WO2023089273A1 - Panneau composite ouvert rigide - Google Patents

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WO2023089273A1
WO2023089273A1 PCT/FR2022/052107 FR2022052107W WO2023089273A1 WO 2023089273 A1 WO2023089273 A1 WO 2023089273A1 FR 2022052107 W FR2022052107 W FR 2022052107W WO 2023089273 A1 WO2023089273 A1 WO 2023089273A1
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PCT/FR2022/052107
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Bertrand Léon Marie DESJOYEAUX
Fabrizio PAGANO
Mathieu François Eric PREAU
Mathieu VIVIENT
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Safran Nacelles
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Abstract

Panneau (10) composite ouvert comprenant : - une peau (12) composite présentant une face interne (18) et une face externe (16), - une pluralité de nervures (14) de raidissage, chaque nervure (14) s'étendant sur la face interne (18) de la peau (12) selon une direction d'étendue (X) respective et faisant saillie depuis la face interne (18) jusqu'à un sommet (20) opposé à ladite face interne (18). La pluralité de nervures (14) comprend au moins une nervure (14) renforcée, chaque nervure (14) renforcée comprenant au moins une partie de raidissage (24) allongée s'étendant le long du sommet (20) de la nervure (14) renforcée, ladite partie de raidissage (24) comprenant des fibres s'étendant sensiblement selon la direction d'étendue (X) de la nervure (14) renforcée.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Panneau composite ouvert rigide
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un panneau composite ouvert, notamment destiné à être mis en oeuvre dans un aéronef. L’invention concerne également un aéronef comprenant un tel panneau ouvert.
Etat de la technique antérieure
Un panneau composite standard comprend de manière générale deux peaux composites assemblées de part et d’autre d’une structure intermédiaire, formant une structure en « sandwich » particulièrement résistante aux sollicitations en flexion.
Les peaux composites comprennent généralement des fibres minérales, par exemple de carbone ou de verre, tissées ou déstructurées, noyées dans une matrice en polymère ou en résine.
La structure intermédiaire joue un rôle d’assemblage des peaux du panneau, et comprend une couche poreuse peu dense, par exemple une mousse, une structure en nid d’abeille, ou encore des cloisons internes reliant les peaux et formant des nervures parallèles ou entrecroisées entre elles.
Un panneau composite ouvert présente une structure similaire, mais ne comprend qu’une seule peau composite. Cela permet de réduire le coût du panneau et d’en simplifier la fabrication, ainsi que d’en réduire la masse, ce qui est particulièrement important pour une application aéronautique.
Des exemples d’application peuvent être des volets d’inverseur de nacelle d’avion, une partie des grilles d’inverseur, des panneaux de veine interne ou externe raidis, etc.
Afin de conserver une bonne raideur en flexion, un tel panneau ouvert comprend généralement une structure formée de nervures de raidissage s’étendant depuis la face interne de la peau composite. Ces nervures peuvent être orientées selon une même direction ou être entrecroisées.
La figure 1 illustre une vue en coupe d’un tel panneau ouvert 10, comprenant une peau 12 et des nervures 14.
La peau 12 définit une face dite externe 16 et une face dite interne 18, sur laquelle sont fixées les nervures 14. Un tel panneau 10 ouvert présente malgré tout une rigidité et une résistance en flexion réduites par rapport à un panneau à deux peaux, et se déforme donc plus lors d’une sollicitation ou d’un choc contre la face externe 16.
Une telle déformation peut générer l’apparition de fissures ou un décollement partiel d’une ou plusieurs nervures 14, qui remplissent alors moins efficacement leur rôle de rigidification. De plus, comme les nervures sont disposées du côté interne du panneau 10, et donc cachées à la vue, cet endommagement n’est pas facilement détectable.
Des solutions passant par une augmentation de la rigidité des nervures sont proposées dans les documents EP 2 367 681 et US 787 927, qui suggèrent d’ajouter une trame de renfort à l’intérieur d’une nervure creuse et dans le document US 8 403263, qui propose de superposer deux nervures imbriquées l’une dans l’autre. Ces approches complexifient fortement la fabrication du panneau, en nécessitant la fabrication de nervures présentant des géométries spécifiques. Elles augmentent de plus de manière notable la masse du panneau, ce qui est peu souhaitable notamment dans des applications aéronautiques.
Présentation de l’invention
L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un panneau ouvert présentant une rigidité en flexion augmentée et une meilleure résistance à la déformation, permettant de réduire de manière importante la masse du panneau et de simplifier sa fabrication.
