comportant : au moins un bossage (58) en saillie par rapport à une surface (F56) d’une des platines (56) plaquée contre le premier renfort (40),pour chaque bossage (58), un logement (60) en creux par rapport à une surface (F54) de l’autre platine (54) plaquée contre le premier renfort (40), configuré pour loger le bossage (58), etau moins un élément de fixation (64), traversant le premier renfort (40), reliant les première et deuxième platines (54, 56) et espacé du bossage (58). L’invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins une telle structure. Figure 5

Description

Structure en treillis renforcée et aéronef comprenant au moins une telle structure
La présente demande se rapporte à une structure en treillis renforcée ainsi qu’à un aéronef comprenant au moins une telle structure.
Selon un mode de réalisation visible sur la , un aéronef 10 comprend un fuselage 12, des ailes 14 reliées au fuselage 12 ainsi que des ensembles de propulsion 16 reliés aux ailes 14 par des structures 18 (visibles sur la ) assurant chacune la transmission des efforts (notamment des efforts de poussée) entre un ensemble de propulsion 16 et une aile 14.
Selon une configuration visible sur la , la structure 18 est une structure en treillis qui comprend des cadres 20, des renforts cylindriques 22, 22’ ainsi que des nœuds 24 répartis sur les cadres 20 et au niveau de chacun desquels plusieurs renforts cylindriques 22, 22’, positionnés de part et d’autre d’un cadre 20, convergent et sont reliés entre eux et au cadre 20.
Selon un mode de réalisation visible sur la , au niveau de chaque nœud 24, le cadre 20 présente une première face F20 orientée vers au moins un renfort cylindrique amont 22 et une deuxième face F20’ orientée vers au moins un renfort cylindrique aval 22’. Le nœud 24 comprend, en amont, un corps cylindrique 26 qui s’étend entre des première et deuxième faces transversales F26, F26’ ainsi que deux renforts cylindriques amont 22 formant un V dont la pointe est solidaire du corps cylindrique 26. En fonctionnement, la première face transversale F26 est plaquée contre la première face F20 du cadre 20. Le nœud 24 comprend également, en aval, une platine 28 présentant une face de contact F28 plaquée contre la deuxième face F20’ du cadre 20 ainsi que deux renforts cylindriques aval 22’ formant un V dont la pointe est solidaire de la platine 28.
La platine 28 comprend un bossage 30 cylindrique en saillie par rapport à la face de contact F28 ainsi qu’un trou taraudé 32, traversant le bossage 30 et la platine 28, sensiblement coaxial au bossage 30. En complément, le corps cylindrique 26 comprend un trou traversant 34, débouchant au niveau des première et deuxième faces transversales F26, F26’, qui présente une embouchure élargie au niveau de la première face transversale F26 pour loger une partie du bossage 30.
Au droit de chaque nœud 24, le cadre 20 présente un orifice traversant 36 dont le diamètre est ajusté à celui du bossage 30. Enfin, chaque nœud 24 comprend une vis 38 qui présente une tête 38.1 en appui contre la deuxième face transversale F26’ du corps cylindrique 26 ainsi qu’une tige filetée 38.2 logée dans le trou traversant 34 et visée dans le trou taraudé 32.
En cas de rupture de la vis 38 en raison par exemple de sollicitations trop importantes, le nœud 24 est détruit et les liaisons entre les renforts cylindriques amont et aval 22, 22’ et le cadre 20 sont rompues. Par conséquent, tous les autres éléments de la structure 18 sont surdimensionnés pour absorber les efforts supplémentaires engendrés par la perte du nœud 24.
Ce mode de réalisation des nœuds 24 conduit à une masse élevée du fait de l’augmentation du diamètre ou de l’épaisseur des renforts cylindrique utilisés pour réaliser la structure 18.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention a pour objet une structure comprenant au moins un premier renfort présentant des première et deuxième faces opposées, au moins un nœud positionné sur le premier renfort, au moins un renfort amont ainsi qu’au moins un renfort aval positionnés de part et d’autre du premier renfort et convergeant vers le nœud, le nœud comportant :
  1. une première platine, présentant une première surface plaquée contre la première face du premier renfort, à laquelle est relié le renfort amont,
  2. une deuxième platine, présentant une première surface plaquée contre la deuxième face du premier renfort, à laquelle est relié le renfort aval,
  3. un système de liaison comportant :
    1. au moins un bossage en saillie par rapport à la première surface d’un premier élément parmi la première ou deuxième platine,
    2. pour chaque bossage, un logement en creux par rapport à la première surface d’un deuxième élément, différent du premier élément, parmi la première ou deuxième platine, ledit logement étant configuré pour loger le bossage,
    3. un orifice traversant le premier renfort pour chaque bossage,
    4. au moins un élément de fixation traversant le premier renfort et reliant les première et deuxième platines.
