FR2985213A1 - Panneau composite auto-raidi et procede de realisation - Google Patents

Abstract

L'invention propose un panneau (10) composite auto-raidi comportant une peau externe (16), une peau interne (18) superposée sur la peau externe (16), qui recouvre une face interne de la peau externe (16) et au moins un raidisseur (14) faisant saillie vers l'intérieur par rapport à la peau interne (18), qui s'étend selon une direction longitudinale, caractérisé en ce que le raidisseur (14) est réalisé d'une seule pièce avec la peau interne (18) et consiste en une partie de la peau interne (18) qui est située à distance de la peau externe. L'invention propose aussi un procédé de réalisation d'un tel panneau auto-raidi (10).

Description

PANNEAU COMPOSITE AUTO-RAIDI ET PROCEDE DE REALISATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un panneau comportant des éléments augmentant sa rigidité et un procédé de réalisation d'un tel panneau. L'invention concerne plus particulièrement un panneau en matériau composite du type appelé "auto-10 raidi", destiné à être appliqué au fuselage ou à un caisson structural d'un aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un panneau auto-raidi consiste, d'une manière générale, en une plaque plane ou cintrée sur 15 laquelle des raidisseurs sont rapportés, afin d'améliorer la résistance de cette plaque aux sollicitations mécaniques qui lui sont appliquées. Selon un mode de réalisation connu, la plaque est réalisée en matériau composite, sur lequel 20 les raidisseurs, eux aussi en matériau composite, sont rapportés. Plusieurs méthodes sont utilisées pour réaliser l'assemblage des raidisseurs sur la plaque. Une première méthode, appelée "secondary 25 bonding" consiste à coller chaque raidisseur sur la plaque postérieurement à la polymérisation de la plaque et à la polymérisation des raidisseurs. Cette méthode est relativement simple à mettre en oeuvre. Cependant, elle est particulièrement 30 contraignante, notamment du fait que les surfaces à coller doivent être particulièrement propres et que les formes de la plaque et des raidisseurs doivent correspondre les unes aux autres. Une deuxième méthode, appelée "co-bonding" consiste à monter des raidisseurs non polymérisés sur une plaque polymérisée, ou bien à monter des raidisseurs polymérisés sur une plaque non polymérisée. Ensuite, l'ensemble est mis en place dans un autoclave, pour polymériser le ou les composants qui n'étaient pas polymérisés. Une telle méthode est aussi contraignante, notamment du fait qu'elle implique deux étapes de polymérisation, et que la liaison s'effectue ici encore par collage.

Une troisième méthode, appelée "co-curing" consiste à assembler par cocuisson les raidisseurs non polymérisés sur la plaque qui n'est pas polymérisée. Cette méthode permet de n'utiliser qu'une seule étape de polymérisation. Cependant, cette méthode 20 implique d'utiliser des moyens pour le positionnement des raidisseurs, ainsi que le maintien des éléments raidisseur dans leur forme fonctionnelle. L'invention a pour but de proposer un panneau comportant des raidisseurs qui est réalisé de 25 manière à assurer une liaison durable entre la plaque et les raidisseurs. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un panneau composite auto-raidi comportant une peau externe, une peau 30 interne superposée sur la peau externe, qui recouvre une face interne de la peau externe et au moins un raidisseur faisant saillie vers l'intérieur par rapport à la peau interne, caractérisé en ce que le raidisseur est réalisé d'une seule pièce avec la peau interne et consiste en une partie de la peau interne qui est située à distance de la peau externe. Le fait que chaque raidisseur soit réalisé d'une seule pièce avec la peau interne permet d'avoir une surface de liaison importante entre chaque raidisseur et la plaque.

De préférence, la peau interne, la peau externe et le raidisseur sont solidarisés les uns aux autres lors d'une même étape de liaison. De préférence, le raidisseur délimite un conduit tubulaire, conjointement avec la peau externe.

