EP2828426A1 - Procédé de fabrication d'une préforme monobloc pour structure composite - Google Patents

Procédé de fabrication d'une préforme monobloc pour structure composite

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Publication number
EP2828426A1
EP2828426A1 EP13715365.6A EP13715365A EP2828426A1 EP 2828426 A1 EP2828426 A1 EP 2828426A1 EP 13715365 A EP13715365 A EP 13715365A EP 2828426 A1 EP2828426 A1 EP 2828426A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
preform
harnesses
pairs
composite structure
warp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13715365.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Loïc LE BOULICAUT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Nacelles SAS
Original Assignee
Aircelle SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aircelle SA filed Critical Aircelle SA
Publication of EP2828426A1 publication Critical patent/EP2828426A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D11/00—Double or multi-ply fabrics not otherwise provided for
    • D03D11/02—Fabrics formed with pockets, tubes, loops, folds, tucks or flaps
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D13/00—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft
    • D03D13/004—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft with weave pattern being non-standard or providing special effects
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D41/00—Looms not otherwise provided for, e.g. for weaving chenille yarn; Details peculiar to these looms
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D41/00—Looms not otherwise provided for, e.g. for weaving chenille yarn; Details peculiar to these looms
    • D03D41/004—Looms for three-dimensional fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a monoblock preform for a composite structure, and to a loom for implementing such a manufacturing method.
  • the invention also relates to a composite beam whose preform is derived from the manufacturing method according to the invention.
  • the production of a composite structure comprises the assembly of a reinforcement, generally in the form of fibers ensuring the mechanical strength of the structure, and a matrix ensuring the cohesion of the structure.
  • the reinforcement may be formed by a two-dimensional fabric (2D) constituted by weft yarns woven with warp threads, this thread being for example made of carbon, Kevlar or glass.
  • 2D two-dimensional fabric
  • the matrix is also known as an organic or inorganic resin.
  • the method of manufacturing the composite part will consist of a resin reinforcement molding (RTM) for resin transfer molding, by infusion of liquid resin (LRI for "Liquid Resin Infusion”), by resin film infusion (RFI) or by any other method of impregnation or resin infiltration, in dry fibrous elements.
  • RTM resin reinforcement molding
  • LRI liquid resin
  • RFI resin film infusion
  • any other method of impregnation or resin infiltration in dry fibrous elements.
  • a recurring problem is related to the mechanical strength of this type of structure, frequently being delaminated between the layers.
  • a known solution consists in producing a composite structure based on three-dimensional reinforcement (2.5D or 3D) having a better mechanical strength between the layers of fabric, compared to a 2D fabric assembly.
  • such a structure may have different types of weave (mode of interlacing son together) depending on the selected weaving process.
  • weave mode of interlacing son together
  • 3D weaving whereby several layers of warp yarns are woven with several layers of weft threads, the assembly possibly being bonded by at least one so-called reinforcement warp thread. That is added in the thickness of the fabric in order to bind the different layers together.
  • Mechanical resistance particularly delamination is increased compared to a 2D fabric assembly.
  • the operation is carried out to give it the desired cohesion. It is necessary, before introducing the reinforcement into the mold for injection of resin, to give the reinforcement a shape that is as close as possible to that to which it is desired to achieve after completion of the cohesion operation.
  • This preparation operation of the preform is accomplished for example through cutting, folding, etc. some parts of the preform. To achieve this phase of preparation of the preform, it is therefore essential that the preform is easily scalable.
  • the fabric layers are bound together in the direction of the thickness.
  • the present invention aims to solve all of the problems of the prior art, and aims at producing a monobloc preform, whose shape approximates to the most part of the composite piece to be manufactured, that is easily adjustable before operation. cohesion.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a monoblock preform for a composite structure comprising said preform forming the reinforcement of the structure and a matrix, said preform being made by a three-dimensional weaving process by means of a loom. weaving comprising at least one comb and at least two pairs of harnesses, each harness comprising a plurality of l isses, each of the rails being equipped with a plurality of eyelets each of which is intended for the passage of a warp, the at least two pairs of harnesses being distributed at different altitudes of the loom so as to form a plurality of stages, said method of manufacture characterized in that it comprises the following steps according to which:
  • the completed preform can be modulated manually before proceeding to the step of giving cohesion to the preform.
  • the manufacturing method according to the invention comprises an additional step for positioning on the loom means for separating adjacent layers of the preform.
  • the means for separating the layers comprise at least one rod which is positioned at will during weaving, on the one hand between the comb and the pairs of harnesses, and on the other hand between the adjacent layers.
  • At least a portion of a warp beam bundle is positioned on at least one stage of pairs of harnesses, so as to carry out during the introduction of weft son a current section of the preform, and at least one son warp beam is positioned at a different altitude of the same harness so as to realize, when the introduction of weft son, at least one extra thickness of the layer.
  • the thickness of the piece is varied punctually so as to create a boss in the direction of the warp.
  • the manufacturing method comprises a step for leaving at least one weft yarn free so as to define a non-impact machining area.
  • the manufacturing method according to the invention also comprises an additional step for cutting and / or folding the preform so as to give it a shape close to that which it is desired to give to the composite structure.
  • the warp yarns and the weft yarns are woven according to an interlock type weaving process.
  • the invention also relates to a loom for implementing the manufacturing method according to the invention, remarkable in that it comprises a plurality of pairs of harnesses arranged side by side in the weft direction, to allow independent servoing of each of said harnesses.
  • each of the harnesses corresponds to a width of extra thickness to give to the preform.
  • the invention also relates to a composite beam intended to support the sliding of at least one thrust reverser cover of a turbojet engine nacelle, said beam comprising at least one three-dimensional preform and a cohesion matrix, and being remarkable in that said preform is derived from the manufacturing method according to the invention.