Selon l’invention, chaque élément de fixation est espacé du bossage.
Compte tenu de cet agencement, à section transversale équivalente, le bossage présente un diamètre inférieur à celui d’un bossage de l’art antérieur dans la mesure où il n’est pas traversé par un trou taraudé. Ainsi, les autres éléments du nœud, notamment les première et deuxième platines, présentent des dimensions inférieures à celles des nœuds de l’art antérieur, ce qui se traduit par, à résistance mécanique équivalente, une structure plus légère et moins coûteuse par rapport à une structure de l’art antérieur.
Selon une autre caractéristique, le système de liaison comprend plusieurs éléments de fixation régulièrement répartis autour du bossage.
Selon une autre caractéristique, les première et deuxième platines comprennent des premier et deuxième contours identiques.
Selon une autre caractéristique, les premier et deuxième contours des première et deuxième platines présentent une excroissance pour chaque élément de fixation.
Selon une autre caractéristique, le bossage et le logement présentent des sections ajustées de sorte que les première et deuxième platines soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan parallèle à la première ou deuxième face du premier renfort.
Selon une autre caractéristique, le premier renfort, le bossage et le logement sont configurés de sorte que le bossage comprenne un tronçon positionné dans le logement présentant une longueur supérieure à 0,25 fois le diamètre du bossage.
Selon une autre caractéristique, chaque élément de fixation présente une tige traversant au moins le premier renfort et orientée perpendiculairement à la première ou deuxième face du premier renfort.
Selon une autre caractéristique, la tige est configurée pour assurer une reprise optimale des efforts en traction. En complément, la tige et au moins un trou traversant lisse la logeant sont dimensionnés de manière à ce qu’il subsiste un jeu entre la tige et le trou traversant lisse.
Selon une autre caractéristique, le bossage présente des sections constantes dans des plans parallèles à la première ou deuxième face du premier renfort.
L’invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins un ensemble de propulsion, au moins un support ainsi qu’une structure selon l’une des caractéristiques précédentes reliant l’ensemble de propulsion et le support.
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 :
est une vue latérale d’un aéronef illustrant un mode de réalisation,
est une vue en perspective d’une structure en treillis illustrant un mode de réalisation,
est une coupe d’un nœud d’une structure en treillis illustrant un mode de réalisation de l’art antérieur,
est une vue en perspective d’un nœud d’une structure en treillis illustrant un mode de réalisation de l’invention,
est une coupe d’un nœud d’une structure en treillis illustrant un mode de réalisation de l’invention,
est une vue en perspective d’une partie d’un nœud d’une structure en treillis illustrant un premier mode de réalisation de l’invention, et
est une vue en perspective d’une partie d’un nœud d’une structure en treillis illustrant un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Un aéronef comprend au moins un ensemble de propulsion, au moins un support, comme la structure d’une aile par exemple, ainsi qu’une structure reliant l’ensemble de propulsion et le support. Cette structure est une structure en treillis et comporte au moins un premier renfort 40, au moins un nœud 42 positionné sur le premier renfort 40, au moins un renfort amont 44 ainsi qu’au moins un renfort aval 44 qui convergent vers le nœud 42.
Selon un mode de réalisation visible sur les figures 4 et 5, un nœud 42 comprend une portion d’un premier renfort 40 présentant des première et deuxième faces F40, F40’ opposées, une partie amont 48 positionnée contre la première face F40 du premier renfort 40 et comportant un tronçon d’extrémité d’au moins un renfort amont 44, une partie aval 50 positionnée contre la deuxième face F40’ du premier renfort 40 et comportant un tronçon d’extrémité d’au moins un renfort aval 46 ainsi qu’un système de liaison 52 traversant le premier renfort 40 et reliant les parties amont et aval 48, 50.
Selon une configuration, le premier renfort 40 est un cadre de la structure. Selon cette configuration, la portion du premier renfort 40 correspond à une paroi présentant une faible épaisseur (dimension entre les première et deuxième faces F40, F40’). Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette configuration.