A cet effet, l’invention a pour objet un panneau composite ouvert comprenant :
- une peau composite présentant une face interne et une face externe,
- une pluralité de nervures de raidissage, chaque nervure s’étendant depuis la face interne de la peau jusqu’à un sommet opposé à ladite face interne, chaque nervure s’étendant selon une direction d’étendue respective, caractérisé en ce que la pluralité de nervures comprend au moins une nervure renforcée, chaque nervure renforcée comprenant au moins une partie de raidissage allongée s’étendant le long du sommet de la nervure renforcée, ladite partie de raidissage comprenant des fibres s’étendant sensiblement selon la direction d’étendue de la nervure renforcée.
Un tel panneau présente une résistance en flexion augmentée par les parties de raidissage, ce qui lui confère une meilleure tenue contre des chocs sur la face externe du panneau. Les parties de raidissage sont simples à ajouter au panneau, et n’augmentent que légèrement la masse totale du panneau.
Par « s’étendant sensiblement selon une direction », on entend formant un angle inférieur à 10° avec cette direction, de préférence inférieur à 5°. Les fibres de la partie de raidissage peuvent être des fibres longues, présentant une longueur moyenne au moins 5 fois plus importante qu’une largeur de la nervure et pouvant atteindre la longueur totale de la nervure.
Les fibres de la partie de raidissage peuvent être des fibres à haut module d’Young, présentant un module élastique moyen de l’ordre de 70 000 MPa pour des fibres de verre, et compris entre 235 000 MPa et 550 000 MPa pour des fibres de carbone.
La partie de raidissage est rigide, c’est-à-dire présentant notamment une raideur élastique supérieure ou égale à celle du matériau composant les nervures.
La partie de raidissage peut être réalisée dans un matériau composite comprenant des fibres noyées dans une matrice.
Les fibres peuvent être des fibres de type fibres de verre, fibres de carbone, fibres de Kevlar, ou d’autres types de fibres.
La matrice peut être de type thermodurcissable, choisie par exemple dans la famille des résines époxydes ou polybismaléimides, ou de type thermoplastique choisie par exemple dans la famille des polyétheréthercétones.
La partie de raidissage peut s’étendre sur toute une longueur de la nervure, ou seulement sur une partie de la nervure.
De préférence, la partie de raidissage s’étend sur au moins 50% de la longueur de la nervure. Une nervure renforcée peut s’étendre selon une direction rectiligne sur la surface de la peau, ou selon une direction sinueuse.
Les nervures renforcées peuvent s’étendre selon au moins deux directions d’étendue distinctes formant entre elles un angle compris entre 15° et 165° et s’entrecroisent.
Ledit angle peut être compris entre 45° et 135°.
Plusieurs nervures renforcées peuvent être jointives, formant des jonctions en Y ou des jonctions en T. Elles peuvent également être entrecroisées entre elles formant des angles de 15 à 90°.
Cette caractéristique augmente fortement la raideur et la résistance du panneau.
Pour chaque nervure renforcée, l’aire de la section des fibres de la partie de raidissage, dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue, peut être supérieure ou égale à 5 % de l’aire de la section, dans le plan perpendiculaire à ladite direction d’étendue, des fibres de la peau qui s’étendent sensiblement selon ladite direction d’étendue et qui sont situées dans une portion de la peau comprise entre deux nervures voisines de la nervure renforcée.
Cette caractéristique confère à la partie de raidissage une raideur en flexion importante, de manière à rigidifier encore plus la nervure et à renforcer le panneau.
Pour chaque nervure renforcée, l’aire de la section des fibres de la partie de raidissage, dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue, peut être supérieure ou égale à 10 % de l’aire de la section, dans le plan perpendiculaire à ladite direction d’étendue, des fibres de la peau qui s’étendent sensiblement selon ladite direction d’étendue et qui sont situées dans une portion de la peau comprise entre deux nervures voisines de la nervure renforcée.
Les nervures voisines de la nervure renforcée sont les nervures les plus proches de ladite nervure renforcée et s’étendant parallèlement à ladite nervure renforcée.
La section de chaque partie de raidissage, dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue, peut présenter une forme elliptique, rectangulaire ou triangulaire.
Le panneau peut comprendre au moins un élément de fixation recouvrant l’une des nervures renforcées, chaque élément de fixation présentant une forme allongée selon la direction d’étendue de la nervure renforcée et une section en U, l’élément de fixation étant fixé à la partie de raidissage et à des flancs de la nervure.
