FR3060441A1 - Structure de composant et procede pour la fabriquer - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une structure de composant (100) comportant au moins un composant de surface (300), courbe, sur lequel est agencé au moins un composant de rigidification (200), courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface (300), courbe. Le composant de rigidification (200), courbe, comprend un matériau composite renforcé de fibres et forme des tronçons de flexion (170), qui sont consolidés par un raidisseur d'âme (220).

Description

Titulaire(s) : DEUTSCHES ZENTRUM FUR LUFTUND RAUMFAHRT E.V..
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PONTET ALLANO & ASSOCIES.
STRUCTURE DE COMPOSANT ET PROCEDE POUR LA FABRIQUER.
FR 3 060 441 - A1 tri/) L'invention concerne une structure de composant (100) comportant au moins un composant de surface (300), courbe, sur lequel est agencé au moins un composant de rigidification (200), courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface (300), courbe. Le composant de rigidification (200), courbe, comprend un matériau composite renforcé de fibres et forme des tronçons de flexion (170), qui sont consolidés par un rai disseur d'âme (220).
Figure FR3060441A1_D0001
Figure FR3060441A1_D0002
i
Structure de composant et procédé pour la fabriquer
L'invention concerne une structure de composant comportant au moins un composant de surface, courbe, sur lequel est agencé au moins un composant de rigidification, courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer cette structure.
Un fuselage d'avion est en règle générale un assemblage de tronçons partiels en forme de coque ou tubulaires. Les tronçons partiels sont en l'occurrence constitués d'un revêtement mince appelé peau, qui présente une forme courbe, et confère ainsi au fuselage d'avion ultérieur sa forme tubulaire. La peau mince est soutenue à l'intérieur par des couples ou cadres courbes en direction périphérique, et souvent également par des lisses de rigidification rectilignes, dans la direction longitudinale, de manière que les lisses de rigidification et les couples courbes confèrent sa stabilité à la peau mince du fuselage de l'avion.
Si, en dehors des couples, on utilise également pour assurer la stabilité, des lisses de rigidification, les couples présentent généralement à cet effet des évidements, pour que les lisses puissent traverser les couples, sans interruption. Les lisses de rigidification ainsi que les couples se croisent donc réciproquement et confèrent une stabilité et une rigidité particulières à la peau mince du fuselage. Des couples métalliques simples pour assurer la stabilité de fuselages métalliques usuels (par exemple en aluminium), sont fabriqués de manière économique, par déformation plastique (formage par roulage), tandis que des couples métalliques plus complexes ou subissant des charges plus élevées sont fabriqués par usinage par enlèvement de copeaux.
L'utilisation croissante de matériaux composites renforcés de fibres dans l'industrie aéronautique, met de plus en plus en avant l'exigence d'une fabrication d'un fuselage d'avion, y compris ses éléments de renfort et de rigidification (lisses, couples), en un matériau composite renforcé de fibres. Comme, aussi bien les matériaux composites renforcés de fibres après leur durcissement, que les matériaux métalliques après leur formage, ne peuvent être déformés élastiquement ou plastiquement que de façon restreinte, les zones de liaison à la peau de fuselage doivent être amenées à la dimension de raccordement concrète de façon très laborieuse, par une masse de remplissage, parce que la géométrie d'un fuselage est localement très différente. Ce travail pour l'adaptation géométrique locale, manuelle, des zones d'assemblage du couple rigide aux segments partiels respectifs de la peau de fuselage, est très coûteux.
En outre, l'usinage mécanique des ébauches de profils est très coûteux. Dans le cas de couples métalliques obtenus par fraisage, ce sont particulièrement le volume élevé de copeaux d'usinage et la durée d'usinage relativement longue qui en résulte qui pèsent particulièrement dans la balance. Les reprises d'usinage mécaniques ultérieures d'ébauches de couples en matériaux composites renforcés de fibres, entraînent une usure d'outil élevée et nécessitent un capotage fermé conséquent du dispositif d'usinage par enlèvement de copeaux, en raison des poussières électriquement conductrices et nocives pour la santé.
Aussi, le but de la présente invention consiste-t-il à indiquer une structure de composant améliorée et un procédé amélioré pour sa fabrication, permettant de fabriquer des composants de surface, courbes, tels qu'utilisés en tant que segments partiels pour la fabrication de fuselages d'avions, à l'aide de couples, en un matériau composite renforcé de fibres, sans que les inconvénients connus de par l'état de la technique l'emportent sur les avantages obtenus par l'utilisation de matériaux composites renforcés de fibres.
