WO2016038301A1 - Préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole - Google Patents

Préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole Download PDF

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WO2016038301A1
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warp
axis
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Benjamin Provost
Julien LORRILLARD
Bertrand Desjoyeaux
Michel ROGNANT
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Aircelle
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Definitions

  • Curved composite stiffener preform for axisymmetric part such as a ferrule
  • the present invention relates to a preform for curved composite stiffener, a stiffener obtained with such a preform and an axisymmetrical part comprising such a stiffener, a method of manufacturing this preform and a call mandrel adapted to implement said method.
  • an element comprising fibers whose density and orientation are adjusted locally, in order to obtain strength characteristics adapted to the forces applied to this part.
  • a self-stiffened curved skin panel around an axis such as an axisymmetrical shell or an axisymmetric shell sector, comprising at least one at least partially circumferential stiffener giving rigidity to this skin: such a skin can be used in particular in the manufacture of an aircraft engine nacelle.
  • the stiffening function is provided by an element having a constant cross-section substantially in the shape of "T", “ ⁇ ” (Pi) or "1 normal profile” (denoted by the acronym “ IPN "), comprising a core (the vertical part of the T, Pi or ⁇ ) and a sole (the extended base of the section of the T, Pi or ⁇ ).
  • the present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art.
  • the object of the present invention is to provide a curved dry textile preform with a "T", “Pi” or “IPN” shaped section, inexpensive to manufacture and optimized with respect to the stresses to which it is intended to be submitted.
  • a preform for curved composite stiffener for axisymmetric part such as a ferrule, comprising at least one core and at least one sole curved about an axis of revolution of said preform and defining a substantially shaped section T "or" normal profile ", said preform being remarkable in that:
  • the core comprises a plurality of warp threads oriented circumferentially with respect to the axis of revolution of the preform, and a plurality of weft threads oriented radially with respect to said axis
  • the sole comprises a plurality of warp threads oriented circumferentially with respect to the axis of revolution of the preform, and a plurality of weft threads substantially parallel to said axis.
  • An advantage of this woven preform is that in a single operation, easily industrializable and fast, a continuous weaving of the core and the sole of the preform, which are then positioned on a tool to the geometry of the part final including a retaining device in the form of the core of the stiffener such as a tool with a core or counter-shape and bladder, foam shape, etc., then impregnated with a resin, to constitute after cooking a set very homogeneous.
  • the stiffener preform obtained can be directly injected with resin and then integrated into the support to which it must be assembled, which makes it possible to limit the number of handling of the preform, and consequently to optimize the cost and the time of manufacture of the axisymmetric part.
  • the core comprises a zone for bonding layers of warp threads to one another by means of weft threads, and said at least one sole comprises at least one unfolding zone of layers of warp threads.
  • warp threads of the sole of the preform have identical lengths, and the warp threads of the core of the preform have distinct lengths.
  • the invention also relates to:
  • a curved composite stiffener for axisymmetrical part such as a ferrule, comprising at least one preform according to the invention
  • an axisymmetrical part such as a ferrule, reinforced by at least one stiffener according to the invention.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a curved composite stiffener preform for an axisymmetric component such as a ferrule, said preform having at least one core and at least one sole and defining a substantially T-shaped section or of "normal profile", said method being remarkable in that said preform is made by an outline-type weaving process, and in that it comprises the following steps aimed at:
  • the preform is given the desired curvature directly at the output of the loom.
  • This woven preform is that in a single operation which can be easily industrialized and fast, a continuous weaving of the core and the sole of the preform is obtained, which are then positioned on a tool with the geometry of the final piece including the retaining device in the form of the core of the stiffener, such as a tool with core or counter-shape and bladder, foam shape, etc., then impregnated with a resin, to constitute after baking a very homogeneous whole.
  • the stiffener preform obtained can be directly injected with resin and then integrated into the support to which it must be assembled, which makes it possible to limit the number of handling of the preform, and consequently to optimize the cost and the time of manufacture of the axisymmetric part.
  • the invention also relates to a mandrel adapted to implement the manufacturing method according to the invention, remarkable in that it has a non-rectilinear generatrix.
  • the call mandrel according to the invention comprises at least one conical portion and at least one conical or cylindrical portion.
  • FIGS. 1a and 1b illustrate two stiffeners obtained by the manufacturing process of the preform according to the invention, presenting respectively a "T" shaped section and a "normal profile” shaped section;
  • - Figure 2 shows the preform being woven by the manufacturing method according to the invention;
  • FIG. 3 is a detailed view of FIG. 2 which illustrates a preform with a "normal profile" type section during manufacture
  • FIG. 4 shows a section of the preform of Figure 3 at the output of the craft
  • FIG. 5 illustrates a section of the preform of Figure 4, in the unfolded position
  • FIG. 6 shows is a partial isometric view of the preform shown in Figure 5;
  • FIG. 7 shows schematically the stiffener obtained by the preform with a section in the form of "1 normal profile"
  • Figures 8 to 10 are similar to Figures 3, 6 and 7, the illustrated preform having a section in the form of "T", the core of the preform being located inside the sole;
  • FIG. 14 illustrates a manufacturing variant of a preform with a "T" -shaped section, the core of the preform being located outside the soleplate;
  • Figure 15 is a view similar to Figure 14, the core of the preform being located inside the sole;
  • an axisymmetrical part supporting a stiffener is understood to mean any part whose three-dimensional geometrical definition concerned by the stiffener and its integration with the part can be defined by a 2D section contained in a plane, and by an axis contained in this plane. and not intercepts said 2D section, around which the 2D section is rotated to to obtain, in a given angular sector, an axisymmetrical shell sector, or a complete shell in the case where the angular sector has an angle of 360 °.