L’élément de fixation peut être fixé par collage sur la partie de raidissage et les flancs de la nervure.
Cette caractéristique augmente la solidité de la fixation de la partie de raidissage au sommet de la nervure.
Chaque élément de fixation peut comprendre des fibres entrecroisées et/ou désordonnées.
Cette caractéristique confère à l’élément de fixation une bonne résistance contre le déchirement, selon toutes les directions.
Au moins une des nervures renforcées peut s’étendre le long d’un bord latéral de la peau. Une des nervures renforcées peut s’étendre le long de chaque bord latéral de la peau.
Chacune des nervures renforcées s’étendant le long d’un bord latéral de la peau peut comprendre un élément de renfort du type précité.
Ces caractéristiques permettent d’augmenter la raideur du panneau au niveau du ou des bords renforcés, ce qui améliore la résistance mécanique de l’ensemble du panneau.
La partie de raidissage peut s’étendre sur le sommet de la nervure, du côté opposé à la peau selon la direction d’épaisseur.
Cette caractéristique améliore la résistance au décollement de la nervure, en plus de faciliter la fixation de la partie de raidissage.
La partie de raidissage peut être extérieure aux flancs de la nervure.
La partie de raidissage peut être fixée, par exemple par collage, sur une surface externe du sommet.
Cette caractéristique permet une fixation simple de la partie de raidissage.
La partie de raidissage peut être constituée d’un matériau composite à matrice organique.
Cette caractéristique confère à la partie de raidissage une raideur et une résistance mécanique satisfaisantes pour une application pour un panneau structurant.
La partie de raidissage peut être fixée au sommet de la nervure par ladite matrice, qui imprègne le sommet et permet la fixation lors de son durcissement. Cette caractéristique simplifie l’assemblage de la nervure et assure un lien intime entre le sommet de la nervure et la partie de raidissage.
L’invention concerne également un aéronef comprenant un panneau ouvert du type précité. Ledit aéronef peut être un avion.
Brève description des figures
La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d’un panneau ouvert de l’état de la technique, la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d’un panneau ouvert selon un premier mode de réalisation de l’invention, la figure 3 est une vue schématique depuis une face interne d’un panneau ouvert selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, et la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d’un panneau ouvert selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l’invention
La figure 2 illustre une vue en coupe d’un panneau ouvert 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention, comprenant une peau 12 composite et des nervures 14.
La peau 12 s’étend selon un plan d’étendue XY, et définit une face externe 16 et une face interne 18, à l’écart l’une de l’autre selon une direction d’épaisseur Z perpendiculaire au plan d’étendue XY.
La face externe 16 est par exemple destinée à faire face à un habitacle et à être visible, tandis que la face interne 18 n’est pas visible, une fois le panneau 10 mis en place.
La peau 12 est par exemple réalisée à partir d’un matériau composite comprenant des fibres, par exemple de carbone et/ou de verre, noyées dans une matrice comprenant un polymère et/ou une résine. Les fibres peuvent être tissées entre elles ou bien désordonnées dans la matrice.
Les nervures 14 sont fixées sur la face interne 18 et font saillie depuis cette face interne 18 selon la direction d’épaisseur Z, jusqu’à des sommets 20 respectifs des nervures 14.
Chaque nervure 14 s’étend sur la face interne 18 de la peau 12, selon une direction d’étendue respective. Par exemple, les nervures s’étendent toute selon une même direction d’étendue X, parallèles les unes aux autres.
Les nervures 14 peuvent être régulièrement espacées selon une direction transverse Y, perpendiculaire à la direction d’étendue X et à la direction d’épaisseur Z. Chaque nervure comprend deux flancs 22 s’étendant entre la face interne 18 et le sommet 20 de la nervure 14, opposés l’un à l’autre selon la direction transverse Y.
Au moins une des nervures 14 est une nervure renforcée, adaptée pour présenter une raideur supérieure et pour renforcer le panneau 10.
Toutes les nervures 14 du panneau 10 peuvent être de telles nervures renforcées.
Chaque nervure renforcée comprend au moins une partie de raidissage 24 allongée s’étendant le long du sommet 20 de la nervure renforcée.
Notamment, la partie de raidissage 24 s’étend sur le sommet de ladite nervure 14, du côté opposé à la peau 12 selon la direction d’épaisseur Z.
La partie de raidissage 24 est extérieure aux flancs 18 de la nervure 14. Elle est fixée, par exemple par collage, sur une surface externe du sommet 20.