Le but recherché est atteint grâce à une structure de composant comportant au moins un composant de surface, courbe, sur lequel est agencé au moins un composant de rigidification, courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe, caractérisée en ce que le composant de rigidification, courbe, est fabriqué en un matériau composite renforcé de fibres et possède une semelle intérieure et une semelle extérieure, entre lesquelles est formé un tronçon d'âme par rapport auquel la semelle intérieure et la semelle extérieure sont coudées sous un certain angle, en ce que la semelle extérieure et le tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe, sont sectionnés par segments en direction de la semelle intérieure, de façon à former plusieurs tronçons de flexion reliés mutuellement par l'intermédiaire de la semelle intérieure, en ce que des tronçons de flexion voisins sont respectivement coudés les uns par rapport aux autres sous un certain angle, de sorte que le composant de rigidification, courbe, forme une courbure qui correspond à la courbure du composant de surface, courbe, et en ce que sur le tronçon d'âme est agencé un raidisseur d'âme, qui couvre au moins partiellement les sectionnements par segments dans le tronçon d'âme.
Au sens de la présente invention, un matériau composite renforcé de fibres désigne un matériau, qui notamment possède une propriété anisotrope et présente deux constituants principaux, à savoir un matériau à base de fibres et un matériau de matrice. Le matériau à base de fibres est noyé dans le matériau de matrice et forme, après durcissement du matériau de matrice, qui est généralement une résine thermoplastique ou thermodurcissable, une unité intégrale avec le matériau à base de fibres, ce qui permet d'obtenir une résistance et une rigidité très élevées dans la direction des fibres. En-dehors de ces constituants principaux, les matériaux composites peuvent en outre renfermer ou comporter d'autres matériaux.
Conformément à l'invention, il est proposé une structure de composant comportant au moins un composant de surface, courbe, sur lequel est agencé au moins un composant de rigidification, courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe. Un tel composant de surface, courbe, peut par exemple être un tronçon d'une peau de fuselage d'un fuselage d'avion, tandis que le composant de rigidification (également appelé composant de renfort) représente un couple courbe, qui s'étend dans la direction périphérique de la courbure et est agencé sur le composant de surface, courbe.
Conformément à l'invention, il est proposé de fabriquer le composant de rigidification, courbe, en un matériau composite renforcé de fibres, c'est-àdire que le composant de rigidification, courbe, comporte un tel matériau composite renforcé de fibres et les constituants principaux que sont matériau à base de fibres et matériau de matrice. Le composant de rigidification, courbe, possède ici une semelle intérieure et une semelle extérieure, qui sont agencées respectivement sur des côtés longitudinaux opposés du composant de rigidification, courbe, un tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe, étant prévu entre la semelle intérieure et la semelle extérieure.
Aussi bien la semelle intérieure que la semelle extérieure sont ici coudées sous un certain angle par rapport au tronçon d'âme, de sorte qu'il en résulte, en section transversale du composant de rigidification, courbe, une forme de profil correspondante. Une telle forme de profil peut par exemple être un profil en Z, en U ou en C.
Conformément à l'invention, la semelle extérieure ainsi que le tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe, sont sectionnés par segments en direction de la semelle intérieure, de sorte qu'il en résulte plusieurs sectionnements sur toute la longueur du composant de rigidification, courbe. Ce composant de rigidification, courbe, présente ainsi plusieurs sectionnements. Ces sectionnements donnent lieu à plusieurs tronçons de flexion, reliés mutuellement par l'intermédiaire de la semelle intérieure. Un tronçon de flexion est ainsi formé entre deux sectionnements. Des tronçons de sectionnement voisins, séparés l'un de l'autre par un seul sectionnement, sont encore reliés l'un à l'autre au moins par l'intermédiaire de la semelle intérieure.
Des tronçons de flexion voisins sont en l'occurrence coudés chacun par rapport à l'autre selon un certain angle, de sorte que le composant de rigidification, courbe, forme justement ladite courbure, qui correspond à la courbure du composant de surface, courbe. En coudant d'un certain angle les tronçons de flexion voisins l'un par rapport à l'autre, le composant de rigidification, courbe, est coudé par segments et donc courbé, de sorte qu'il s'établit ensuite une courbure correspondante de l'ensemble du composant de rigidification. La courbure ainsi réalisée du composant de rigidification, courbe, qui s'est établie en coudant les tronçons de flexion les uns par rapport aux autres, correspond à la courbure du composant de surface, courbe, de sorte que le composant de rigidification, courbe, et le composant de surface, courbe, peuvent être assemblés en respectant certaines tolérances.
Conformément à l'invention, sur le tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe, est finalement agencé un raidisseur d'âme, qui s'étend le long de la courbure du composant de rigidification, courbe, et qui couvre au moins partiellement les sectionnements par segments dans le tronçon d'âme, de sorte que le raidisseur d'âme confère un champ de cisaillement au composant de rigidification, courbe, permettant ainsi au composant de rigidification, courbe, d'acquérir une stabilité plus élevée après le processus d'assemblage du raidisseur d'âme.