  • the weaving method according to the invention makes use of a contour-like weaving method known from the prior art, a process consisting in winding the fibrous preform during weaving directly at the output of the loom, on a cylinder called rotary call chuck.
  • the stiffener has a sole 3 comprising two parts 3a, 3b, interconnected by a web 5 of the stiffener 1.
  • the stiffener 1 has substantially a "normal profile" -shaped section, that is to say that the stiffener has two flanges 7, 9, each of the flanges comprising two parts 7a, 7b and 9a. , 9b, interconnected by a soul 5.
  • Figure 2 shows a loom 11 which continuously produces the preform, conforming to a mandrel 13 for the manufacture of a preform with a section of "normal profile 1".
  • the mandrel 13 according to the invention has a first cylindrical portion 15, a second conical portion 17 and a third cylindrical portion 19 , of greater diameter than the first cylindrical portion 15.
  • the mandrel 13 according to the invention has a non-rectilinear generatrix, which may have inflection points.
  • This particular geometry of the call mandrel 13 makes it possible not to consume the warp son in a uniform manner. Indeed, the amount of warp son called on the mandrel is a function of the relevant section of the mandrel call.
  • the first and third portions 15 and 19, cylindrical, have a profile for making the two flanges 7 and 9 of the preform.
  • the second portion 17, conical, has a profile for making the core 5 of the preform according to the desired curvature.
  • the loom continuously supplies directly called warp yarns on mandrel 13 located directly at the exit of loom 11.
  • Weft yarns are inserted between the warp yarns as the warp yarns progress by being called on the mandrel by the contour-shaped weave method, in a weave pattern to define zones of warp. binding and warp layer dewaxing areas, as shown in Fig. 4 to which reference is now made.
  • weft son 23 are inserted between the warp son as and when the call chain yarns on the mandrel, so as to define a binding zone 25 of the warp son layers 21 between them by the weft yarns 23 and two deliage zones 27, 29 of the warp son layers.
  • these bonding and untightening zones 27, 29 are shown in FIG. 3 illustrating the preform being weaved on the mandrel 13.
  • the binding zones 25 constitute, once the preform unfolded, represented in FIG. 5, the core 5 of the preform, whereas the loosening zones 27, 29 respectively form, once the preform has unfolded, the two flanges 7 and 9 of the preform, each comprising the two parts 7a, 7b and 9a, 9b.
  • the preform according to the invention obtained by contour-shaped weave is advantageously curved, directly at the output of the loom, thanks to the call mandrel.
  • the core 5 of the preform comprises a plurality of warp threads 21 circumferentially oriented with respect to an axis of revolution 22 of the preform, and a plurality of weft threads 23 oriented radially with respect to said axis.
  • the flanges 7 and 9 comprise for their part a plurality of warp threads oriented circumferentially with respect to the axis of revolution 22 of the preform, and a plurality of weft threads 23 parallel to said axis of revolution.
  • the dry preform obtained composed of dry carbon fibers, can then be impregnated with a resin, for example by one of the impregnation processes grouped under the name "LCM" (Liquid Composite Molding) known per se.
  • This preform impregnated with resin is then placed in a baking oven in order to polymerize the resin.
  • the polymerization step completes the manufacture of the stiffener 1 according to the invention, shown schematically in FIG. 7.
  • the stiffener obtained comprises a core 5 and two flanges 7 and 9, and is intended to be mounted on a ferrule which can define a nacelle portion for a turbojet engine, and can for this purpose be assembled to a precut bent skin defining the ferrule, by connection. mechanical or by gluing.
  • the dry preform composed of dry carbon fibers can also be assembled to a skin composed of fibers also dry so that the preforms of the skin and the stiffener are impregnated with resin during the same impregnation operation, allowing thus in this case the manufacture of a self-stiffened ferrule.
  • the polymerization step completes the manufacture of the self-stiffened curved skin according to the invention.
  • FIGS. 8 to 10 illustrating a so-called concave "T" -shaped preform, that is, the "T" -shaped stiffener core is disposed at interior of the curved sole, that is to say that the core is radially closer than the sole with respect to the axis of revolution of the preform.
  • a "T" -shaped section stiffener has a core 5 and a sole 3 comprising two parts 3a, 3b.
  • Such a stiffener with a "T" -shaped section may comprise a core 5 inside the concave sole 3, as shown in FIG. 10.
  • the "T” -shaped section stiffener comprising a core 5 Inside the sole 3 illustrated in this figure is obtained by the method of manufacturing the preform section "T” shaped shown in Figures 8 and 9, similar to Figures 3 and 6 showing the preform section in the form of " I to normal profile ".
  • the mandrel 13 now has a first conical portion 31 and a second cylindrical portion 33.
  • the first portion 31, conical has a profile for making the core 5 of the preform according to the desired curvature.
  • the second portion 33 cylindrical, has a profile for making the sole 3 of the preform section substantially shaped "T".
  • the weave pattern of the preform provides for making a stripping zone 35 of the warp son layers, made at the cylindrical portion 33 of the mandrel 13, while a binding zone 37 is performed on the conical portion 31 of the mandrel.