La partie de raidissage 24 est une structure rigide allongée selon la direction d’étendue X de la nervure renforcée, en forme de baguette, réalisée dans un matériau rigide, qui présente notamment une raideur élastique supérieure ou égale à celle du matériau composant les nervures 14.
La partie de raidissage 24 comprend des fibres s’étendant sensiblement selon la direction d’étendue X.
La partie de raidissage 24 comprend également une matrice, comprenant par exemple un polymère et/ou une résine, dans laquelle sont noyées lesdites fibres.
Notamment, la partie de raidissage 24 est constituée d’un matériau composite à matrice organique.
La partie de raidissage 24 peut être fixée au sommet 20 de la nervure 14 par ladite matrice, qui imprègne le sommet 20 et permet la fixation lors de son durcissement.
Les fibres de la partie de raidissage 24 peuvent être des fibres longues, présentant une longueur moyenne au moins 5 fois plus importante qu’une largeur de la nervure et pouvant atteindre la longueur totale de la nervure.
Les fibres de la partie de raidissage 24 peuvent être des fibres à haut module d’Young, présentant un module élastique moyen de l’ordre de 70 000 MPa pour des fibres de verre, et compris entre 235 000 MPa et 550 000 MPa pour des fibres de carbone.
La partie de raidissage étant formée avec un composite résultant de l’encapsulation des fibres dans la matrice, la partie de raidissage présente un module d’ensemble d’environ la moitié de celui des fibres seules.
La partie de raidissage est solidaire du sommet 20 de la nervure 14, et peut être liée au sommet 20 de la nervure 14 par la matrice polymère du composite formant la partie de raidissage 24.
Le corps de la nervure 14 situé entre la peau 12 et la partie de raidissage 24 peut être constitué de composites à fibres orientées et organisées tels que des tissus. Dans un autre mode d’élaboration, le corps de nervure 14 peut être constitué de composites à bases de fibres discontinues et réparties aléatoirement.
La partie de raidissage 24 présente une section rectangulaire dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue X de la nervure 14.
En variante (non représentée), la partie de raidissage 24 présente une section triangulaire, elliptique ou circulaire.
Pour chaque nervure 14 renforcée, une aire d’une section Si des fibres de la partie de raidissage 24, dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue X, est supérieure ou égale à 10% d’une aire d’une section So, dans le plan perpendiculaire à la direction d’étendue X, de fibres s’étendant sensiblement selon la direction d’étendue X d’une portion de la peau 12 comprise entre deux nervures 14 voisines de la nervure renforcée.
Les nervures 14 voisines de la nervure renforcée sont les nervures les plus proches de la nervure renforcée et s’étendant parallèlement à la nervure renforcée.
La section So s’étend entre les pieds des deux nervures 14 voisines de la nervure renforcée, sur toute une épaisseur de la peau 10 selon la direction d’épaisseur Z.
La figure 3 représente un panneau 10 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, vu depuis le côté de la face interne 18.
Le panneau 10 comprend des nervures 14 de rigidification s’étendant selon deux directions d’étendue X, Y distinctes l’une de l’autre, notamment trois nervures 14 s’étendant selon une première direction d’étendue X et quatre nervures 14 s’étendant selon une deuxième direction d’étendue Y.
La première direction d’étendue X et la deuxième direction d’étendue Y forment entre elles un angle compris entre 15° et 165°, et notamment égal à 90° sur l’exemple représenté.
Les nervures 14 sont toutes des nervures renforcées comprenant une partie de rigidification 24 s’étendant le long de leurs sommets respectifs. Les fibres des parties de rigidification 24 s’étendent sensiblement selon la direction d’étendue X, Y respective de la nervure 14 portant ladite partie de rigidification 24.
Les nervures 14 se croisent en au moins un point de croisement 26, et les deux nervures 14 formant le point de croisement 26 y sont solidaires l’une de l’autre, ce qui augmente la rigidité du panneau 10. Les deux nervures 14 sont par exemples collées l’une à l’autre au point de croisement 26.
Les fibres des parties de rigidification 24 des nervures 14 formant le point de croisement 26 peuvent s’entrecroiser au point de croisement 26, ce qui améliore encore la rigidité du panneau 10.
La peau 12 définit des bords latéraux 28, le long desquels s’étendent des nervures 14 renforcées. Les nervures 14 renforcées s’étendant le long des bords latéraux 28 améliorent la rigidité du panneau 10.
En variante, une partie seulement des bords latéraux 28 de la peau 12 a une nervure 14 renforcée.