Le raidisseur d'âme peut en l'occurrence être fabriqué en un matériau composite renforcé de fibres, ce qui est très avantageux, et être relié par une liaison par continuité de matière au tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe. Cette liaison par continuité de matière peut par exemple être réalisée par soudage, lorsqu'il s'agit concernant le matériau de matrice du matériau composite renforcé de fibres, qui est utilisé pour le composant de rigidification, courbe, d'une part et le raidisseur d'âme d'autre part, d'un matériau de matrice thermoplastique, qui fond par apport de chaleur et peut former une liaison par continuité de matière avec l'autre composant respectif.
Le composant de rigidification, courbe, est ici agencé sur le composant de surface, courbe, par l'intermédiaire soit de la semelle extérieure, soit de la semelle intérieure, en vue de stabiliser et de rigidifier de manière correspondante le composant de surface, courbe.
La présente invention permet ainsi de renforcer un composant de surface, courbe, à l'aide d'un composant de rigidification, courbe, de manière telle que d'une part, le composant de rigidification, courbe, puisse être relié, sans grande compensation de tolérances, au composant de surface, courbe, par l'intermédiaire de la semelle intérieure ou respectivement de la semelle extérieure, et que d'autre part, on puisse néanmoins atteindre en même temps une stabilité et une rigidité très élevées. La faible compensation de tolérances est réalisée grâce aux sectionnements et grâce à l'opération simple consistant à couder les tronçons de flexion individuels les uns par rapport aux autres, ce qui est particulièrement avantageux dans une telle structure de composant, tandis que la stabilisation est ensuite améliorée par le raidisseur d'âme sous la forme d'un champ de cisaillement supplémentaire.
Conformément à l'invention, une première pièce constitutive (semelle intérieure, tronçon d'âme et semelle extérieure) souple en flexion est rigidifiée à l'aide d'un élément de champ de cisaillement, qui y est assemblé ultérieurement, de façon à conférer au support en flexion sa rigidité finale. La première pièce constitutive peut ainsi être liée sans interstice au composant de surface, courbe, tandis que la deuxième pièce constitutive (raidisseur d'âme) en tant qu'élément de champ de cisaillement, qui est assemblée ultérieurement à la première pièce, établit la stabilité et la rigidité nécessaires du support en flexion.
Avantageusement, la semelle intérieure et la semelle extérieure sont coudées d'un angle de 90° par rapport au tronçon d'âme, de sorte que la semelle intérieure ou respectivement la semelle extérieure puissent être assemblées de façon précise au composant de surface, courbe. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les tronçons de flexion voisins sont coudés les uns par rapport aux autres sous un angle < 3°, ce qui présente l'avantage de permettre l'utilisation d'un profil déjà consolidé avec une semelle intérieure et une semelle extérieure déjà coudées. En effet, pour des tronçons de flexion coudés les uns par rapport aux autres avec un angle inférieur ou égal à 3°, le matériau composite renforcé de fibres consolidé peut encore être coudé dans la zone de la semelle intérieure, sans endommager le matériau.
Le matériau à base de fibres du tronçon d'âme présente de préférence une orientation de fibres de ± 45° (alternativement entre - 45° et + 45°), tandis que le raidisseur d'âme est réalisé en plusieurs couches de matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres, et possède une orientation des fibres de 0° et 90° (également de manière alternée).
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D'après un mode de réalisation avantageux, certains ou tous les sectionnements par segments dans le composant de rigidification, courbe, sont formés par des évidements dans la semelle extérieure et le tronçon d'âme, à travers lesquels s'étendent alors des éléments de rigidification agencés sur le composant de surface, courbe. Les éléments de rigidification agencés sur le composant de surface, courbe, par exemple des lisses de rigidification, s'étendent ici dans la direction longitudinale de courbure du composant de surface, courbe, et s'étendent sensiblement une ligne droite. Les éléments de rigidification s'étendent ainsi notamment coaxialement à l'axe de courbure de la courbure du composant de surface, courbe.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le raidisseur d'âme est composé d'une pluralité d'éléments de raidisseur d'âme préfabriqués, les éléments de raidisseur d'âme individuels étant reliés chacun à des éléments de raidisseur d'âme voisins et étant agencés sur le tronçon d'âme, notamment par une liaison par continuité de matière. La liaison des éléments de raidisseur d'âme individuels peut en l'occurrence être effectuée par des clés de liaison par complémentarité de formes ou par serrage, appropriées, pour garantir ainsi une application et une transmission de force dans la direction d'étendue du raidisseur d'âme.