  • FIG. 2 represents the flat-faced preform that is to be obtained by three-dimensional weaving
  • FIG. 3 schematically represents the weave of the weave, that is to say the mode of interweaving of the warp threads and weft threads;
  • FIG. 4 represents a second mode of interlacing of the warp and weft yarns
  • FIG. 5 illustrates the preform shown in Figure 2, one of the tongues being folded
  • FIG. 7 is similar to FIG. 6, according to another method of bonding the layers of the preform
  • FIG. 8 represents the shape obtained by the mode of bonding of the layers represented in FIG. 7;
  • FIG. 9 shows two layers of the preform, between which are installed means for separating the layers
  • FIG. 10 illustrates the production of a boss in the C-chain direction of the preform
  • Figure 1 1 shows the preform that one seeks to manufacture, whose view is centered on the rails;
  • FIGS. 1 3 to 1 5 show the folding and cutting steps of the preform resulting from the weaving process
  • FIG. 1 6 illustrates a step of the manufacturing method according to which one carries out a non-perpendicular loosening of the warp son
  • An aircraft is driven by several turbojets each housed in a nacelle also housing a set of ancillary actuators related to its operation and providing various functions when the turbojet engine is in operation or stopped.
  • These ancillary actuating devices include a mechanical thrust reverser actuation system, whose role is to help braking the aircraft during landing.
  • a thrust reverser comprises one or more movable covers between, on the one hand, an extended position in which they open in the nacel a passage for deflected flow and, on the other hand, a retracted position in which they close this passage.
  • the movable hood slide along one or more beams comprising rails so that, when moving back during the opening phase, they discover deflection vane grids arranged in the thickness of the nacelle, the cold air flow through the nacelle thus being expelled upstream of the nacelle.
  • Figure 1 illustrates the beam of composite materials that it is desired to achieve.
  • a composite structure comprises a piece of "stiffening", which gives the mechanical strength to the final structure, and a matrix, generally based on resin, which ensures the cohesion of the structure.
  • the reinforcing structure is made according to the method according to the invention, according to which a 3D monoblock preform woven by the loom according to the invention is manufactured.
  • Figure 2 illustrates the preform, flat, that is desired after the weaving 3D.
  • the preform 1 comprises a tongue 3 at its lower part, surmounted by an intermediate wall 5, then a current section 7.
  • the current section 7 comprises in its upper face 9 two tabs 1 1, of parallelepipedal shape, forming an extra thickness of the current section 7.
  • the tongue 3, the intermediate wall 5, the current section 7 and the tongues 1 1 form sub-assemblies of the preform, which should be realized in a unitary manner, that is to say without having to report a subset with respect to another subset.
  • the production of such a monobloc preform makes it possible, as we have stated previously, to give the final composite structure greater mechanical strength than that obtained by a reinforcement composed of multiple preforms.
  • the preform 1 is made by three-dimensional weaving, and comprises in the direction of its length of the warp son (in the direction C), and in the direction of its width of the weft son (in the direction T).
  • the weave of the weave that is to say the mode of interweaving warp son and weft son, is illustrated in Figure 3.
  • Figure 3 shows in longitudinal section (in the direction of the chain) a zone of the preform that has been made by 3D weaving.
  • the warp threads 13 take the form of saw teeth along the entire length of the illustrated area of the preform.
  • Weft yarns 15 are installed perpendicular to the warp yarns, so as to bind the warp yarns together.
  • interlock reinforcement is used as an example in the description, but it goes without saying that the preform can be made by any other type of reinforcement, for example of the "canvas", “twill", “satin”, etc. type.
  • the warp and weft threads 15 do not intersect themselves, but the so-called "reinforcement” warp threads 16 are introduced through the preform into its thickness to maintain between them the weft son and the warp son.
  • the density of the reinforcement warp yarn 16 is variable depending on the type of reinforcement retained.
  • the subassemblies of the preform 1 can indifferently be made by any type of 3D fabric reinforcement, each subassembly possibly being made from a different reinforcement if the skilled person finds it of particular interest.
  • the tongue 3 and the wall 5 will have to be linked together only in part, in order to be able to manipulate each of these subassemblies independently of one another. the other on the unbound part.
  • Figure 6 illustrates in longitudinal section the manner in which the adjacent lower layers 17, forming the tongue 3, and upper 19, forming the wall 5, have been woven by means of the method according to the invention.
  • the layers 17 and 19 comprise a plurality of warp 13 and weft 15 son.
  • the layers 17 and 19 are independent on the portions 21a and 21b and are bonded to each other on the portion 23.
  • the loom for performing this type of partial connection comprises a plurality of pairs of harnesses, arranged at different altitudes of the loom, forming a plurality of stages.
  • a harness typically comprises two frames connected and separated by healds.
  • Each leash comprises a plurality of eyelets into which the warp yarns are introduced.
  • the loom comprises two stages of harnesses, i.e., a pair of lower harnesses and a pair of upper harnesses.
  • the warp threads 13 are inserted at the beginning of the weaving process into the eyelets of the lower and upper harness pairs.
  • the lower and upper harnesses are moved so as to create, when we introduce weft thread 15, the adjacent lower 17 and upper 19 layers, independently of one another, obtained for a limited amplitude of movement. harnesses.
  • the adjacent layers 17 and 19 are made independent on the portions 21a and 21b and bonded to each other on the portion 23, which makes it possible to fold, for example manually or with the aid of a specific external machine of the tongue 3 with respect to the wall 5.
  • the amplitude of the movements of the harness can be variable during weaving, so as to allow the realization of hollow shapes of different thicknesses.
  • the movement amplitude of the harnesses is reduced on a portion 25, on which the weft threads are no longer installed, so as to form a hollow zone 27. of the complete craft by symmetry so as to obtain the piece shown in FIG. 8.