Selon un agencement, les première et deuxième faces F40, F40’ du premier renfort 40 sont sensiblement planes et parallèles entre elles.
Pour la suite de la description, un plan transversal est un plan sensiblement parallèle à la première ou deuxième face F40, F40’ du premier renfort 40. Une direction longitudinale est une direction perpendiculaire à un plan transversal. Un plan médian est parallèle à un plan transversal et situé à équidistance des première et deuxième faces F40, F40’ du premier renfort 40. Dans le cas d’une structure d’un aéronef reliant un ensemble de propulsion à l’aéronef, la direction longitudinale est sensiblement parallèle à l’’axe de rotation du moteur de l’ensemble de propulsion ou à la poussée générée par l’ensemble de propulsion. Les termes « amont » et « aval » font référence au sens d’écoulement du flux d’air à l’extérieur de l’aéronef, qui va de l’amont vers l’aval.
La partie amont 48 comprend une première platine 54 présentant une première surface F54 plaquée contre la première face F40 du premier renfort 40 ainsi qu’une deuxième surface F54’ opposée à la première surface F54, le tronçon d’extrémité de chaque renfort amont 44 étant relié à la première platine 54 au niveau de la deuxième surface F54’. La première platine 54 présente un premier contour C54 reliant les première et deuxième surfaces F54, F54’. La première surface F54 n’est pas obligatoirement plane. Elle est conformée comme la première face F40 du premier renfort 40 au niveau du nœud 42 de sorte que quasiment toute la superficie de la première surface F54 soit en contact avec la première face F40 du premier renfort 40.
Selon une configuration, la partie amont 48 comprend un tronçon d’extrémité d’un seul renfort amont 44, comme illustré sur les figures 4 et 5. Selon une autre configuration, la partie amont 48 comprend des tronçons d’extrémité de deux renforts amont 44 formant un V dont la pointe est reliée à la première platine 54.
La partie aval 50 comprend une deuxième platine 56 présentant une première surface F56 plaquée contre la deuxième face F40’ du premier renfort 40 ainsi qu’une deuxième surface F56’ opposée à la première surface F56, le tronçon d’extrémité de chaque renfort aval 46 étant relié à la deuxième platine 56 au niveau de la deuxième surface F56’. La deuxième platine 56 présente un deuxième contour C56 reliant les première et deuxième surfaces F56, F56’. La première surface F56 n’est pas obligatoirement plane. Elle est conformée comme la deuxième face F40’ du premier renfort 40 au niveau du nœud 42 de sorte que quasiment toute la superficie de la première surface F56 soit en contact avec la deuxième face F40’ du premier renfort 40.
Selon une configuration, la partie aval 50 comprend un tronçon d’extrémité d’un seul renfort aval 46. Selon une autre configuration visible sur les figures 4 à 7, la partie aval 50 comprend des tronçons d’extrémité de deux renforts aval 46 formant un V dont la pointe est reliée à la deuxième platine 56.
Selon un mode de réalisation, les renforts amont et/ou aval 44, 46 sont des renforts tubulaires. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation pour les renforts amont et/ou aval 44, 46. Ces derniers peuvent être pleins ou creux et présenter différentes sections rondes, en croix, en L ou autres.
Selon une configuration, les première et deuxième platines 54, 56 sont sensiblement symétriques par rapport au plan médian.
Les premier et deuxième contours C54, C56 des première et deuxième platines 54 et 56 sont sensiblement identiques. Selon un premier mode de réalisation visible sur les figures 4 et 6, les premier et deuxième contours C54, C56 décrivent approximativement un carré avec des angles arrondis. Selon un deuxième mode de réalisation visible sur la , les premier et deuxième contours C54, C56 décrivent approximativement un triangle avec des angles arrondis. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces géométries pour les premier et deuxième contours C54, C56.
Le système de liaison 52 comprend au moins un bossage 58 en saillie par rapport à la première surface F54, F56 d’un premier élément parmi la première ou deuxième platine 54, 56, un logement 60 pour chaque bossage 58 en creux par rapport à la première surface F54, F56 d’un deuxième élément, différent du premier élément, parmi la première ou deuxième platine 54, 56 et configuré pour loger le bossage 58 ainsi qu’un orifice 62 traversant le premier renfort 40 pour chaque bossage 58 afin de lui permettre de traverser le premier renfort 40.