Le but recherché est également atteint grâce à un procédé pour fabriquer une structure de composant dans laquelle sur un composant de surface, courbe, est agencé au moins un composant de rigidification, courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe, le procédé comprenant les étapes suivantes consistant à :
fournir et préparer un composant de surface, courbe ; fabriquer une préforme de surface plane en plusieurs couches de matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres, un tronçon de semelle intérieure étant prévu sur un premier côté longitudinal de la préforme de surface plane, un tronçon de semelle extérieure sur un deuxième côté longitudinal de la préforme de surface plane, qui est opposé audit premier côté longitudinal, et un tronçon d'âme entre le tronçon de semelle intérieure et le tronçon de semelle extérieure ;
couder le tronçon de semelle intérieure pour former ainsi une semelle intérieure, et couder le tronçon de semelle extérieure pour former ainsi une semelle extérieure, le tronçon d'âme étant formé entre la semelle intérieure et la semelle extérieure ;
réaliser des sectionnements par segments dans le tronçon de semelle extérieure et dans le tronçon d'âme de la préforme de surface plane ou coudée, de manière à former plusieurs tronçons de flexion, qui sont reliés mutuellement par l'intermédiaire du tronçon de semelle intérieure ;
couder des tronçons de flexion voisins respectivement sous un certain angle les uns par rapport aux autres, de manière à former un composant de rigidification, courbe, présentant une courbure ; agencer le composant de rigidification, courbe, sur le composant de surface, courbe, de manière à ce qu'il s'étende dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe ; et agencer un raidisseur d'âme sur le tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe, de manière à couvrir au moins partiellement les sectionnements par segments dans le tronçon d'âme.
Conformément à l'invention, il est proposé un procédé pour fabriquer une structure de composant dans laquelle sur un composant de surface, courbe, est agencé au moins un composant de rigidification, courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe. On commence par fournir et préparer un composant de surface, courbe.
On fabrique une préforme de surface plane en plusieurs couches de matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres, un tronçon de semelle intérieure étant prévu sur un premier côté longitudinal de la préforme de surface plane, un tronçon de semelle extérieure sur un deuxième côté longitudinal de la préforme de surface plane, opposé audit premier côté longitudinal, et un tronçon d'âme entre le tronçon de semelle intérieure et le tronçon de semelle extérieure. La préforme de surface plane s
est ici fabriquée en un matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres, et peut, après sa fabrication, notamment se présenter sous forme consolidée, c'est-à-dire que le matériau de matrice est durci partiellement ou en totalité.
Après la fabrication de la préforme, et, le cas échéant après la réalisation des sectionnements, on coude alors par rapport au tronçon d'âme, le tronçon de semelle intérieure pour former ainsi une semelle intérieure, et on coude le tronçon de semelle extérieure pour former ainsi une semelle extérieure, de manière à conférer sa forme de profil à la préforme. Si la préforme de surface plane était déjà consolidée, il s'avère très avantageux, suivant le degré de consolidation, de faire fondre le matériau de matrice, dans le cas de l'utilisation de résines thermoplastiques, dans la zone de flexion, pour permettre ainsi de couder les tronçons de semelle intérieure et les tronçons de semelle extérieure. En d'autres termes, la préforme est fabriquée de manière telle, que le tronçon de semelle intérieure et le tronçon de semelle extérieure, après fabrication de la préforme, puissent encore être coudés pour former la semelle intérieure et la semelle extérieure, ce qui est par exemple réalisable en chauffant le matériau de matrice de façon à le rendre plastique dans le cas d'une préforme consolidée, ou bien en coudant la préforme à l'état non consolidé.
On réalise des sectionnements par segments dans le tronçon de semelle extérieure et dans le tronçon d'âme de la préforme de surface plane ou coudée, de manière à former plusieurs tronçons de flexion, qui sont reliés mutuellement par l'intermédiaire du tronçon de semelle intérieure. Ces sectionnements peuvent par exemple être réalisés par découpage, par exemple par coupe au jet d'eau. A la fin de l'étape de la réalisation des sectionnements par segments, la préforme de surface plane ou coudée présente un grand nombre de sectionnements qui s'étendent à partir du tronçon de semelle extérieure en direction du tronçon de semelle intérieure, sans toutefois venir tangenter le tronçon de semelle intérieure. Les sectionnements ne s'étendent notamment pas dans le tronçon de semelle intérieure.
Les sectionnements peuvent être réalisés dans la préforme déjà coudée. Il s'avère toutefois plus avantageux de commencer par fabriquer la préforme de surface plane en plusieurs couches de matériaux à base de fibres, puis de découper les contours correspondants, les sectionnements par segments pouvant ainsi être réalisés dans la préforme de surface plane. On coude ensuite de manière appropriée le tronçon de semelle intérieure et le tronçon de semelle extérieure. L'ordre de ces deux étapes de procédé est ainsi variable.