  • the adjacent layers are of identical and constant thickness as shown in FIG. 8. However, it is entirely possible to produce adjacent layers of distinct and evolutive thickness through the manufacturing method according to the invention.
  • This arrangement is advantageous because the preform can be equipped in this hollow area of a tool-piece to achieve a day in the final composite structure.
  • This hollow zone may also be of interest when it is desired to integrate in the final composite structure a foam core or a "honeycomb" type, for example, advantageously making it possible to improve the mechanical strength of the final piece, especially in compression.
  • separation means of the layers 17 and 19 are installed.
  • the separating means comprise, as represented in FIG. 9, a rod 28 which is arranged between the comb of the loom (not shown) and the harnesses (not shown), and between two independent adjacent layers 1 7 and 1 9. This ensures that the warp son of one of the layers 1 7 or 19 are not inadvertently linked with weft son of the other layer 17 or 19.
  • the harnesses of warp threads 13 are initially provided which are arranged so as to define, during the insertion of weft threads 15, the layer 17 corresponding to the current section of the preform.
  • the harnesses are also provided with warp threads 29, arranged at a distinct altitude from the warp threads 13.
  • Such a boss in the C-chain direction is made by temporarily installing during weaving weft threads 30 to a thickness 31 distinct from the layer 17 which defines the current section.
  • the loom comprises a plurality of pairs of harnesses arranged side by side in the weft direction, so as to allow independent servoing of each of said harnesses.
  • the width of a pair of harnesses corresponds to the widths of the extra thicknesses that it is desired to give the preform. It is then made possible to introduce weft yarn which will be bound to the structure only over predetermined widths of the preform so as to achieve a thickness over a predetermined width.
  • each of the overthicknesses 1 1 corresponds to a pair of harnesses whose width of a region of ha rna is substantially equal to a width L d 'an extra thickness.
  • the loom comprises as many pairs of harnesses as desired, each pair corresponding to a layer width.
  • the extra thicknesses 1 1 of the current section 7 are intended to ensure the function of rails 32 of the beam, visible in Figure 1 1, along which will slide the thrust reverser cover.
  • the rails 32 undergo significant mechanical forces when the hood runs off, and the manufacturing method according to the invention, which makes it possible to produce the preform in a single part, is particularly advantageous for providing the part with the mechanical strength it need. It should be understood that such levels of mechanical requirements can not be achieved by a preform manufacturing process according to the prior art, wherein the rails are inevitably constituted by preforms attached to the main preform.
  • the warp son 13 are packed by the weft son 15, which allows to create a groove.
  • the shape of the preform as illustrated in FIG. 14 is achieved by a step of folding the current section 7 of the preform along a line 33.
  • these reinforcements are made from the preform 1, without having to bring additional part, which makes it possible to obtain good mechanical characteristics of the final composite structure.
  • the reinforcements 34 are cut to give them their final shape, as shown in FIG.
  • Warp threads that are not assembled with weft threads after the weaving process are cut.
  • Figure 16 illustrating a step of the manufacturing method according to which one carries out a non-perpendicular loosening of the warp son.
  • the rod 28 is mounted to move in translation on the loom in a direction parallel to that of the direction of the chain, and slides during weaving. This makes it possible to avoid the bonding of the two adjacent layers 17, 19 over the entire width of the fabric where the rod is located.
  • two rods are provided each positioned at one end of the bonded part of the preform.
  • the rods are movably mounted in translation on the loom, and move in a direction parallel to that of the direction of the chain, in a contrary direction.
  • the reinforcements 34 must not be perpendicular to the wall 5 of the beam.
  • the interlock links are stopped at an angle thanks to the rod.
  • the preform can also be machined in order to produce bores 36, visible in particular in FIG.
  • the preform there is provided in the preform a portion provided only with weft son.
  • a non-impact machining area 37 corresponding to a portion of the layer in which weft son are left free, allowing not to assigning the vertices 39 of warp threads 13 during a piercing operation.
  • the links between them do not have a good mechanical strength.
  • the preform described in the invention can be made indifferently by replacing the warp son by the son of frame, and replacing the weft threads by the warp threads. This substitution can allow a saving in manufacturing time of the preform or a reduction in the loss of material.
  • weft son and the warp son may also be interesting to interchange the weft son and the warp son according to the nature of the loom, or depending on the technical constraint related to the geometry of the part to be manufactured.
  • the manufacturing method is not limited in any way to the manufacture of a preform of a thrust reverser beam, this example having been described solely for the purpose of illustrating the implementation of the method but applies in contrast to any three-dimensional weaving process.

Landscapes

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une préforme monobloc pour structure composite, ladite préforme étant réalisée par un procédé de tissage tridimensionnel. Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes selon lesquelles: -on positionne une pluralité de faisceaux de fils de chaîne (13) répartis sur les au moins deux paires de harnais; -on effectue alternativement et à volonté: odes mouvements de faible amplitude de chacune des paires de harnais de façon à réaliser au moins deux couches (17, 19) adjacentes et indépendantes; odes mouvements d'amplitude augmentée des paires de harnais de façon à lier au moins en partie les au moins deux couches adjacentes (17, 19) sur au moins une portion (23) de la préforme.

Description

Procédé de fabrication d'une préforme monobloc pour structure
composite
L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une préforme monobloc pour structure composite, et à un métier à tisser pour la mise en œuvre d'un tel procédé de fabrication. L'invention concerne encore une poutre composite dont la préforme est issue d u procédé de fabrication selon l'invention.
La réalisation d'une structure composite comprend l'assemblage d'un renfort, se présentant généralement sous forme de fibres assurant la résistance mécanique de la structure, et d'une matrice assurant la cohésion de la structure.