La figure 4 illustre une vue en coupe partielle d’un panneau ouvert 10 selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Le panneau 10 comprend des nervures 14 comme décrit plus haut, s’étendant sur la face interne 18 de la peau 12, selon des directions d’étendue X respectives.
Chaque nervure 14 comprend des flancs 22 opposés l’un à l’autre selon une direction transverse Y et un sommet 20.
Au moins une des nervures 14 est renforcée et comprend une partie de raidissage 24 le long du sommet 20.
Au moins une des nervures 14 renforcées comprend de plus un élément de fixation 30 disposé par-dessus ladite partie de raidissage 24 et s’étendant contre les flancs 22, de part et d’autre du sommet 20 et de la partie de raidissage 24.
L’élément de fixation 30 présente une forme allongée selon la direction d’étendue X et s’étend par exemple sur toute la longueur de la partie de raidissage 24. Il est solidaire de la partie de raidissage 24 et des flancs 22, auxquels il est par exemple fixé par collage ou sur lesquels il est surmoulé.
L’élément de fixation 30 présente par exemple une section en U dans un plan orthogonal à la direction d’étendue X.
L’élément de fixation 30 peut comprendre des fibres, notamment des fibres s’étendant dans le plan orthogonal à la direction d’étendue X, par exemple des fibres tissées entre elles ou bien désordonnées.
L’élément de fixation 30 augmente la résistance de la fixation de la partie de raidissage 24 au sommet 20, et ainsi améliore la durabilité du panneau 10.
Toutes les caractéristiques des modes de réalisation décrits peuvent être combinées entre elles librement, tant que techniquement compatibles.
Les panneaux 10 décrits présentent une meilleure résistance contre des chocs et des appuis venant du côté de la face externe 16, grâce à la rigidité accrue des nervures 14, qui réduit les risques de déchirure ou de décollement desdites nervures 14. Ils conservent toutefois une architecture légère et une fabrication simple.

Claims

9 REVENDICATIONS
1 . Panneau (10) composite ouvert comprenant :
- une peau (12) composite présentant une face interne (18) et une face externe (16),
- une pluralité de nervures (14) de raidissage, chaque nervure (14) s’étendant depuis la face interne (18) de la peau (12) jusqu’à un sommet (20) opposé à ladite face interne (18), chaque nervure (14) s’étendant selon une direction d’étendue (X) respective, caractérisé en ce que la pluralité de nervures (14) comprend au moins une nervure (14) renforcée, chaque nervure (14) renforcée comprenant au moins une partie de raidissage (24) allongée s’étendant le long du sommet (20) de la nervure (14) renforcée, ladite partie de raidissage (24) comprenant des fibres s’étendant sensiblement selon la direction d’étendue (X) de la nervure (14) renforcée.
2. Panneau (10) selon la revendication précédente, dans lequel les nervures (14) renforcées s’étendent selon au moins deux directions d’étendue (X, Y) distinctes formant entre elles un angle compris entre 15° et 165° et s’entrecroisent.
3. Panneau (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque nervure (14) renforcée, une aire d’une section (Si) des fibres de la partie de raidissage (24), dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue (X), est supérieure ou égale à 5 % d’une aire d’une section (So), dans le plan perpendiculaire à ladite direction d’étendue (X), de fibres de la peau (12) qui s’étendent sensiblement selon ladite direction d’étendue (X) et qui sont situées dans une portion de la peau (12) comprise entre deux nervures (14) voisines de la nervure (14) renforcée.
4. Panneau (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une section de chaque partie de raidissage (24), dans un plan perpendiculaire à la direction d’étendue (X), présente une forme elliptique, rectangulaire ou triangulaire.
5. Panneau (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le panneau (10) comprend au moins un élément de fixation (30) recouvrant l’une des nervures (14) renforcées, chaque élément de fixation (30) présentant une forme allongée selon la direction d’étendue (X) de la nervure (14) renforcée et une section en II, l’élément de fixation (30) étant fixé à la partie de raidissage (24) et à des flancs (22) de la nervure (14).
6. Panneau (10) selon la revendication précédente, dans lequel chaque élément de fixation (30) comprend des fibres entrecroisées et/ou désordonnées.
7. Panneau (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des nervures (14) renforcées s’étend le long d’un bord latéral (28) de la peau (12).
8. Panneau (10) selon la revendication précédente, dans lequel une des nervures (14) renforcées s’étend le long de chaque bord latéral (28) de la peau (12).
9. Aéronef comprenant un panneau (10) selon l’une des revendications précédentes.
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