De préférence, le conduit tubulaire est de forme convexe, bombé verticalement vers l'intérieur. De préférence, le panneau comporte un insert qui est reçu à l'intérieur du conduit et qui est de forme complémentaire à la forme du conduit.

De préférence, l'insert est réalisé en matériau composite et est solidarisé à la peau interne et à la peau externe lors de l'étape de liaison. De préférence, l'insert est réalisé en matériau composite et est solidarisé à la peau interne et à la peau externe par collage. L'invention propose aussi un procédé de réalisation d'un panneau composite tel que décrit précédemment qui comporte une étape de mise en place d'une première peau sur un élément de moule, une étape de mise en place d'un insert sur ladite première peau, une étape de mise en place d'une deuxième peau de manière à recouvrir la première peau et ledit insert, et une étape de liaison simultanée d'au moins les deux peaux. De préférence, la première peau est apte à 5 former la peau externe du panneau, et la deuxième peau est plaquée contre la première peau et l'insert lors de l'étape de mise en place de la deuxième peau. De préférence, la deuxième peau est maintenue en appui contre l'insert lors de l'étape de 10 liaison par l'intermédiaire d'une tôle de conformage de forme complémentaire à la forme de l'insert. De préférence, la première peau est apte à former la peau interne du panneau, et l'élément de moule comporte une cavité de forme complémentaire à la 15 forme du raidisseur, contre la paroi interne de laquelle, une partie de la première peau, correspondant au raidisseur, est appliquée puis l'insert est introduit dans ladite gorge lors de l'étape de mise en place de l'insert. 20 De préférence, l'insert est au moins partiellement non rigidifié lors de sa mise en place et est rigidifié conjointement avec les deux peaux lors de l'étape de liaison. De préférence, l'insert est maintenu en 25 forme lors de l'étape de liaison par l'intermédiaire d'un élément amovible. De préférence, l'insert est complètement rigidifié au moment de sa mise en place et il est lié aux deux peaux par collage. 30 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une section partielle d'un panneau composite auto-raidi comportant un raidisseur réalisé conformément à l'invention ; - les figures 2A à 20 sont des vues représentant des étapes successives de réalisation d'un panneau composite selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3A à 3D sont des vues représentant des étapes successives de réalisation d'un panneau composite selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Pour la description de l'invention, on 20 adoptera à titre non limitatif les orientations verticale et transversale selon le repère V, T indiqué à la figure 1. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront 25 désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 un panneau 10 du type auto-raidi, qui comporte une plaque principale 15 et une pluralité de raidisseurs 14, qui sont fixés à la plaque 15, dont un seul raidisseur 14 est 30 représenté. Dans la description qui va suivre on fera référence à un seul raidisseur 14, il sera compris que cette description s'applique à l'identique à tous les autres raidisseurs 14 du panneau 10. La plaque 15 est réalisée à partir de deux 5 peaux 16, 18 en matériau polymère, à savoir une peau externe 16, qui est ici représentée en bas de la figure 1, et une peau interne 18 située dessus la peau externe 16. Les peaux sont réalisées dans un même 10 matériau. Selon un premier mode de réalisation, chaque peau est réalisée en matériau composite, comportant des fibres en au moins un matériau, appelées renfort, qui sont liées entre elles par une matrice 15 telle qu'une résine. Les peaux sont liées entre elles et sont rigidifiée par la polymérisation de la résine constituant leur matrice. Selon un deuxième mode de réalisation, chaque peau est réalisée en un textile et les peaux 20 sont liées entre elles et rigidifiées par une résine injectée par la suite. Selon un troisième mode de réalisation, chaque peau est réalisée en matériau thermoplastique qui est apte à être chauffé à une température 25 supérieure à la température de fusion du matériau, pour lier les peaux entre elles et pour les rigidifier. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation et que les peaux peuvent être réalisées en d'autres matériaux, sans 30 sortir du domaine de l'invention.