De façon connue, le renfort peut être formé par un tissu à deux dimensions (2D) constitué par des fils de trame tissés avec des fils de chaîne, ce fils étant par exemple réalisés en carbone, en kevlar, ou encore en verre.
La matrice est de manière également connue constituée par une résine organique ou minérale. Dans le cas d'une matrice en résine par exemple, le procédé de fabrication de la pièce composite consistera en un moulage de couches de renfort, par transfert de résine (RTM pour « Resin Transfer Moulding », par infusion de résine liquide (LRI pour « Liquid Resin Infusion »), par infusion de film par résine (RFI pour « Resin Film Infusion ») ou par tout autre procédé d'imprégnation ou d'infiltration de résine, dans des éléments fibreux secs.
Un problème récurrent est lié à la résistance mécanique de ce type de structure, faisant fréquemment l'objet d'un délaminage entre les couches.
Une solution connue consiste à réaliser une structure composite à base de renfort à trois dimensions (2.5D ou 3D) présentant une meilleure tenue mécanique entre les couches de tissu, par rapport à un assemblage de tissus 2D.
Typiquement, une telle structure peut présenter différents types d'armure (mode d'entrecroisement des fils entre eux) en fonction du procédé de tissage choisi. On connaît par exemple comme tissage 3D le tissage dit « interlock » selon lequel on tisse plusieurs couches de fils de chaîne avec plusieurs couches de fils de trame, l'ensemble pouvant ou non être lié par au moins un fil de chaîne dit « de renfort » que l'on ajoute dans l'épaisseur du tissu afin de lier les différentes couches entre elles. La résistance mécanique notamment au délaminage se trouve augmentée par rapport à un assemblage de tissus 2D.
Lorsque le renfort est obtenu, on réalise l'opération visant à lui donner la cohésion recherchée. Il est nécessaire, avant d'introduire le renfort dans le moule pour injection de résine, de donner au renfort une forme qui soit la plus proche possible de celle à laquelle on veut aboutir après réalisation de l 'opération de cohésion . Cette opération de préparation de la préforme s'accomplit par exemple grâce à des découpages, pliages, etc. de certaines parties de la préforme. Pour réaliser cette phase de préparation de la préforme, il est donc essentiel que la préforme soit facilement modulable.
Selon les procédés de tissage 3D connus de l'art antérieur, les couches de tissus se retrouvent liées entre elles dans le sens de l'épaisseur.
On comprend donc que l'étape de préparation de la préforme avant injection est dans ce cas complexe, puisque le pliage est rendu impossible à cause de la liaison des couches entre elles, et que le découpage des fils de chaîne affecte grandement la résistance mécanique de la structure composite finale.
Une solution à ces problèmes consiste à réaliser plusieurs préformes tridimensionnelles que l'on lie entre elles par exemple par couture, de type « tufting », notamment afin de donner plusieurs épaisseurs à la pièce finale. Cette solution n'est pas non plus acceptable pour les raisons précitées en référence aux structures 2D, la tenue mécanique entre deux préformes n'étant pas suffisante.
La présente invention vise à résoudre l'ensemble des problèmes de l'art antérieur, et vise à réaliser une préforme monobloc, dont sa forme se rapproche au pl us de la pièce com posite à fabriq uer, qu i soit facilement modulable avant opération de cohésion.
A cet effet, l a présente i nvention con cerne un procédé de fabrication d'une préforme monobloc pour structure composite comprenant ladite préforme formant le renfort de la structure et une matrice, ladite préforme étant réalisée par un procédé de tissage tridimensionnel grâce à un métier à tisser comprenant au moins un peigne et au moins deux paires de harnais, chacun des harnais comprenant une plural ité de l isses, chacune des lisses étant équipée d'une pluralité d'œillets dont chacun est destiné au passage d'un fil de chaîne, les au moins deux paires de harnais étant réparties à altitudes d istinctes du métier à tisser de façon à former une plural ité d'étages, ledit procédé de fabrication étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes selon lesquelles :
- on positionne une pluralité de faisceaux de fils de chaîne répartis sur les au moins deux paires de harnais ;
- on effectue alternativement et à volonté :
o des mouvements de faible amplitude de chacune des au moins deux paires de harnais pour une longueur de fils de chaîne prédéterminée, de façon à ce que, lors de l'introduction de fils de trame, on réalise au moins deux couches adjacentes, indépendantes sur au moins une portion de la préforme ;
o des mouvements d'amplitude augmentée, par rapport auxdits mouvement de faible amplitude, des au moins deux paires de harnais, pour une longueur de fils de chaîne prédéterminée, de façon à ce que lors de l'introduction de fils de trame on lie au moins en partie les au moins deux couches adjacentes sur au moins une portion de la préforme.
Ainsi, en prévoyant un déliage partiel de couches adjacentes, la préforme réalisée peut être modulée manuellement avant de procéder à l'étape visant à donner la cohésion à la préforme.
Selon une caractéristique optionnelle, le procédé de fabrication selon l'invention, comprend une étape supplémentaire visant à positionner sur le métier à tisser des moyens de séparation de couches adjacentes de la préforme.
Ainsi, on évite la formation de liaison entre deux couches adjacentes.
Plus précisément, les moyens de séparation des couches comprennent au moins une tige que l'on positionne, à volonté en cours de tissage, d'une part entre le peigne et les paires de harnais, et d'autre part entre les couches adjacentes.
Selon une caractéristique du procédé de fabrication, on positionne au moins une partie d'un faisceau de fils de chaîne sur au moins un étage de paires de harnais, de façon à réaliser lors de l'introduction de fils de trame une section courante de la préforme, et on positionne au moins un faisceau de fils de chaîne à une altitude distincte d'un même harnais de façon à réaliser, lors de l'introduction de fils de trame, au moins une surépaisseur de la couche.