On coude ensuite les tronçons de flexion voisins, chacun sous un certain angle par rapport à l'autre, de manière à former un composant de rigidification, courbe, présentant une courbure. Pour couder les tronçons de flexion individuels les uns par rapport aux autres, on coude ces tronçons de flexion par rapport au tronçon de semelle intérieure ou à la semelle extérieure, ce qui est avantageusement faisable en échauffant dans la zone des coudes le matériau de matrice thermoplastique, dans la mesure où un tel matériau a été utilisé.
Après avoir coudé les tronçons de flexion voisins, le composant de rigidification, courbe, présente une courbure qui correspond sensiblement à la courbure du composant de surface, courbe, ce qui permet d'agencer sur le composant de surface, courbe, le composant de rigidification, courbe, de manière à ce qu'il s'étende dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface, courbe. La courbure du composant de rigidification, courbe, ne doit pas obligatoirement être exactement égale à la courbure du composant de surface, courbe, mais il suffit en effet que le composant de rigidification, courbe, présente une courbure qui corresponde sensiblement à la courbure du composant de surface, courbe. En effet, des travaux de compensation pour minimiser les interstices, peuvent encore être entrepris pendant l'agencement du composant de rigidification, courbe sur le composant de surface.
L'agencement du composant de rigidification, courbe, sur le composant de surface peut en l'occurrence être réalisé moyennant une liaison par continuité de matière, par exemple par soudage.
Avant ou après l'agencement du composant de rigidification sur le composant de surface, un raidisseur d'âme est agencé sur le tronçon d'âme du composant de rigidification, courbe, de manière à couvrir au moins partiellement les sectionnements par segments dans le tronçon d'âme. A cet effet, on commence par fournir et préparer un tel raidisseur d'âme. Le raidisseur d'âme s'étend le long du composant de rigidification, courbe, en suivant la courbure, de sorte que le raidisseur d'âme présente une courbure ίο qui correspond à la courbure du composant de rigidification, courbe, et respectivement du composant de surface, courbe.
Le raidisseur d'âme peut en l'occurrence avoir également été fabriqué en un matériau composite renforcé de fibres, et il s'avère avantageux que le raidisseur d'âme soit tout d'abord fabriqué en tant que préforme en plusieurs couches de matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres, qui est ensuite consolidée. L'agencement du raidisseur d'âme sur le composant de rigidification, courbe, est ensuite effectué par une liaison par continuité de matière, comme par exemple par soudage.
De manière avantageuse, les tronçons de flexion voisins sont coudés par formage par roulage.
Les sectionnements par segments peuvent avantageusement être réalisés par découpe d'un évidement avec un contour, qui correspond au contour d'éléments de rigidification agencés sur le composant de surface, courbe, de sorte que le composant de rigidification, courbe, peut être agencé sur le composant de surface, de manière telle que des éléments de rigidification (par exemple des lisses) déjà agencés sur le composant de surface, et s'étendant dans la direction longitudinale de la courbure, traversent le composant de rigidification.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le raidisseur d'âme comprend plusieurs éléments de raidisseur d'âme, notamment consolidés, le raidisseur d'âme étant ensuite composé par la réunification des éléments de raidisseur d'âme, en reliant mutuellement des éléments de raidisseur d'âme voisins, et en les agençant sur le tronçon d'âme. Les éléments de raidisseur d'âme peuvent présenter des clés de liaison à leurs extrémités, pour permettre de relier convenablement les éléments de raidisseur d'âme respectivement voisins par une liaison par complémentarité de formes et/ou par serrage.
Avantageusement, la structure de composant est une partie d'une structure de fuselage d'avion, le composant de surface, courbe, étant une partie de la peau extérieure de la structure d'avion, et le composant de rigidification, courbe, étant un couple de fuselage.
L'invention va être explicitée plus en détail, sous forme d'exemple, au regard des figures annexées. Celles-ci montrent :
Figure 1 une représentation schématique de la fabrication d'une structure de composant conforme à l'invention ;
Figure 2 un mode de réalisation d'une structure de composant conforme à l'invention.
La figure 1 montre, en quatre étapes, la fabrication de la structure de composant 100 conforme à l'invention, telle que représentée dans la dernière étape d).
Dans l'étape a) montrée en haut, on commence par fabriquer une préforme à base de fibres 110 de surface plane, par dépôt en couches multiples d'un matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres. L'orientation des fibres est de préférence modifiée dans chaque couche, par exemple de manière qu'une orientation de fibres de + 45° alterne avec une orientation de fibres de - 45° dans la couche suivante. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, on procède au dépôt d'un matériau à base de fibres dans lequel a déjà été infiltré le matériau de matrice. De tels matériaux à base de fibres sont également désignés par prépregs.