Le panneau 10 a, par exemple, pour but de former une partie du fuselage d'un aéronef, la peau externe 16 étant alors située à l'extérieur de l'aéronef.

Ici, le panneau 10 est représenté sous la forme d'une plaque plane sensiblement horizontale. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette forme du panneau 10, qui peut consister en une plaque cintrée et/ou courbée.

Aussi, pour faciliter la compréhension de l'invention, le panneau 10 est représenté selon une orientation principale horizontale. Il sera compris que le panneau 10 peut avoir toute autre orientation sans sortir du domaine de l'invention.

Le raidisseur 14 est destiné à être agencé à l'intérieur du fuselage, il est donc situé du côté interne du panneau 10. Le raidisseur 14 est en outre réalisé de manière qu'il fait saillie vers l'intérieur par rapport à la peau interne 18.

Le raidisseur 14 consiste en un élément allongé qui s'étend ici selon une direction principale longitudinale. Puisqu'il fait saillie verticalement vers l'intérieur par rapport à la peau interne, il confère une raideur supplémentaire à la flexion à la plaque 15. Le raidisseur 14 est réalisé d'une seule pièce avec la peau interne 18, il consiste en une partie de la peau interne 18 qui n'est pas accolée à la peau externe 16 afin de s'étendre à distance de la peau externe 16.

Ici, le raidisseur 14 est formé de manière qu'il présente une courbure en forme de dôme, c'est-à-dire qu'il est convexe, bombé verticalement vers l'intérieur. Selon une variante de réalisation, la section du raidisseur peut être de forme polygonale, par exemple rectangulaire ou triangulaire. Selon une variante de réalisation (non représentée), le raidisseur 14 est formé par un pli de la peau interne 18, comportant deux portions accolées l'une à l'autre. Un tel mode de réalisation du raidisseur 14 permet d'avoir un très bon mode de fixation du raidisseur 14 sur la plaque 15 car la surface de fixation correspond à la surface générale de la peau interne 18. Aussi, il n'y a pas de pied de fixation du raidisseur avec la plaque 15, de manière telle que la plaque 15 ne comporte aucune surépaisseur autre que le raidisseur 14. Une plus grande surface est alors disponible pour la fixation d'autres éléments sur la plaque 15. Du fait de sa forme principale convexe, le raidisseur 14 délimite avec la peau externe 16 un canal tubulaire 20.

Selon un premier aspect du canal tubulaire 20, son volume intérieur est laissé vide, ce qui limite l'augmentation de poids de la plaque 15. Selon un autre aspect du canal tubulaire 20, un insert 22 est agencé à l'intérieur du canal tubulaire 20 délimité par le raidisseur 14. L'insert 22 est de section complémentaire à la section du canal tubulaire 20. Selon un mode de réalisation préféré, l'insert 22 est lui aussi un élément creux, c'est-à5 dire tubulaire. Selon une variante (non représentée), l'insert consiste en un élément plein. Comme on le décrira plus en détails par la suite, l'insert 22 a pour but de maintenir la portion de la peau interne 18 formant le raidisseur 14 en forme 10 lors des opérations de réalisation du panneau 10. Selon un autre mode de réalisation, l'insert 22 apporte certaines propriétés au panneau 10, telles que des propriétés mécaniques ou de conduction électrique, par exemple. 15 Le matériau et la structure de l'insert 22 sont alors déterminés en conséquence. De préférence, l'insert 22 est réalisé lui aussi en matériau polymère et il est fixé aux peaux interne 18 et externe 16 lors du procédé de réalisation 20 du panneau 10, comme on le verra plus en détails par la suite. On a représenté aux figures 2A à 2C différentes étapes d'un premier mode de réalisation du procédé de fabrication du panneau 10 qui vient d'être 25 décrit. Le procédé comporte une première étape de mise en place des deux peaux 16, 18 et de l'insert 22 sur un moule 24, puis une étape de liaison des peaux 16, 18. 30 Le moule 24 comporte une face supérieure sur laquelle les peaux sont mises en place, et qui est conformée en fonction de la forme du panneau 10 à obtenir. Comme on peut le voir à la figure 2A, l'étape de mise en place des peaux consiste premièrement à positionner, ou draper, une première peau sur le moule 24. Ici, cette première peau est la peau externe 16 de la plaque 15. Ensuite, l'insert 22 est posé sur la peau externe 16, à la position correspondant à la position à venir du raidisseur 14. Ici, deux inserts 22 sont posés sur la peau externe 16 de manière telle que le panneau comportera deux raidisseurs 14. Ensuite, la peau interne 18 est drapée sur la peau externe 16 et les inserts 22.