Ainsi, on fait varier l'épaisseur de la pièce ponctuellement de façon à créer un bossage dans le sens du fil de chaîne.
Selon une autre caractéristique optionnelle du procédé de fabrication selon l'invention, on dispose plusieurs fils de chaîne entre deux étages de fils de trame.
Ceci permet avantageusement de créer facilement une rainure dans une des couches de la préforme.
Par ailleurs, le procédé de fabrication comprend une étape visant à laisser libres au moins un fil de trame de façon à définir une zone d'usinage sans impact.
Le procédé de fabrication selon l'invention comprend également une étape supplémentaire visant à découper et/ ou à plier la préforme de façon à lui donner une forme proche de celle que l'on souhaite donner à la structure composite.
Selon l'invention, on tisse les fils de chaîne et les fils de trame selon un procédé de tissage de type interlock.
L'invention se rapporte également à un métier à tisser pour la mise en œuvre du procédé de fabrication selon l'invention, remarquable en ce qu'il comprend une pluralité de paires de harnais disposées côte à côte dans le sens de la trame, de façon à permettre un asservissement indépendant de chacun desdits harnais.
Ainsi, en disposant de plusieurs harnais indépendants dans le sens de la largeur de la préforme, on peut gérer les différents besoins de la préforme en termes d'épaisseur. La largeur de chacun des harnais correspond à une largeur de surépaisseur à donner à la préforme.
L'invention se rapporte encore à une poutre composite destinée à supporter le coulissement d'au moins un capot d'inverseur de poussée d'une nacelle pour turboréacteur, ladite poutre comprenant au moins une préforme tridimensionnelle et une matrice de cohésion, et étant remarquable en ce que ladite préforme est issue du procédé de fabrication selon l'invention. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, selon les modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, et en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre en vue isométrique la poutre composite que l'on souhaite réaliser ;
- la figure 2 représente la préforme vue à plat que l'on souhaite obtenir par tissage tridimensionnel ;
- la figure 3 représente schématiquement l'armure du tissage, c'est- à-dire le mode d'entrecroisement des fils de chaîne et des fils de trame ;
- la figure 4 représente un deuxième mode d'entrecroisement des fils de chaîne et des fils de trame ;
- la figure 5 illustre la préforme représentée en figure 2, une des languettes étant pliée ;
- la figure 6 illustre la liaison entre deux couches de la préforme ;
- la figure 7 est similaire à la figure 6, selon un autre mode de liaison des couches de la préforme ;
- la figure 8 représente la forme obtenue par le mode de liaison des couches représenté en figure 7 ;
- la figure 9 représente deux couches de la préforme, entre lesquelles sont installés des moyens de séparation des couches ;
- la figure 1 0 illustre la réal isation d'un bossage dans le sens chaîne C de la préforme ;
- la figure 1 1 représente la préforme que l'on cherche à fabriquer, dont la vue est centrée sur les rails ;
- la figure 12 illustre la réalisation d'une rainure lors du tissage de la préforme ;
- les fig u res 1 3 à 1 5 présentent les étapes de pliage et de découpage de la préforme issue du procédé de tissage ;
- la figure 1 6 illustre une étape du procédé de fabrication selon laquelle on réalise un déliage non perpendiculaire des fils de chaîne ;
- la figure 1 7 représente la préforme de type poutre, selon laquelle les renforts ne sont pas perpendiculaires à la paroi de la poutre ;
- la figure 18 détaille la zone d'usinage sans impact de la préforme. Su r l 'ensem ble des figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
Un aéronef est mû par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans une nacelle abritant également un ensemble de dispositifs d'actionnement annexes liés à son fonctionnement et assurant diverses fonctions lorsque le turboréacteur est en fonctionnement ou à l'arrêt. Ces dispositifs d'actionnement annexes comprennent notamment un système mécanique d'actionnement d'inverseur de poussée, dont le rôle est d'aider au freinage de l'avion lors de l'atterrissage.
Un inverseur de poussée comprend un ou plusieurs capots mobiles entre, d'une part, une position déployée dans laquelle ils ouvrent dans la nacel le u n passage destiné au fl ux dévié et, d'autre part, une position d'escamotage dans laquelle ils ferment ce passage.
Le ou les capots mobiles coulissent le long d'une ou de plusieurs poutres comprenant des rails de manière à ce qu'en reculant lors de la phase d'ouverture, ils découvrent des grilles d'aubes de déviation disposées dans l'épaisseur de la nacelle, le flux d'air froid traversant la nacelle se trouvant ainsi expulsé vers l'amont de la nacelle.
Certains passages de la description font directement référence à une telle poutre pour décrire le procédé de fabrication selon l'invention, mais en aucun cas ce procédé ne saurait se limiter à cette poutre, mais permet bien au contraire de réaliser tout type de préforme tissée pour structure composite, l'hypothèse selon laquelle la structure à fabriquer est une poutre étant simplement adoptée afin de rendre plus aisée la compréhension de l'invention.
La figure 1 illustre la poutre en matériaux composites que l'on souhaite réaliser.
Comme précédemment décrit et de manière connue, une structure composite comprend u ne pièce d ite « de renfort », qui donne la tenue mécanique à la structure finale, et une matrice, généralement à base de résine, qui assure la cohésion de la structure.
La structure de renfort est réalisée selon le procédé selon l'invention, selon lequel on fabrique une préforme 3D monobloc tissée par le métier à tisser selon l'invention. La figure 2 illustre la préforme, à plat, que l'on souhaite obtenir à l'issue du tissage 3D.
La préforme 1 comprend une languette 3 en sa partie inférieure, surmontée d'une paroi intermédiaire 5, puis d'une section courante 7.