Selon un agencement visible sur la , le bossage 58 est solidaire de la partie aval 50 et le logement 60 est prévu au niveau de la partie amont 48.
Le bossage 58 et le logement 60 ont des sections ajustées de sorte que les première et deuxième platines 54, 46 soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan parallèle au plan médian ou à la première ou deuxième face F40, F40’ du premier renfort 40.
Selon un mode de réalisation, le bossage 58 présente une section transversale (parallèle au plan médian) sensiblement circulaire. En complément, le logement 60 présente une section transversale également circulaire ayant un diamètre sensiblement égal à celui du bossage 58. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette géométrie pour les sections transversales du bossage 58 et du logement 60. Quel que soit le mode de réalisation, le bossage 58 présente des sections constantes dans des plans transversaux (parallèles à la première ou deuxième face F40, F40’ du premier renfort 40).
Selon une configuration, l’orifice 62 traversant le premier renfort 40 présente une section transversale ajustée à celle du bossage 58 de sorte que la partie amont 48 soit immobilisée par rapport au premier renfort 40 dans un plan parallèle au plan médian. Lorsque le bossage 58 présente une section transversale circulaire, l’orifice 62 présente une section également circulaire ayant un diamètre sensiblement égal à celui du bossage 58.
Selon une autre configuration, l’orifice 62 présente une section supérieure à celle du bossage 58 de sorte qu’il subsiste un jeu entre le bossage 58 et l’orifice 62.
Le premier renfort 40, le bossage 58 et le logement 60 sont configurés de sorte que le bossage 58 comprenne un tronçon 58.1 positionné dans le logement 60 ayant une longueur L (dimension prise selon la direction longitudinale) supérieure à 0,25 fois et de préférence à 0,5 fois le diamètre du bossage 58. Cette configuration permet d’assurer une meilleure reprise des efforts transversaux (efforts de cisaillement).
Le système de liaison 52 comprend également au moins un élément de fixation 64 traversant le premier renfort 40 et reliant les première et deuxième platines 54, 56 de manière à les maintenir plaquées contre le premier renfort 40. Selon une caractéristique, chaque élément de fixation 64 est espacé du bossage 58 et n’interfère pas avec ce dernier. Dans la mesure où l’élément de fixation 64 est décalé par rapport au bossage 58, à section transversale équivalente, le bossage 58 présente un diamètre inférieur à celui d’un bossage de l’art antérieur dans la mesure où il n’est pas traversé par un trou taraudé. Ainsi, les autres éléments du nœud 42, notamment les première et deuxième platines 54, 56, présentent des dimensions inférieures à celles des nœuds de l’art antérieur, ce qui se traduit par une structure plus légère et moins coûteuse qu’une structure de l’art antérieur à résistance mécanique équivalente.
Chaque élément de fixation 64 présente une tige 64.1 traversant au moins le premier renfort 40 et orientée parallèlement à la direction longitudinale ou perpendiculairement à la première ou deuxième face F40, F40’ du premier renfort 40.
Le système de liaison 52 comprend plusieurs éléments de fixation 64 régulièrement répartis autour du bossage 58.
Pour chaque élément de fixation 64, le premier renfort 40, les première et deuxième platines 54, 56 comprennent chacun un trou traversant 66 pour loger la tige 64.1 de l’élément de fixation 64.
Selon une première configuration, chaque élément de fixation 64 est un boulon et les trous traversants 66 des première et deuxième platines 54, 56 sont lisses.
Selon une deuxième configuration, chaque élément de fixation 64 est une vis, le trou traversant d’un premier élément parmi la première ou deuxième platine 54, 56 étant lisse, le trou traversant d’un deuxième élément, différent du premier élément, parmi la première ou deuxième platine 54, 56 étant taraudé et configuré pour permettre à la vis de s’y visser.
Quelle que soit la configuration, chaque élément de fixation 64 présente une tige 64.1 configurée pour assurer une reprise optimale des efforts en traction. De plus, la tige 64.1 et au moins un trou traversant lisse la logeant sont dimensionnés de manière à ce qu’il subsiste un jeu entre la tige 64.1 et le trou traversant lisse afin que la tige 64.1 ne reprenne pas des efforts de cisaillement.