Après avoir fabriqué la préforme à base de fibres 110 par le dépôt en couches multiples du matériau à base de fibres pré-imprégné, on procède à la consolidation du matériau de matrice contenu dans le matériau à base de fibres, c'est-à-dire qu'on le durcit au moins partiellement de façon à ce qu'il ne modifie plus de manière plastique, sa forme de composant ultérieure. Si la préforme 110 est consolidée complètement, on parle de durcissement complet.
A l'aide d'un dispositif de découpage, on découpe ensuite le contour 120 de la préforme à base de fibres 110, pour obtenir un genre d'ébauche de préforme. Le découpage du contour 120 peut ici par exemple être effectué par découpe au jet d'eau ou au moyen d'autres dispositifs de coupe.
La préforme 110 est en l'occurrence découpée avec un contour 120 de manière à former des évidements par segments 130, dépourvus de matériau à base de fibres. Ces évidements vont servir à recevoir les éléments de rigidification s'étendant longitudinalement agencés sur le composant de surface, comme montré plus loin.
Les évidements 130 sont réalisés à partir d'un tronçon de semelle extérieure 140 prévu et à travers un tronçon d'âme 150 également prévu, en direction d'un tronçon de semelle intérieure 160. Le tronçon de semelle intérieure 160 n'est pas entaillé.
Entre les évidements 130 sont donc formés des tronçons de flexion, qui présentent respectivement des tronçons de semelle extérieure séparés et des tronçons d'âme 150 séparés, et qui sont reliés mutuellement par l'intermédiaire du tronçon de semelle intérieure 160 commun.
En plus des évidements 130, on peut prévoir d'autres sectionnements endehors des évidements 130, par exemple pour réduire l'étendue des tronçons de flexion 170, et pouvoir ainsi réaliser des tracés de courbure de degré plus fin.
Après sa fabrication avec son contour 120 et les évidements 130, la préforme 110 est soumise à un formage dans l'étape b), pour former la semelle extérieure 180 en coudant le tronçon de semelle extérieure 140, et la semelle intérieure 190 en coudant le tronçon de semelle intérieure 160. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le résultat obtenu est, comme le montre la vue en section transversale, un profil coudé en Z.
Comme la préforme 110 est déjà consolidée et au moins partiellement durcie dans la première étape, il est nécessaire, avant de la couder dans l'étape b), d'amener le matériau de matrice dans un état plastiquement déformable. Dans le cas d'un matériau de matrice thermoplastique, cela est obtenu par apport de chaleur, ce qui rend la préforme plastiquement déformable, et permet le formage des tronçons considérés et ainsi de couder le tronçon de semelle extérieure pour former la semelle extérieure 180, et le tronçon de semelle intérieure pour former la semelle intérieure 190. Si toutefois, on utilise des matériaux de matrice non pas thermoplastiques, mais thermodurcissables, les tronçons de semelle doivent être coudés avant consolidation de la préforme, puisqu'un apport de chaleur ultérieur ne permet plus de déformation plastique.
Lorsque la semelle extérieure 180 et la semelle intérieure 190 ont été convenablement coudées dans l'étape b), ce qui peut par exemple être effectué par formage par roulage, on réalise dans l'étape c) la courbure de la préforme 110 pour produire ainsi le composant de rigidification 200, courbe. A cet effet, des tronçons de flexion 170 voisins sont coudés selon un certain angle l'un par rapport à l'autre, dans leur zone de liaison 210 formée par la liaison des tronçons de flexion 170 voisins au moyen de la semelle intérieure 190, ledit angle n'étant de préférence pas plus grand que 3°. A cet effet, on peut envisager de chauffer les zones de liaison 210 pour conférer ainsi au matériau une aptitude à la déformation plastique. Si grâce aux évidements 130 sont formés au total 60 tronçons de flexion 170, et que ces tronçons de flexion 170 sont coudés chacun de 3° par rapport à ses tronçons de flexion voisins, il en résulte une demi-coque de 180°, telle qu'utilisée souvent dans la fabrication de pièces de fuselages d'avions.
De préférence, les tronçons de flexion 170 sont coudés sous un certain angle par rapport à des tronçons de flexion 170 voisins, de manière qu'il s'établisse globalement, une courbure du composant de rigidification 200, courbe, qui correspond à une courbure d'un composant de surface 300, courbe, par exemple une peau de fuselage. Ainsi, il est possible au cours de l'étape suivante d), d'assembler, sans autres adaptations, le composant de rigidification 200, courbe, au côté intérieur du composant de surface 300, courbe, par l'intermédiaire de la semelle extérieure 180, en réalisant ainsi la structure de composant 100. A cette occasion, la semelle extérieure 180 de chaque tronçon de flexion 170, est par exemple soudée au composant de surface 300, courbe, ce qui conduit à une liaison par continuité de matière de l'ensemble de la semelle extérieure 180 avec le côté intérieur du composant de surface 300, courbe.