La section courante 7 comprend en sa face supérieure 9 deux languettes 1 1 , de forme parallélépipéd ique, formant une surépaisseur de la section courante 7. La languette 3, la paroi intermédiaire 5, la section courante 7 et les lang uettes 1 1 forment des sous-ensembles de la préforme, qu'il convient de réal iser de façon unitaire, c'est-à-dire sans avoir à rapporter un sous-ensemble par rapport à un autre sous-ensemble. La réalisation d'une telle préforme monobloc permet, comme nous l'avons précisé précédemment, de donner à la structure composite finale une résistance mécanique supérieure à celle que l'on obtient par un renfort composé de préformes multiples.
La préforme 1 est réalisée par tissage tridimensionnel, et comprend dans le sens de sa longueur des fils de chaîne (suivant la direction C), et dans le sens de sa largeur des fils de trame (suivant la direction T).
L'armure du tissage, c'est-à-dire le mode d'entrecroisement des fils de chaîne et des fils de trame, est illustrée en figure 3.
La figure 3 représente en coupe longitudinale (dans le sens de la chaîne) une zone de la préforme que l'on a réalisé par tissage 3D.
Les fils de chaîne 13 adoptent la forme de dents de scie sur toute la longueur de la zone représentée de la préforme. Des fils de trame 15 sont installés perpendiculairement aux fils de chaîne, de façon à lier les fils de chaîne entre eux.
Ce type d'entrecroisement des fils de chaîne 13 et de trame 15 de la préforme 1 est appelé tissage « interlock ».
L'armature interlock est retenue comme exemple dans la description, mais il va de soi que la préforme peut être réalisée par tout autre type d'armature, par exemple de type « toile », « sergé », « satin », etc.
Selon un autre type de tissage interlock, représenté en figure 4, les fils de chaîne 13 et de trame 15 ne s'entrecroisent pas eux-mêmes, mais on introdu it de fils de chaîne dits « de renfort » 16, traversant la préforme dans son épaisseur afin de maintenir entre eux les fils de trame et les fils de chaîne. La densité du fil de chaîne de renfort 16 est variable en fonction du type d'armature retenue. Les sous-ensembles de la préforme 1 peuvent indifféremment être réalisés par tout type d'armature de tissus 3D, chacun des sous ensemble pouvant éventuellement être réalisé à partir d'une armature différente si l'homme du métier y trouve un intérêt particulier.
On se réfère aux figures 2 et 5, illustrant respectivement la préforme telle qu'on l'obtient à l'issue du procédé de tissage, et la même préforme en cours modulée en partie avant injection de résine.
On souhaite rabattre la languette 3 afin qu'elle soit sensiblement perpendiculaire à la paroi intermédiaire 5, comme représenté sur la figure 5.
On comprend bien qu'étant donné que l'on souhaite réaliser la préforme en une seule pièce, la languette 3 et la paroi 5 devront être liées entre elles seulement en partie, afin de pouvoir manipuler chacun de ces sous- ensembles indépendamment l'un de l'autre sur la partie non liée.
La figure 6 illustre en coupe longitudinale la façon dont les couches adjacentes inférieure 17, formant la languette 3, et supérieure 19, formant la paroi 5, ont été tissées grâce au procédé selon l'invention.
Le couches 17 et 19 comprennent une pluralité de fils de chaîne 13 et de trame 15. Le couches 17 et 19 sont indépendantes sur les portions 21 a et 21 b et sont liées entre elles sur la portion 23.
Le métier à tisser permettant de réaliser ce type de liaison partielle comprend une pluralité de paires de harnais, disposés à différentes altitudes du métier à tisser, formant une pluralité d'étages.
Plus précisément, un harnais comprend typiquement deux cadres reliés et séparés par des lisses. Chaque lisse comprend une pluralité d'œillets dans lesquels sont introduits les fils de chaîne.
On considère q ue le métier à tisser comprend deux étages de harnais, c'est-à-d ire une paire de harnais inférieur et une paire de harnais supérieur.
On insère les fils de chaîne 13 en début de procédé de tissage dans les œillets des paires de harnais inférieure et supérieure.
On met en mouvement les harnais inférieur et supérieur de façon à créer, lors de l'introduction de fil de trame 15, les couches adjacentes inférieure 17 et supérieure 19, indépendamment l'une de l'autre, obtenues pour une amplitude limitée du mouvement des harnais.
On parvient à lier ponctuellement ces deux couches adjacentes en augmentant temporairement l'amplitude des harnais par rapport à l'amplitude retenue pour réaliser les couches d istinctes. Du fil de trame est également installé sur toute l'épaisseur de la préforme au niveau de la portion 23.
Ainsi, les couches adjacentes 17 et 19 sont rendues indépendantes sur les portions 21 a et 21 b et liées entre elles sur la portion 23, ce qui permet de réaliser un pliage, par exemple manuel ou à l'aide d'une machine externe spécifique, de la languette 3 par rapport à la paroi 5.
L'amplitude des mouvements des harnais peut être variable en cours de tissage, de façon à permettre la réalisation de formes creuses de différentes épaisseurs.
Par exemple, selon une variante représentée en figure 7, l'ampl itude de mouvement des harnais est rédu ite sur une portion 25, sur laquelle les fils de trame ne sont plus installés, de façon à former une zone creuse 27. L'homme du métier complète par symétrie de façon à obten ir la pièce représentée en figure 8.
Les couches adjacentes sont d'épaisseur identiques et constantes tel que représenté sur la figure 8. Cependant, il est tout à fait possible de réal iser des couches adjacentes d'épaisseur distincte et évolutive grâce au procédé de fabrication selon l'invention.