Comme représenté à la figure 2B, le drapage de la peau interne 18 est effectué en appliquant d'une part une certaine tension sur la partie de la peau interne 18 qui n'est pas encore en contact sur la peau externe 16 ou les inserts 22, et en exerçant une action progressive d'appui de la peau interne 18 sur la peau externe 16 ou les inserts 22, pour s'assurer du bon contact de la peau interne 18 avec la peau externe 16 ou les inserts 22, notamment au niveau de la liaison entre les inserts 22 et la peau externe 16.

Ensuite, comme on peut le voir à la figure 2C, des tôles de conformage 26 sont mises en place sur la peau interne 18, au niveau des inserts 22, pour maintenir la peau interne 18 en appui contre les inserts 22 afin d'obtenir des raidisseurs 14 de la forme voulue.

L'étape de liaison peut consister en plusieurs modes d'assemblage des peaux 16, 18. Selon le mode de réalisation selon lequel les peaux sont réalisées en matériau composite, l'étape de liaison consiste en une étape de polymérisation de la résine constituant chaque peau. Cette polymérisation simultanée, ou cocuisson, de la résine constituant les deux peaux 16, 18 permet d'une part de lier les deux peaux 16, 18 ensemble et d'autre part, de rigidifier les peaux 16, 18. Selon le mode de réalisation selon lequel les peaux sont réalisées en matériau textile, l'étape de liaison consiste à injecter une résine sur les peaux 16, 18 qui consistent chacune en un textile. La résine 15 est ensuite polymérisée de manière à lier les deux peaux 16, 18 ensemble et à rigidifier les peaux 16, 18. Selon le mode de réalisation selon lequel les peaux sont réalisées en matériau thermoplastique, l'étape de liaison consiste à chauffer chaque peau à 20 une température supérieure à la température de fusion du matériau, de manière à lier les deux peaux 16, 18 ensemble et à rigidifier les peaux 16, 18. L'étape de liaison consiste à mettre en place une bâche à vide 28 dessus l'ensemble comprenant 25 les peaux 16, 18, les inserts 22 et les tôles de conformage 26, créer un vide d'air entre le moule 24 et la bâche à vide 28, puis de réaliser la liaison des peaux 16, 18 tel que défini précédemment. On a représenté aux figures 3A à 3D 30 différentes étapes d'un deuxième mode de réalisation du procédé de fabrication du panneau 10. 2 Le procédé comporte une première étape de mise en place des deux peaux 16, 18 et de l'insert 22 sur un moule 24, puis une étape de liaison des peaux 16, 18 tel que définie précédemment. Ainsi, à l'issue de l'étape de liaison, les peaux 16, 18 et le raidisseur 14 sont liés entre eux et sont durcis. Le moule 24 comporte une face supérieure sur laquelle les peaux 16, 18 sont mises en place, et qui est conformée en fonction de la forme de la plaque 15 à obtenir. Le moule 24 comporte en outre des cavités 30 de section complémentaire à la section des raidisseurs 14 à obtenir. Comme on peut le voir à la figure 3A, l'étape de mise en place des peaux consiste premièrement à positionner, ou draper, une première peau sur le moule 24. Ici, cette première peau est la peau interne 18 de la plaque 15. La peau interne 18 est ainsi apposée contre la face supérieure du moule 24 et aussi contre la paroi 20 interne de chaque cavité 30. Pour cela, un outil 32 de forme complémentaire à la forme de la cavité est utilisé pour repousser la peau interne 18. De préférence, la forme de l'outil 32 est identique à la forme de chaque insert 25 22. Ensuite, un insert 22 est mis en place à l'intérieur de chaque cavité 30, de manière telle que la partie de la peau interne 18, qui est destinée à former un raidisseur 14, est maintenue en appui contre 30 la paroi interne de la cavité 30 associée par l'insert 22.