  • FIGS. 11 to 13, to which reference is made now, are analogous to FIGS. 8 to 10, the preform made being this time of the "convex" type, that is to say that the core of the section stiffener in the form of "T” is disposed outside the curved sole, that is to say that the core is radially further than the sole, relative to the axis of revolution of the preform.
  • the mandrel 13 now comprises a first cylindrical portion 39 and a second conical portion 41.
  • the second portion 41 conical, has a profile for making the core 5 of the preform according to the desired curvature.
  • the first portion 39 cylindrical, has a profile for making the sole 3 of the preform section substantially shaped "T".
  • the weave pattern of the preform provides for producing a warp layer 43 of the warp layers, made at the cylindrical portion 39 of the mandrel 13, while a binding zone 45 is performed on the conical portion 41 of the mandrel.
  • the stiffener 1 may have an inclination at the sole.
  • This inclination is obtained thanks to a particular geometry of mandrel 13, having two conical portions 44, 46, and thanks to a core 47 that is positioned during weaving in the waving zone 49 of the warp layers, between the two parts 3a, 3b to form the sole 3.
  • the two conical portions 44 and 46 of the mandrel and the core 47 can create consumption differences at the warp son called on the mandrel. From these consumptions result different lengths of the warp son composing the entire preform and thus generating different curvatures for the different parts of the preform, namely: the first part 3a of the sole, the second part 3b of the sole , and the soul 5.
  • This type of stiffener is particularly adapted to the outer portion of a convex conical surface.
  • the stiffener 1 is particularly suitable for the inner part of a concave conical surface.
  • a mandrel 13 having two conical portions 51, 53 is used, and a core 55 is positioned during weaving 55 in the untied zone 57 of the layers of warp threads, between the two parts 3a, 3b intended to constitute the sole. 3.
  • the weave of the preform illustrated in Figure 4, shows two layers of warp son in the core of the preform, and a layer of warp son in the sole of the preform.
  • This weaving method is a non-limiting example of the weaving envisaged, and several weaving variants are envisaged, represented in FIGS. 16 to 22.
  • the invention is not limited to these binding modes, only given as examples.
  • Figures 17 to 20 illustrate a variant in which a single layer of warp son is provided in the core and in the sole of the preform.
  • the preform has a constant warp yarn density in the web and in the sole.
  • FIG. 18 is an alternative embodiment of the preform shown in FIG. 17, according to which two additional weft threads 63, 65 are introduced at the level of the flanges 7 and 9 in order to achieve additional localized bonding at the meeting point of the folds of the sole, which reinforces the junction between the core 5 and the soles 7, 9.
  • the core 5 has a higher density of warp yarns 21 than in the previous variants.
  • This variant has the particularity of being made from a layer of uniform warp yarns in the comb of the loom.
  • FIG. 20 illustrates an alternative embodiment of the weaving of FIG. 19, in which two additional weft threads 67, 69 are introduced at the level of the soles 7 and 9 in order to achieve additional localized binding at the meeting point of the folds of the soleplate. , which reinforces the junction between the core 5 and the flanges 7, 9.
  • the weaving variants shown in FIGS. 21 and 22 illustrate a woven preform from a plurality of warp layers in the web 5 and in the soles 7 and 9.
  • Fig. 21 four layers 71, 73, 75, 77 of warp yarns 21 are shown. Of course, the number of layers and their method of binding are not limited to the representation of this figure.
  • the "T" -shaped section preform has a particular binding mode making it possible to optimize the management of the forces at the junction zone between the core 5 and the sole 3.
  • the orientation of the fibers of the preform is controlled and optimized.
  • the stiffener obtained is directly adapted to the curvature of the support on which it is assembled, without intermediate operation to give it its specific curvature, which reduces the number of manipulations on the preform.
  • the manufacturing cost of a ferrule equipped with such a stiffener is advantageously reduced compared to the prior art.
  • contour-shaped weaving method is a repeatable and uniform technical solution in terms of fiber orientation, and thus reduces the time and cost of manufacture and increase mechanical performance.

Abstract

La présente invention concerne une préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, comprenant au moins une âme (5) et au moins une semelle (7, 9) courbées autour d'un axe de révolution (22) de ladite préforme et définissant une section sensiblement en forme de « T » ou de « 1 à profil normal ». La préforme selon l'invention est remarquable en ce que : - l'âme (5) comprend une pluralité de fils de chaîne (21) orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution (22) de la préforme, et une pluralité de fils de trame (23) orientés radialement par rapport audit axe, - la semelle (7, 9) comprend une pluralité de fils de chaîne (21) orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution (22) de la préforme, et une pluralité de fils de trame (23) sensiblement parallèles audit axe.

Description

Préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole
La présente invention concerne une préforme pour raidisseur composite courbée, un raidisseur obtenu avec une telle préforme et une pièce axisymétrique comprenant un tel raidisseur, un procédé de fabrication de cette préforme et un mandrin d'appel adapté pour mettre en œuvre ledit procédé.
Pour réaliser des éléments de structure résistants et légers, en particulier pour le domaine aéronautique, il est connu de préparer une préforme sèche en tissu comprenant par exemple des fibres de carbone, qui est imprégnée d'une résine, en particulier par un procédé d'injection appelé « RTM » (Resin Transfer Molding).
On obtient ainsi, après cuisson pour polymériser la résine, un élément comprenant des fibres dont la densité et l'orientation sont ajustées localement, afin d'obtenir des caractéristiques de résistance mécanique adaptées aux efforts appliqués sur cette pièce.