Comme le composant de rigidification 200, courbe, est encore, dans une certaine mesure, flexible en flexion, il est possible de réaliser une compensation de tolérances au niveau des zones d'assemblage où le composant de rigidification 200, courbe, est agencé par la semelle extérieure 180, sur le composant de surface 300, courbe, de sorte que le composant de rigidification 200, courbe, peut être agencé de manière plus précise contre le composant de surface 300, courbe.
Ensuite, comme cela est encore montré dans l'étape d), un raidisseur d'âme 220 est agencé sur le tronçon d'âme 150 du composant de rigidification 200, courbe, et est assemblé à celui-ci par une liaison par continuité de matière, ce qui confère un champ de cisaillement supplémentaire au composant de rigidification 200, courbe, en vue de pouvoir absorber des sollicitations de forces dans la direction du rayon de courbure (radialement à la courbure). Cet élément supplémentaire de champ de cisaillement sous la forme d'un raidisseur d’âme 220, est ici également fabriqué en un matériau composite renforcé de fibres, et présente dans ce cas une construction multicouches en fibres, avec dans ce cas, de préférence, une alternance d'orientations de fibres de 0° et de 90°. L'orientation de fibres de 0° correspond ici à une orientation de fibres dans la direction d'étendue du raidisseur d'âme 220.
L'assemblage par une liaison de continuité de matière du raidisseur d'âme 220 avec le tronçon d'âme 150 peut par exemple être effectué par soudage, si l'on a utilisé des matériaux de matrice thermoplastiques appropriés. Si l'on utilise des matériaux de matrice thermodurcissables, le raidisseur d'âme 220 peut également être collé sur le tronçon d'âme 150.
Le raidisseur d'âme 220 couvre dans ce cas au moins partiellement les évidements 130 dans le tronçon d'âme 150, pour éviter que les tronçons de flexion 170 se coudent davantage les uns par rapport aux autres, et combattre ceci.
Grâce au découplage géométrique de l'élément de champ de cisaillement 220 et du tronçon d'âme 150, le couple dispose pendant le montage, de la flexibilité nécessaire, pour pouvoir être monté sans adaptation locale. L'assemblage terminal de l'élément de champ de cisaillement 220 sous la forme du raidisseur d'âme, est ici également très simple, parce qu'il suffit d'assembler deux pièces planes avec des degrés de liberté géométriques importants. La fabrication de l'élément de champ de cisaillement peut dans le cas le plus simple, se faire sous la forme d'un tronçon d'anneau circulaire plat, ou bien il est possible d'appliquer et d'assembler par segments, des panneaux ou profilés droits.
Un exemple pour l'application par segments de l'élément de champ de cisaillement 220 est représenté sur la figure 2. Le raidisseur d'âme 220 comprend ici un grand nombre d'éléments de raidisseur d'âme 230, qui sont assemblés à leurs extrémités, pour former le raidisseur d'âme 220. Il est en l'occurrence envisageable d'agencer des clés d'assemblage aux extrémités des éléments de raidisseur d'âme individuels 230, soient agencés des clés d'assemblage pour pouvoir relier par complémentarité de formes et par serrage les éléments de raidisseur d'âme ainsi assemblés. Une telle clé d'assemblage peut par exemple être ce qu'on appelle une clé d'assemblage du type puzzle.
Nomenclature des repères
100 structure de composant
110 préforme
5 120 contour
130 évidements/sectionnements par segments
140 tronçon de semelle extérieure
150 tronçon d'âme
160 tronçon de semelle intérieure
10 170 tronçons de flexion
180 semelle extérieure
190 semelle intérieure
200 composant de rigidification, courbe
210 zones de liaison
15 220 raidisseur d'âme
230 éléments de raidisseur d'âme
300 composant de surface, courbe

Claims (12)

  1. Revendications
    1. Structure de composant (100) comportant au moins un composant de surface (300), courbe, sur lequel est agencé au moins un composant de rigidification (200), courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface (300), courbe, caractérisée en ce que le composant de rigidification (200), courbe, est fabriqué en un matériau composite renforcé de fibres et possède une semelle intérieure (190) et une semelle extérieure (180), entre lesquelles est formé un tronçon d'âme (150) par rapport auquel la semelle intérieure (190) et la semelle extérieure (180) sont coudées sous un certain angle, en ce que la semelle extérieure (180) et le tronçon d'âme (150) du composant de rigidification (200), courbe, sont sectionnés par segments en direction de la semelle intérieure (190), de façon à former plusieurs tronçons de flexion (170) reliés mutuellement par l'intermédiaire de la semelle intérieure (190), en ce que des tronçons de flexion (170) voisins sont respectivement coudés les uns par rapport aux autres sous un certain angle, de sorte que le composant de rigidification (200), courbe, forme une courbure qui correspond à la courbure du composant de surface (300), courbe, et en ce que sur le tronçon d'âme (150) est agencé un raidisseur d'âme (220), qui couvre au moins partiellement les sectionnements par segments (130) dans le tronçon d'âme (150).