Lorsque chaque insert 22 est reçu dans la cavité 30 associée, sa surface supérieure affleure avec la surface supérieure de la peau interne 18. Enfin, comme représenté à la figure 3C, la 5 peau externe 16 est drapée sur la peau interne 18 et les inserts 22. Comme on peut le voir à la figure 3D, l'étape de liaison consiste à mettre en place une plaque 34 de répartition de pression dessus la peau 10 externe 16 puis mettre en place une bâche à vide 28 dessus la plaque de répartition de pression 34. Un vide d'air est alors créé entre le moule 24 et la bâche à vide 28, puis la liaison des peaux 16, 18 est effectuée tel que défini précédemment. Ainsi, à 15 l'issue de l'étape de liaison, les peaux 16, 18 et le raidisseur 14 sont liés entre eux et sont durcis. Comme on l'a dit précédemment, chaque insert 22 est réalisé en matériau polymère similaire au matériau des deux peaux 16, 18 et il est fixé aux deux 20 peaux 16, 18. Selon un premier aspect de chaque insert 22, lorsque les peaux 16, 18 et l'insert 22 sont réalisés en matériau composite, l'insert 22 n'est pas polymérisé lors de sa mise en place dans la cavité 30 25 associée. Il forme alors un élément cru, (ou frais), qui ne peut conserver une forme de lui-même lorsqu'il est mis en place ni lors de l'étape de liaison. Aussi, selon un autre aspect, les peaux 16, 18 et l'insert 22 sont réalisés en matériau 30 thermoplastique, ou bien en matériau composite et l'insert 22 est partiellement polymérisé lorsqu'il est mis en place sur la première peau. Selon cet autre aspect, l'insert 22 est suffisamment rigide pour conserver sa forme lors de sa mise en place, mais il ne peut pas conserver sa forme lors de l'étape de polymérisation. De tels modes de réalisation de l'insert 22, selon lesquels l'insert est partiellement rigide ou n'est pas rigide, permettent d'améliorer la liaison des peaux 16, 18 avec l'insert 22. Cette liaison est particulièrement résistante et ne nécessite pas l'emploi d'autres moyens de fixation. Cependant, l'insert 22 peut ne pas supporter les efforts de pression lors de l'étape de cuisson.

Pour maintenir l'insert dans sa forme, un mandrin interne (non représenté) est disposé à l'intérieur de l'insert 22 pour maintenir l'insert 22 en forme, lors de l'étape de liaison, pour supporter les pressions subies.

Le mandrin consiste en un élément amovible et est retiré hors de l'insert 22 à la fin de l'étape de liaison. Par exemple, le mandrin consiste en une vessie gonflable que l'on gonfle lors de l'étape de mise en place, qui est maintenue dans son état gonflée lors de l'étape de liaison et qui est dégonflée postérieurement à l'étape de cuisson, pour faciliter son extraction. Selon un autre mode de réalisation, l'insert 22 est complètement polymérisé lorsqu'il est mis en place sur la première peau. Ainsi, l'insert 22 est suffisamment rigide pour résister aux efforts de pression lors de l'étape de liaison, ce qui permet de ne pas avoir à utiliser de mandrin tel que décrit précédemment, contrairement aux deux modes de réalisation précédents.