En particulier on peut réaliser au moyen de cette technique un panneau auto-raidi en forme de peau cintrée autour d'un axe tel qu'une virole axisymétrique ou un secteur de virole axisymétrique, comportant au moins un raidisseur au moins partiellement circonférentiel donnant de la rigidité à cette peau : une telle peau peut être utilisée notamment dans la fabrication d'une nacelle de moteur d'aéronef.
Dans certains cas, la fonction de raidissage est assurée par un élément disposant d'une section transversale constante sensiblement en forme de « T », de « Π » (Pi) ou de « 1 à profil normal » (désigné par l'acronyme « IPN »), comprenant une âme (la partie verticale du T, du Pi ou de ΙΊΡΝ) et une semelle (la base étendue de la section du T, du Pi ou de ΙΊΡΝ).
Pour la réalisation de l'ensemble formé par la peau cintrée à raidir et le raidisseur, il est connu de réaliser séparément la peau et le raidisseur qui sont précuits, puis assemblés par une liaison mécanique ou un collage.
Différentes méthodes de fabrication de raidisseurs courbés sont connues de l'art antérieur.
On connaît de l'art antérieur une méthode de drapage de coupons de tissus plats, qui consiste à draper à la forme du raidisseur, courbé, des plis de tissus plats. Cependant cette opération nécessite une main-d'œuvre importante, ce qui entraîne un temps de drapage et des coûts de fabrication importants. De plus il faut de nombreux coupons de tissu, et l'orientation des fibres n'est pas optimisée. Il est aussi connu de draper des coupons de tissu en forme. Ce procédé consiste à déposer sur la semelle du panneau des coupons de tissus fabriqués en forme définissant l'âme. L'avantage de ce procédé est la bonne maîtrise de l'orientation des fibres, mais le panneau obtenu est mécaniquement faible en raison de l'assemblage des différentes préformes qui génèrent des discontinuités dans le renfort fibreux.
On connaît également de la demande internationale WO 2005/082605 un procédé de craquage et d'étirement de la fibre. Ce procédé consiste à réaliser une préforme présentant la section de la géométrie finale puis à craquer la fibre et à étirer certaines parties de cette préforme afin de lui donner une forme courbée. Cependant, ni le procédé de craquage de la fibre, ni le procédé d'étirage de la préforme afin de lui donner sa forme courbe ne peuvent être uniformes sur l'ensemble de la préforme tissée. Egalement, le fait de rompre la continuité de la fibre de carbone affaiblit considérablement les propriétés mécaniques de la pièce fabriquée.
La demande internationale WO 2013/088040 divulgue quant à elle un procédé de tissage 3D par lequel on obtient une préforme tridimensionnelle présentant des zones de déliages localisées, permettant le dépliage de la préforme afin de lui donner sa section en forme de « T », « Pi » ou « IPN »). Ces préformes présentent néanmoins l'inconvénient d'être droites et de ne pas pouvoir se conformer à une courbure.
La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
L'objectif de la présente invention est de constituer une préforme textile sèche courbée à section en forme de « T », de « Pi » ou de « IPN », peu coûteuse à fabriquer et optimisée par rapport aux sollicitations auxquelles elle est destinée à être soumise.
Elle propose à cet effet une préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, comprenant au moins une âme et au moins une semelle courbées autour d'un axe de révolution de ladite préforme et définissant une section sensiblement en forme de « T » ou de « 1 à profil normal », ladite préforme étant remarquable en ce que :
- l'âme comprend une pluralité de fils de chaîne orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution de la préforme, et une pluralité de fils de trame orientés radialement par rapport audit axe, - la semelle comprend une pluralité de fils de chaîne orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution de la préforme, et une pluralité de fils de trame sensiblement parallèles audit axe.
Un avantage de cette préforme tissée est que l'on obtient en une seule opération, facilement industrialisable et rapide, un tissage continu de l'âme et de la semelle de la préforme, qui sont ensuite positionnées sur un outillage à la géométrie de la pièce finale incluant un dispositif de maintien en forme de l'âme du raidisseur tel qu'un outillage à noyau ou à contre-forme et vessie, forme en mousse, etc., puis imprégnées d'une résine, afin de constituer après cuisson un ensemble très homogène.
De la même façon, la préforme de raidisseur obtenue peut être directement injectée de résine puis intégrée au support auquel elle doit être assemblée, ce qui permet de limiter le nombre de manipulation de la préforme, et en conséquence d'optimiser le coût et le temps de fabrication de la pièce axisymétrique.
Selon une caractéristique de la préforme selon l'invention, l'âme comprend une zone de liage de couches de fils de chaîne entre elles grâce à des fils de trame, et ladite au moins une semelle comprend au moins une zone de déliage de couches de fils de chaîne.
Par ailleurs, les fils de chaîne de la semelle de la préforme présentent des longueurs identiques, et les fils de chaîne de l'âme de la préforme présentent des longueurs distinctes.
L'invention concerne également :
- un raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, comprenant au moins une préforme selon l'invention ;
- une pièce axisymétrique telle qu'une virole, renforcée par au moins un raidisseur selon l'invention.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, ladite préforme présentant au moins une âme et au moins une semelle et définissant une section sensiblement en forme de « T » ou de « 1 à profil normal », ledit procédé étant remarquable en ce que ladite préforme est réalisée par un procédé de tissage en forme de type contour, et en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à :
- appeler les fils de chaîne directement en sortie d'un métier à tisser sur un mandrin d'appel présentant au moins une portion conique et au moins une portion conique ou cylindrique ; - insérer des fils de trame de façon à définir au moins une zone de liage et au moins une zone de déliage des couches de fils de chaîne ;
- déplier la préforme obtenue de façon à obtenir ladite âme et ladite au moins une semelle.