Cette disposition est avantageuse car la préforme peut être équipée en cette zone creuse d'une pièce-outil permettant de réaliser un jour dans la structu re com posite fi nale . Cette zone creu se peut également présenter un intérêt lorsque l'on souhaite intégrer à la structure composite finale un noyau en mousse ou d e ty pe « nid d'abeilles » par exemple, permettant avantageusement d'améliorer la résistance mécanique de la pièce finale, notamment en compression.
Selon une autre variante du procédé selon l'invention, représentée figure 9, on installe des moyens de séparation des couches 17 et 19.
Les moyens de séparation comprennent, comme représenté sur la figure 9, une tige 28 que l'on dispose entre le peigne du métier à tisser (non représenté) et les harnais (non représentés), et entre deux couches adjacentes indépendantes 1 7 et 1 9. On s'assure ainsi que les fils de chaîne d'une des couches 1 7 ou 19 ne sont pas liés par inadvertance avec des fils de trame de l'autre des couches 17 ou 19.
On se réfère à présent à la figure 10, illustrant la réalisation d'un bossage dans le sens chaîne C de la préforme. On pourvoit initialement les harnais de fils de chaîne 13 que l'on dispose de façon à définir, lors de l'introduction de fils de trame 15, la couche 17 correspondant à la section courante de la préforme.
On dispose munit également les harnais de fils de chaîne 29, disposés à altitude distincte des fils de chaîne 13.
On réal ise u n tel bossage dans le sens chaîne C en installant temporairement pendant le tissage des fils de trame 30 sur une épaisseur 31 distincte de la couche 17 qui définit la section courante.
Le métier à tisser comprend une plural ité de paires de harnais disposées côte à côte dans le sens de la trame, de façon à permettre un asservissement indépendant de chacun desdits harnais.
Ceci permet d'éviter que l'introduction de fils de trame ne conduise à définir une surépaisseur de la section courante sur toute la largeur de la préforme.
Ainsi, la largeur d'une paire de harnais correspond aux largeurs des surépaisseurs que l'on souhaite donner à la préforme. Il est alors rendu possible d'introduire du fil de trame qui sera lié à la structure uniquement sur des largeurs préd éterm i n ées d e l a préform e d e façon à réa l i ser u n e surépaisseur sur une largeur prédéterminée.
A titre d'exemple, et en se référant à nouveau à la figure 2, à chacune des surépaisseurs 1 1 correspond une paire de harnais, dont la largeur d ' u n e pa i re de ha rna is est sensiblement égale à une largeur L d'une surépaisseur.
Pour un étage considéré, le métier à tisser comprend autant de paire de harnais qu'on le souhaite, chacune des paires correspondant à une largeur de couche.
Ainsi, on réalise à volonté des surépaisseurs de la section courante, dont la largeur est variable à volonté.
Dans l'exemple considéré, les surépaisseurs 1 1 de la section courante 7 sont destinées à assurer la fonction de rails 32 de la poutre, visibles en figure 1 1 , le long desquels coulissera le capot d'inverseur de poussée.
Les rails 32 subissent des efforts mécaniques importants lors du coul issement d u capot, et le procédé de fabrication selon l' invention , qui permet de réaliser la préforme en une seule partie, est particulièrement avantageux pour fournir à la pièce la tenue mécanique qu'elle nécessite. Il doit être compris que de tels niveaux d'exigences mécaniques ne peuvent pas être atteints par un procédé de fabrication de préforme selon l'art antérieur, selon lequel les rails sont inévitablement constitués par des préformes rapportées à la préforme principale.
Enfin, selon une autre éta pe d u procédé de fabrication selon l'invention, on dispose plusieurs fils de chaîne 13 entre deux étages de fils de trame 15, comme illustré en figure 12.
Les fils de chaîne 13 se retrouvent tassés par les fils de trame 15, ce qui permet de créer une rainure.
II va de soi qu'il est tout à fait possible, voire indispensable lors de la réal isation de certa ines pièces, de com biner entre eux pl usieurs des procéd és d e tissage précités , d ' u n e pa rt afi n d e l i m i te r l es éta pes supplémentaires de façonnage de la préforme, et d'autre part afin d'éviter l'assemblage de préformes multiples, qui affectent les caractéristiques mécaniques de la structure composite finale.
On se réfère maintenant aux figures 13 à 15, illustrant les étapes à réaliser pour parvenir à la forme souhaitée.
On parvient la forme de la préforme telle qu'illustrée en figure 14 grâce à une étape de pliage de la section courante 7 de la préforme, le long d'une ligne 33.
Ensuite, afin de réal iser les renforts 34, on réal ise d'abord une opération de découpage de la paroi intermédiaire 5, selon les lignes 35a, 35b, 35c, 35d. Ensuite, on rabat chacune des deux parties issues du découpage des lignes 35a, 35b, 35c, 35d. On obtient ainsi les renforts 34.
Avantageusement, ces renforts sont réalisées à partir de la préforme 1 , sans avoir à rapporter de pièce supplémentaire, ce qu i permet d'obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques de la structure composite finale.
Ensu ite, on découpe les renforts 34 pour leur donner leur forme finale, telle que représentée en figure 15.
On parvient alors, après ces étapes de découpage et de pliage de portions de la préforme 1 issue du procédé de fabrication selon l'invention, à une préforme monobloc tridimensionnelle proche de la forme de la structure composite finale.
Les fils de chaîne qui ne sont pas assemblés avec des fils de trame après le procédé de tissage sont découpés. On se réfère à présent à la figure 16, illustrant une étape du procédé de fabrication selon laquelle on réalise un déliage non perpendiculaire des fils de chaîne.
La tige 28 est montée mobile en translation sur le métier à tisser dans une direction parallèle à celle du sens de la chaîne, et coulisse en cours de tissage. Cela permet d'éviter la liaison des 2 couches adjacentes 17, 19 sur la totalité de la largeur du tissu où se trouve la tige.