  2. 2. Structure de composant (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le raidisseur d'âme (220) est fabriqué en un matériau composite renforcé de fibres, et est relié par continuité de matière au tronçon d'âme (150) du composant de rigidification (200), courbe.
  3. 3. Structure de composant (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que certains ou tous les sectionnements par segments (130) dans le composant de rigidification (200), courbe, sont formés par des évidements (130) dans la semelle extérieure (180) et le tronçon d'âme (150), à travers lesquels s'étendent des éléments de rigidification agencés sur le composant de surface (300), courbe.
  4. 4. Structure de composant (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les éléments de rigidification agencés sur le composant de surface (300), courbe, s'étendent dans la direction longitudinale de courbure de la courbure du composant de surface (300), courbe.
  5. 5. Structure de composant (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le raidisseur d'âme (220) est composé d'une pluralité d'éléments de raidisseur d'âme (230), qui sont reliés respectivement à des éléments de raidisseur d'âme (230) voisins et sont agencés sur le tronçon d'âme (150).
  6. 6. Structure de composant (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composant de rigidification (200), courbe, est agencé par une liaison par continuité de matière sur le composant de surface (300), courbe, par l'intermédiaire de la semelle extérieure (180) ou de la semelle intérieure (190).
  7. 7. Structure de composant (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure de composant (100) est une partie d'une structure de fuselage d'avion, le composant de surface (300), courbe, étant une partie de la peau extérieure de la structure d'avion, et le composant de rigidification (200), courbe, étant un couple de fuselage.
  8. 8. Procédé pour fabriquer une structure de composant (100) dans laquelle sur un composant de surface (300), courbe, est agencé au moins un composant de rigidification (200), courbe, s'étendant dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface (300), courbe, le procédé comprenant les étapes suivantes consistant à :
    fournir et préparer un composant de surface (300), courbe ; fabriquer une préforme de surface plane en plusieurs couches de matériau à base de fibres d'un matériau composite renforcé de fibres, un tronçon de semelle intérieure (160) étant prévu sur un premier côté longitudinal de la préforme de surface plane, un tronçon de semelle extérieure (140) sur un deuxième côté longitudinal de la préforme de surface plane, qui est opposé audit premier côté longitudinal, et un tronçon d'âme (150) entre le tronçon de semelle intérieure (160) et le tronçon de semelle extérieure (140) ; couder le tronçon de semelle intérieure (160) pour former ainsi une semelle intérieure (190), et couder le tronçon de semelle extérieure (140) pour former ainsi une semelle extérieure (180), le tronçon d'âme (150) étant formé entre la semelle intérieure (190) et la semelle extérieure (180) ;
    réaliser des sectionnements par segments (130) dans le tronçon de semelle extérieure (140) et dans le tronçon d'âme (150) de la préforme de surface plane ou coudée, de manière à former plusieurs tronçons de flexion (170), qui sont reliés mutuellement par l'intermédiaire du tronçon de semelle intérieure (160) ;
    couder des tronçons de flexion (170) voisins respectivement sous un certain angle les uns par rapport aux autres, de manière à former un composant de rigidification (200), courbe, présentant une courbure ; agencer le composant de rigidification (200), courbe, sur le composant de surface (300), courbe, de manière à ce qu'il s'étende dans la direction périphérique de la courbure du composant de surface (300), courbe ; et agencer un raidisseur d'âme (220) sur le tronçon d'âme (150) du composant de rigidification (200), courbe, de manière à couvrir au moins partiellement les sectionnements par segments (130) dans le tronçon d'âme (150).
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tronçons de flexion (170) voisins sont coudés par formage par roulage.
  10. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le raidisseur d'âme (220) est assemblé par continuité de matière, avec le tronçon d'âme (150) du composant de rigidification (200), courbe.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les sectionnements par segments (130) sont réalisés respectivement par découpe d'un évidement avec un contour (120), qui correspond au contour (120) d'éléments de rigidification agencés sur le composant de surface (300), courbe.
  12. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le raidisseur d'âme (220) est composé d'une pluralité d'éléments de raidisseur d'âme (230), que Ton relie respectivement à des éléments de raidisseur d'âme (230) voisins et que Ton agence sur le tronçon d'âme (150).
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