Ainsi, en prévoyant d'utiliser un procédé de tissage en forme de type contour pour réaliser une préforme de raidisseur à section « T » ou « IPN », on donne à la préforme la courbure souhaitée directement en sortie du métier à tisser.
De plus, on obtient une préforme présentant une âme et une semelle intimement liées sans avoir à rapporter l'âme sur la semelle, ce qui permet de conférer à la pièce obtenue d'excellentes propriétés mécaniques, supérieures à celles obtenues par les procédés de fabrication connus de l'art antérieur.
Un avantage de cette préforme tissée est que l'on obtient en une seule opération qui peut être facilement industrialisable et rapide, un tissage continu de l'âme et de la semelle de la préforme qui sont ensuite positionnées sur un outillage à la géométrie de la pièce finale incluant le dispositif de maintien en forme de l'âme du raidisseur, tel qu'un outillage à noyau ou à contre-forme et vessie, forme en mousse, etc., puis imprégnées d'une résine, afin de constituer après cuisson un ensemble très homogène.
De la même façon, la préforme de raidisseur obtenue peut être directement injectée de résine puis intégrée au support auquel elle doit être assemblée, ce qui permet de limiter le nombre de manipulation de la préforme, et en conséquence d'optimiser le coût et le temps de fabrication de la pièce axisymétrique.
L'invention concerne également un mandrin d'appel adapté pour mettre en œuvre le procédé de fabrication selon l'invention, remarquable en ce qu'il présente une génératrice non-rectiligne.
De plus, le mandrin d'appel selon l'invention comprend au moins une portion conique et au moins une portion conique ou cylindrique. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci- annexées, dans lesquelles :
- les figures la et lb illustrent deux raidisseurs obtenus par le procédé de fabrication de la préforme selon l'invention, présentant respectivement une section en forme de « T » et en forme de « 1 à profil normal » ; - la figure 2 représente la préforme en cours de tissage par le procédé de fabrication selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue détaillée de la figure 2 qui illustre une préforme à section de type « 1 à profil normal » en cours de fabrication ;
- la figure 4 représente une section de la préforme de la figure 3 en sortie de métier ;
- la figure 5 illustre une section de la préforme de la figure 4, en position dépliée ;
- la figure 6 représente est une vue isométrique partielle de la préforme représentée à la figure 5 ;
- la figure 7 représente de façon schématique le raidisseur obtenu par la préforme à section en forme de « 1 à profil normal » ;
- les figures 8 à 10 sont des figures similaires aux figures 3, 6 et 7, la préforme illustrée présentant une section en forme de « T », l'âme de la préforme étant située à l'intérieur de la semelle ;
- les figures 11 à 13 sont des figures similaires aux figures 8 à 10, l'âme de la préforme à section en forme de « T » étant située à l'extérieur de la semelle ;
- la figure 14 illustre une variante de fabrication d'une préforme à section en forme de « T », l'âme de la préforme étant située à l'extérieur de la semelle ;
- la figure 15 est une vue similaire à la figure 14, l'âme de la préforme étant située à l'intérieur de la semelle ;
- les figures 16 à 22 représentent de façon schématique des variantes de tissage de la préforme « 1 à profil normal » ;
- les figures 23 à 25 illustrent une autre variante de fabrication de la préforme.
Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues représentent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
Dans la présente demande, on entend par pièce axisymétrique supportant un raidisseur toute pièce dont la définition géométrique tridimensionnelle concernée par le raidisseur et son intégration avec la pièce peut se définir par une section 2D contenue dans un plan, et par un axe contenu dans ce plan et n'interceptant pas ladite section 2D, autour duquel on fait tourner la section 2D pour obtenir, suivant un secteur angulaire donné, un secteur de virole axisymétrique, ou une virole complète dans le cas où le secteur angulaire présente un angle de 360°.
On se réfère à la figure la représentant un raidisseur 1 obtenu par le procédé selon l'invention, présentant sensiblement une section en forme de « T », cintrée autour d'un axe.
Le procédé de tissage selon l'invention fait appel à un procédé de tissage en forme de type contour connu de l'art antérieur, procédé consistant à enrouler la préforme fibreuse en cours de tissage directement en sortie du métier à tisser, sur un cylindre appelé mandrin d'appel rotatif.
Dans l'exemple représenté, le raidisseur présente une semelle 3 comprenant deux parties 3a, 3b, reliées entre elles par une âme 5 du raidisseur 1.
Dans la figure lb, le raidisseur 1 présente sensiblement une section en forme de « 1 à profil normal », c'est-à-dire que le raidisseur présente deux semelles 7, 9, chacune des semelles comprenant deux parties 7a, 7b et 9a, 9b, reliées entre elles par une âme 5.
La figure 2 représente un métier à tisser 11 qui produit en continu la préforme, venant se conformer sur un mandrin d'appel 13 pour la fabrication d'une préforme à section en forme de « 1 à profil normal ».