Selon une variante (non représentée sur le figures), afin d'obtenir un liage ou un déliage parallèle, on prévoit deux tiges chacune positionnée à une extrémité de la partie liée de la préforme. Les tiges sont montées mobiles en translation sur le métier à tisser, et se déplacent dans une direction parallèle à celle du sens de la chaîne, dans un sens contraire.
Dans l'exemple de fabrication de la préforme de type poutre, représentée figure 17, il faut que les renforts 34 ne soient pas perpendiculaires à la paroi 5 de la poutre. Pour cela, les liens interlock sont arrêtés en biais grâce à la tige.
Selon un autre aspect du procédé de fabrication selon l'invention, la préforme peut également faire l'objet d'un usinage afin de réaliser des perçages 36, visible notamment en figure 15.
Selon un aspect de l'invention , on prévoit dans la préforme une portion uniquement pourvue de fils de trame.
En se référant à la figu re 18, on réalise par le procédé de fabrication selon l'invention une zone d'usinage sans impact 37, correspondant à une portion de la couche dans laquelle des fils de trame sont laissés libres, permettant de ne pas affecter les sommets 39 de fils de chaîne 13 lors d'une opération de perçage.
Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de fabriquer une préforme monobloc tissée tridimensionnelle, en partie non liée dans le sens de la chaîne, que l'on peut très avantageusement moduler afin de former le renfort d'une structure composite.
Ainsi, il n'est plus nécessaire de réaliser des préformes multiples, dont les liaisons entre elles ne présentent pas une bonne tenue mécanique. II est important de noter que la préforme décrite dans l'invention peut être réalisée indifféremment en remplaçant les fils de chaîne par les fils de trame, et en remplaçant les fils de trame par les fils de chaîne. Cette substitution peut permettre un gain de temps de fabrication de la préforme ou une diminution de la perte de matière.
Il peut également être intéressant d'intervertir les fils de trame et les fils de chaîne en fonction de la nature du métier à tisser, ou en fonction de la contrainte technique liée à la géométrie de la pièce à fabriquer.
Comme il va de soi, le procédé de fabrication ne se limite en aucune manière à la fabrication d'une préforme d'une poutre pour inverseur de poussée, cet exemple ayant été décrit uniquement dans le but d'illustrer la mise en œuvre du procédé, mais s'applique au contraire à tout procédé de tissage tridimensionnel.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une préforme (1 ) monobloc pour structure composite comprenant ladite préforme formant renfort de la structure et une matrice, ladite préforme étant réal isée par un procédé de tissage tridimensionnel grâce à un métier à tisser comprenant au moins un peigne et au moins deux paires de harnais, chacun des harnais comprenant une pluralité de lisses, chacune des lisses étant équipée d'une pluralité d'œillets dont chacun est destiné au passage d'un fil de chaîne (13), les au moins deux paires de harnais étant réparties à altitudes distinctes du métier à tisser de façon à former une pl ural ité d'étages, ledit procédé de fabrication étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes selon lesquelles :
- on positionne une pluralité de faisceaux de fils de chaîne (13) répartis sur les au moins deux paires de harnais ;
- on effectue alternativement et à volonté :
o des mouvements de faible amplitude de chacune des au moins deux paires de harnais pour une longueur desdits fil s de chaîne prédéterm inée, de façon à ce que, lors de l'introduction de fils de trame (15), on réalise au moins deux couches (17, 19) adjacentes, indépendantes sur au moins une portion (21 a) de la préforme ;
o des mouvements d'amplitude augmentée, par rapport auxdits mouvement de faible amplitude, desdites au moins deux paires de harnais, pour une longueur desdits f i l s d e c h a în e prédéterminée, de façon à ce que lors de l'introduction de fils de trame (15) on l ie au moins en partie les au moins deux couches adjacentes (17, 19) entre elles sur au moins une portion (23) de la préforme.
2. Procédé de fabrication d'une préforme (1 ) monobloc pour structure composite selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire visant à positionner sur le métier à tisser des moyens de séparation de couches adjacentes (17, 19) de la préforme.
3. Procédé de fabrication d'une préforme (1) monobloc pour structure composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de séparation des couches comprennent au moins une tige (28) que l'on positionne, à volonté en cours de tissage, d'une part entre le peigne et les paires de harnais, et d'autre part entre les couches adjacentes (17, 19).
4. Procédé de fabrication d'une préforme (1 ) monobloc pour structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on positionne au moins une partie d'un faisceau de fils de chaîne (13) sur au moins un étage de paires de harnais, de façon à réaliser lors de l'introduction de fils de trame (15) une section courante (7) de la préforme (1), et on positionne au moins un faisceau de fils de chaîne (29) à une altitude distincte d'un même harnais de façon à réaliser, lors de l'introduction de fils de trame (30), au moins une surépaisseur (31) de là couche (17).
5. Procédé de fabrication d'une préforme (1 ) monobloc pour structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on dispose plusieurs fils de chaîne (13) entre deux étages de fils de trame (15).
6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire visant à laisser libres au moins un fil de trame (15) de façon à définir une zone d'usinage sans impact (37).
7. Procédé de fabrication d'une préforme (1) monobloc pour structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire visant à découper et/ ou à plier la préforme (1) de façon à lui donner une forme proche de celle que l'on souhaite donner à la structure composite.
8. Procédé de fabrication d'une préforme (1) monobloc pour structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on tisse les fils de chaîne (13) et les fils de trame (15) selon un procédé de tissage de type interlock.
9. Métier à tisser pour la mise en œuvre du procédé de fabrication tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de paires de harnais disposées côte à côte dans le sens de la trame, de façon à permettre un asservissement indépendant de chacun desdits harnais.
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