Selon un agencement, le système de liaison 52 comprend autant d’éléments de fixation 64 que le nombre d’angles des premier et deuxième contours C54, C56 des première et deuxième platines 54, 56. Comme illustré sur la , le système de liaison 52 comprend quatre éléments de fixation 64 lorsque les premier et deuxième contours C54, 56 décrivent sensiblement un carré. Comme illustré sur la , le système de liaison 52 comprend trois éléments de fixation 64 lorsque les premier et deuxième contours C54, C56 décrivent sensiblement un triangle. Quel que soit le mode de réalisation, les premier et deuxième contours C54, C56 des première et deuxième platines 54, 56 présentent une excroissance pour chaque élément de fixation, comme des sommets dans le cas d’un contour polygonal par exemple.
Quelle que soit la configuration, le serrage des éléments de fixation 64 permet de plaquer les première et deuxième platines 54, 56 contre le premier renfort 40 de part et d’autre de ce dernier. Le nombre et la section des éléments de fixation 64 sont déterminés de manière à ce qu’ils assurent notamment la transmission des efforts selon la direction longitudinale entre les parties amont et aval 48, 50. En cas de rupture ou de perte d’un élément de fixation 64, ce sont les autres éléments de fixation qui compensent. Ainsi, on obtient un système dit « fail-safe ».

Claims (10)

  1. Structure comprenant au moins un premier renfort (40) présentant des première et deuxième faces opposées (F40, F40’), au moins un nœud (42) positionné sur le premier renfort (40), au moins un renfort amont (44) ainsi qu’au moins un renfort aval (46) positionnés de part et d’autre du premier renfort (40) et convergeant vers le nœud (42), le nœud (42) comportant :
    1. une première platine (54) présentant une première surface (F54), plaquée contre la première face (F40) du premier renfort (40), à laquelle est relié le renfort amont (44),
    2. une deuxième platine (56) présentant une première surface (F56), plaquée contre la deuxième face (F40’) du premier renfort (40), à laquelle est relié le renfort aval (46),
    3. un système de liaison (52) comportant :
      1. au moins un bossage (58) en saillie par rapport à la première surface (F54, F56) d’un premier élément parmi la première ou deuxième platine (54, 56),
      2. pour chaque bossage (58), un logement (60) en creux par rapport à la première surface (F54, F56) d’un deuxième élément, différent du premier élément, parmi la première ou deuxième platine (54, 56), ledit logement (60) étant configuré pour loger le bossage (58),
      3. un orifice (62) traversant le premier renfort (40) pour chaque bossage (58),
      4. au moins un élément de fixation (64) traversant le premier renfort (40) et reliant les première et deuxième platines (54, 56),
    caractérisée en ce que chaque élément de fixation (64) est espacé du bossage (58).
  2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de liaison (52) comprend plusieurs éléments de fixation (64) régulièrement répartis autour du bossage (58).
  3. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les première et deuxième platines (54, 56) comprennent des premier et deuxième contours (C54, C56) identiques.
  4. Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les premier et deuxième contours (C54, C56) des première et deuxième platines (54, 56) présentent une excroissance pour chaque élément de fixation (64).
  5. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bossage (58) et le logement (60) présentent des sections ajustées de sorte que les première et deuxième platines (54, 46) soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan parallèle à la première ou deuxième face (F40, F40’) du premier renfort (40).
  6. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier renfort (40), le bossage (58) et le logement (60) sont configurés de sorte que le bossage (58) comprenne un tronçon (58.1) positionné dans le logement (60) présentant une longueur supérieure à 0,25 fois le diamètre du bossage (58).
  7. Structure selon l’une des revendications précédentes revendications, caractérisée en ce que chaque élément de fixation (64) présente une tige (64.1) traversant au moins le premier renfort (40) et orientée perpendiculairement à la première ou deuxième face (F40, F40’) du premier renfort (40).
  8. Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la tige (64.1) est configurée pour assurer une reprise optimale des efforts en traction et en ce que la tige (64.1) et au moins un trou traversant lisse la logeant sont dimensionnés de manière à ce qu’il subsiste un jeu entre la tige (64.1) et le trou traversant lisse.
  9. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bossage (58) présente des sections constantes dans des plans parallèles à la première ou deuxième face (F40, F40’) du premier renfort (40).
  10. Aéronef comprenant au moins un ensemble de propulsion, au moins un support ainsi qu’une structure selon l’une des revendications précédentes reliant l’ensemble de propulsion et le support.
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