Comme visible plus en détail sur la figure 3, illustrant la préforme en cours de tissage sur le mandrin d'appel 13, le mandrin 13 selon l'invention présente une première portion cylindrique 15, une deuxième portion conique 17 et une troisième portion cylindrique 19, de diamètre supérieur à la première portion cylindrique 15. Ainsi, le mandrin d'appel 13 selon l'invention présente une génératrice non-rectiligne, pouvant présenter des points d'inflexion. Cette géométrie particulière du mandrin 13 d'appel permet de ne pas consommer les fils de chaîne de façon uniforme. En effet, la quantité de fils de chaîne appelés sur le mandrin est fonction de la section considérée du mandrin d'appel. Plus la section transverse d'une portion de mandrin est grande, plus le nombre de fils de chaîne appelés lorsque lors d'une rotation du mandrin sera élevé. En d'autres termes, les points d'une génératrice du mandrin les plus éloignés de l'axe de révolution du mandrin appellent à chaque rotation du mandrin une quantité supérieure de fils de chaîne par rapport aux points de ladite génératrice qui sont plus proches de l'axe de révolution du mandrin.
Les première et troisième portions 15 et 19, cylindriques, présentent un profil permettant de réaliser les deux semelles 7 et 9 de la préforme.
La deuxième portion 17, conique, présente un profil permettant de réaliser l'âme 5 de la préforme selon la courbure désirée. Selon l'invention, le métier à tisser fournit en continu des fils de chaîne directement appelés sur le mandrin 13 situé directement en sortie du métier à tisser 11.
Des fils de trame sont insérés entre les fils de chaîne au fur et à mesure que les fils de chaîne avancent en étant appelés sur le mandrin par le procédé de tissage en forme de type contour, selon un motif de tissage permettant de définir des zones de liage et des zones de déliages de couches de fils de chaîne, comme représenté sur la figure 4 à laquelle on se réfère à présent.
Comme représenté sur cette figure, deux couches 18, 20 de fils de chaîne 21 issus du métier à tisser sont directement appelés par le mandrin, et des fils de trame 23 sont insérés entre les fils de chaîne au fur et à mesure de l'appel des fils de chaîne sur le mandrin, de façon à définir une zone de liage 25 des couches de fils de chaîne 21 entre elles par les fils de trame 23 et deux zones de déliages 27, 29 des couches de fils de chaîne.
Pour une meilleure compréhension de l'invention, ces zones de liage 25 et de déliage 27, 29 sont représentées sur la figure 3 illustrant la préforme en cours de tissage, sur le mandrin d'appel 13.
Les zones de liage 25 constituent, une fois la préforme dépliée, représentée sur la figure 5, l'âme 5 de la préforme, tandis que les zones de déliage 27, 29 constituent respectivement, une fois la préforme dépliée, les deux semelles 7 et 9 de la préforme, comprenant chacune les deux parties 7a, 7b et 9a, 9b.
En se référant à la figure 6, on remarque que la préforme selon l'invention obtenue par tissage en forme de type contour est avantageusement courbée, directement en sortie du métier à tisser, grâce au mandrin d'appel.
L'âme 5 de la préforme comprend une pluralité de fils de chaîne 21 orientés de manière circonférentielle par rapport à un axe de révolution 22 de la préforme, et une pluralité de fils de trame 23 orientés radialement par rapport audit axe.
Les semelles 7 et 9 comprennent quant à elles une pluralité de fils de chaîne orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution 22 de la préforme, et une pluralité de fils de trame 23 parallèles audit axe de révolution.
Ces orientations particulières des fils de trame et des fils de chaîne de l'âme et des semelles de la préforme sont obtenues grâce à la génératrice non- rectiligne du mandrin d'appel, qui permet de réaliser une préforme selon l'invention présentant des longueurs différentes de fils de chaîne dans la zone de l'âme et dans la zone des semelles. Comme représenté à la figure 6, les fils de chaîne 21 qui constituent la semelle 7 présentent tous des longueurs identiques, de même que ceux qui constituent la semelle 9, tandis que ceux qui constituent l'âme 5 de la préforme présentent des longueurs différentes.
La préforme sèche obtenue, composée de fibres sèches de carbone, peut ensuite être imprégnée d'une résine, par exemple par l'un des procédés d'imprégnation regroupés sous l'appellation « LCM » (Liquid Composite Molding) connu en soi. Cette préforme imprégnée de résine est ensuite placée dans un four pour cuisson, afin de polymériser la résine.
L'étape de polymérisation termine la fabrication du raidisseur 1 selon l'invention, représenté schématiquement sur la figure 7.
Le raidisseur obtenu comprend une âme 5 et deux semelles 7 et 9, et est destiné à être monté sur une virole pouvant définir une portion de nacelle pour turboréacteur, et peut à cet effet être assemblé à une peau cintrée précuite définissant la virole, par liaison mécanique ou par collage.
La préforme sèche, composée de fibres sèches de carbone peut également être assemblée à une peau composée de fibres également sèches de façon à ce que les préformes de la peau et du raidisseur soient imprégnées de résine lors d'une même opération d'imprégnation, permettant ainsi dans ce cas la fabrication d'un virole auto-raidie. De la même façon, l'étape de polymérisation termine la fabrication de la peau cintrée auto-raidie selon l'invention.
On se réfère à présent aux figures 8 à 10, illustrant une préforme à section en forme de « T » dite concave, c'est-à-dire que l'âme du raidisseur à section en forme de « T » est disposée à l'intérieur de la semelle courbée, c'est-à-dire que l'âme est radialement plus proche que la semelle par rapport à l'axe de révolution de la préforme. Comme défini à la figure la, un raidisseur à section en forme de « T » présente une âme 5 et une seule semelle 3 comprenant deux parties 3a, 3b. Un tel raidisseur à section en forme de « T » peut comprendre une âme 5 à l'intérieur de la semelle 3 concave, comme représenté à la figure 10. Le raidisseur à section en forme de « T » comprenant une âme 5 à l'intérieur de la semelle 3 illustré sur cette figure est obtenu par le procédé de fabrication de la préforme à section en forme de « T » représenté aux figures 8 et 9, figures analogues aux figures 3 et 6 représentant la préforme à section en forme de « I à profil normal ».
Comme visible plus en détail sur la figure 8, illustrant la préforme en cours de tissage sur le mandrin d'appel 13, le mandrin 13 présente à présent une première portion conique 31 et une deuxième portion cylindrique 33. La première portion 31, conique, présente un profil permettant de réaliser l'âme 5 de la préforme selon la courbure souhaitée.
La deuxième portion 33, cylindrique, présente un profil permettant de réaliser la semelle 3 de la préforme à section sensiblement en forme de « T ». Pour ce faire, le motif de tissage de la préforme prévoit de réaliser une zone de déliage 35 des couches de fils de chaîne, réalisée au niveau de la portion cylindrique 33 du mandrin d'appel 13, tandis qu'une zone de liage 37 est réalisée sur la portion conique 31 du mandrin d'appel.
Les figures 11 à 13, auxquelles on se réfère à présent, sont analogues aux figures 8 à 10, la préforme réalisée étant cette fois-ci de type « convexe », c'est-à-dire que l'âme du raidisseur à section en forme de « T » est disposée à l'extérieur de la semelle courbée, c'est-à-dire que l'âme est radialement plus éloignée que la semelle, par rapport à l'axe de révolution de la préforme.
Comme représenté sur la figure 11, le mandrin 13 comprend à présent une première portion cylindrique 39 et une deuxième portion conique 41.
La deuxième portion 41, conique, présente un profil permettant de réaliser l'âme 5 de la préforme selon la courbure souhaitée.
La première portion 39, cylindrique, présente un profil permettant de réaliser la semelle 3 de la préforme à section sensiblement en forme de « T ». Pour ce faire, le motif de tissage de la préforme prévoit de réaliser une zone de déliage 43 des couches de fils de chaîne, réalisée au niveau de la portion cylindrique 39 du mandrin d'appel 13, tandis qu'une zone de liage 45 est réalisée sur la portion conique 41 du mandrin d'appel.
Selon une variante représentée sur la figure 14, représentant la préforme en cours de tissage sur le mandrin d'appel 13 et le raidisseur 1 obtenu par cette préforme, le raidisseur 1 peut présenter une inclinaison au niveau de la semelle.
Cette inclinaison est obtenue grâce à une géométrie particulière de mandrin 13, présentant deux portions coniques 44, 46, et grâce à un noyau 47 que l'on positionne lors du tissage dans la zone de déliage 49 des couches de chaîne, entre les deux parties 3a, 3b destinées à constituer la semelle 3. Les deux portions coniques 44 et 46 du mandrin ainsi que le noyau 47 permettent de créer des différences de consommation au niveau des fils de chaîne appelés sur le mandrin. De ces consommations résultent des longueurs différentes des fils de chaîne composant l'ensemble de la préforme et générant ainsi des courbures différentes pour les différentes parties de la préforme, à savoir : la première partie 3a de la semelle, la seconde partie 3b de la semelle, et l'âme 5. Ce type de raidisseur s'adapte particulièrement à la partie extérieure d'une surface conique convexe.
En variante représentée sur la figure 15, le raidisseur 1 convient particulièrement à la partie intérieure d'une surface conique concave. On utilise pour ce faire un mandrin 13 présentant deux portions coniques 51, 53, et on positionne lors du tissage un noyau 55 dans la zone de déliage 57 des couches de fils de chaîne, entre les deux parties 3a, 3b destinée à constituer la semelle 3.
Le mode de tissage de la préforme, illustré à la figure 4, représente deux couches de fils de chaîne dans l'âme de la préforme, et une couche de fils de chaîne dans la semelle de la préforme.
Ce mode de tissage constitue un exemple non limitatif du tissage envisagé, et plusieurs variantes de tissage sont envisagées, représentées aux figures 16 à 22. Bien sûr, l'invention ne se limite pas à ces modes de liages, uniquement donnés à titre d'exemples.
Comme illustré sur la figure 16, il est notamment possible d'introduire deux fils de trame supplémentaires 59, 61 au niveau des semelles 7 et 9 afin de réaliser un liage localisé supplémentaire au point de rencontre des plis de la semelle, ce qui permet de renforcer la jonction entre l'âme 5 et les semelles 7, 9.
Les figures 17 à 20 illustrent une variante selon laquelle une seule couche de fils de chaîne est prévue dans l'âme et dans la semelle de la préforme.
Sur la figure 17, la préforme présente une densité de fils de chaîne constante dans l'âme et dans la semelle.
La figure 18 est une variante de réalisation de la préforme représentée à la figure 17, selon laquelle deux fils de trame supplémentaires 63, 65 sont introduits au niveau des semelles 7 et 9 afin de réaliser un liage localisé supplémentaire au point de rencontre des plis de la semelle, ce qui permet de renforcer la jonction entre l'âme 5 et les semelles 7, 9.
Dans la variante représentée à la figure 19, l'âme 5 présente une densité de fils de chaîne 21 plus importante que dans les variantes précédentes. Cette variante présente la particularité d'être réalisé à partir d'une couche de fils de chaîne uniforme dans le peigne du métier à tisser.
La figure 20 illustre une variante de réalisation du tissage de la figure 19, dans laquelle sont introduits deux fils de trame supplémentaires 67, 69 au niveau des semelles 7 et 9 afin de réaliser un liage localisé supplémentaire au point de rencontre des plis de la semelle, ce qui permet de renforcer la jonction entre l'âme 5 et les semelles 7, 9. Les variantes de tissage représentées aux figures 21 et 22 illustrent une préforme tissée à partir d'une pluralité de couches de fils de chaîne dans l'âme 5 et dans les semelles 7 et 9.
Sur la figure 21, quatre couches 71, 73, 75, 77 de fils de chaîne 21 sont représentées. Bien sûr, le nombre de couches ainsi que leur mode de liage ne se limitent pas à la représentation de cette figure.
En variante représentée à la figure 22, la préforme à section en forme de « T » présente un mode de liage particulier permettant d'optimiser la gestion des efforts au niveau de la zone de jonction entre l'âme 5 et la semelle 3.
Selon une variante commune aux modes de tissage précédemment décrits, il est envisagé d'ajouter des plis de tissus 79 au niveau des semelles et/ou des plis de tissu 81 au niveau de l'âme de la préforme, comme représenté sur les figures 23 à 25. Grâce à la présente invention, les performances mécaniques des raidisseurs à section en forme de « T » ou de « 1 à profil normal » sont sensiblement augmentées par rapport aux performances obtenues par les procédés utilisés dans l'art antérieur. En effet, grâce au procédé de fabrication selon l'invention, l'ensemble de la préforme, c'est-à-dire l'âme et la ou les semelle(s), sont fabriquées en une seule pièce, ce qui permet d'obtenir une liaison intime entre l'âme et la ou les semelle(s) du raidisseur.
Grâce au procédé de fabrication de la préforme par tissage en forme de type contour, l'orientation des fibres de la préforme est maîtrisée et optimisée. En effet, le raidisseur obtenu est directement adapté à la courbure du support sur lequel il est assemblé, sans opération intermédiaire visant à lui donner sa courbure spécifique, ce qui diminue le nombre de manipulations sur la préforme. Ainsi, le coût de fabrication d'une virole équipée d'un tel raidisseur est avantageusement réduit par rapport à l'art antérieur.
De plus, le procédé de tissage en forme de type contour constitue une solution technique répétable et uniforme en termes d'orientation des fibres, et permet ainsi de réduire la durée et le coût de fabrication et d'augmenter les performances mécaniques.
Enfin, comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de la préforme obtenue par le procédé selon l'invention, décrites ci- dessus uniquement à titre d'exemples illustratifs, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes faisant intervenir les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, comprenant au moins une âme (5) et au moins une semelle (3, 7, 9) courbées autour d'un axe de révolution (22) de ladite préforme et définissant une section sensiblement en forme de « T » ou de « 1 à profil normal », ladite préforme étant caractérisée en ce que :
- l'âme (5) comprend une pluralité de fils de chaîne (21) orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution (22) de la préforme, et une pluralité de fils de trame (23, 59, 61, 63, 65, 67, 69) orientés radialement par rapport audit axe,
- la semelle (3, 7, 9) comprend une pluralité de fils de chaîne (21) orientés de manière circonférentielle par rapport à l'axe de révolution de la préforme, et une pluralité de fils de trame (23, 59, 61, 63, 65, 67, 69) sensiblement parallèles audit axe.
2. Préforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme (5) comprend une zone de liage (25) de couches (18, 20) de fils de chaîne entre elles grâce à des fils de trame, et en ce que ladite au moins une semelle (3, 7, 9) comprend au moins une zone de déliage (27, 29) de couches (18, 20) de fils de chaîne.
3. Préforme selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les fils de chaîne (21) de la semelle (3, 7, 9) de la préforme présentent des longueurs identiques, et en ce que les fils de chaîne (21) de l'âme (5) de la préforme présentent des longueurs distinctes.
4. Raidisseur (1) composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une préforme selon l'une des revendications 1 à 3.
5. Pièce axisymétrique telle qu'une virole, caractérisée en ce qu'elle est renforcée par au moins un raidisseur selon la revendication 4.
6. Procédé de fabrication d'une préforme pour raidisseur composite courbé pour pièce axisymétrique telle qu'une virole, ladite préforme présentant au moins une âme (5) et au moins une semelle (3, 7, 9) et définissant une section sensiblement en forme de « T » ou de « 1 à profil normal », ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite préforme est réalisée par un procédé de tissage en forme de type contour, et en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à :
- appeler les fils de chaîne (21, 71, 73, 75, 77) directement en sortie d'un métier à tisser (11) sur un mandrin d'appel (13) présentant au moins une portion conique (17, 31, 41, 44, 46, 51, 53) et au moins une portion conique ou cylindrique ;
- insérer des fils de trame (23, 59, 61, 63, 65, 67, 69) de façon à définir au moins une zone de liage (25) et au moins une zone de déliage (27, 29) des couches (18, 20) de fils de chaîne ;
- déplier la préforme obtenue de façon à obtenir ladite âme (5) et ladite au moins une semelle (3, 7, 9).
7. Mandrin d'appel (13) adapté pour mettre en œuvre le procédé de fabrication défini à la revendication 6, caractérisé en ce qu'il présente une génératrice non-rectiligne.
8. Mandrin (13) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une portion conique (17, 31, 41, 44, 46, 51, 53) et au moins une portion conique ou cylindrique.
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