Cependant, la liaison de l'insert ne peut se faire que par l'utilisation d'une colle supplémentaire. Selon une variante de réalisation de l'invention, concernant chacun des deux procédés de réalisation du panneau 10 décrits précédemment, et selon un mode de réalisation du panneau 10 pour lequel le volume intérieur du canal tubulaire 20 est laissé vide, les inserts 22 sont retirés du panneau 10 postérieurement à l'étape de liaison des peaux 16, 18.

Pour permettre l'extraction de chaque insert 22, selon un premier aspect, la forme des raidisseurs 14 et des inserts 22 est adaptée pour une extraction des inserts 22, par exemple, les raidisseurs 14 et les inserts 22 ont une forme conique.

Selon un autre aspect, les inserts 22 sont aptes à être détruits postérieurement à l'étape de liaison, ils sont par exemple réalisés en matériaux hydrosolubles.25

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Panneau (10) composite auto-raidi comportant une peau externe (16), une peau interne (18) superposée sur la peau externe (16), qui recouvre une face interne de la peau externe (16) et au moins un raidisseur (14) faisant saillie vers l'intérieur par rapport à la peau interne (18), qui s'étend selon une direction longitudinale, caractérisé en ce que le raidisseur (14) est réalisé d'une seule pièce avec la peau interne (18) et consiste en une partie de la peau interne (18) qui est située à distance de la peau externe.
2. 2. Panneau (10) composite selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la peau interne (18), la peau externe (16) et le raidisseur (14) sont solidarisés les uns aux autres lors d'une même étape de liaison.
3. 3. Panneau (10) composite selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le raidisseur (14) délimite un conduit tubulaire (20), conjointement avec la peau externe (16).
4. 4. Panneau (10) composite selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit tubulaire (20) est de forme convexe, bombé verticalement vers l'intérieur.
5. 5. Panneau (10) composite selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte un insert (22) qui est reçu à l'intérieur du conduit(20) et qui est de forme complémentaire à la forme du conduit (20).
6. 6. Panneau (10) composite selon la 5 revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (22) est solidarisé à la peau interne (18) et à la peau externe (16) lors de l'étape de liaison.
7. 7. Panneau (10) composite selon la 10 revendication 5, caractérisé en ce que l'insert (22) est réalisé en matériau composite et est solidarisé à la peau interne (18) et à la peau externe (16) par collage. 15
8. 8. Procédé de réalisation d'un panneau (10) composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comporte : - une étape de mise en place d'une première peau (16, 18) sur un élément de moule (24), 20 une étape de mise en place d'un insert (22) sur ladite première peau (16, 18), une étape de mise en place d'une deuxième peau (18, 16) de manière à recouvrir la première peau (16, 18) et ledit insert (22), et 25 une étape de liaison simultanée d'au moins les deux peaux (16, 18).
9. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la première peau est apte à 30 former la peau externe (16) du panneau (10), caractérisé en ce que la deuxième peau (18) est plaquée contre la première peau et l'insert (22)lors de l'étape de mise en place de la deuxième peau (18).
10. 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième peau (18) est maintenue en appui contre l'insert (22) lors de l'étape de liaison par l'intermédiaire d'une tôle de conformage (26) de forme complémentaire à la forme de l'insert (22).
11. 11. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la première peau est apte à former la peau interne (18) du panneau (10), caractérisé en ce que l'élément de moule (24) comporte une cavité (30) de forme complémentaire à la forme du raidisseur (14), contre la paroi interne de laquelle, une partie de la première peau (18), correspondant au raidisseur (14), est appliquée puis l'insert (22) est introduit dans ladite gorge lors de l'étape de mise en place de l'insert (22).
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l'insert (22) est au moins partiellement non rigidifié au moment 25 de sa mise en place et est rigidifié conjointement avec les deux peaux (16, 18) lors de l'étape de liaison.
13. 13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (22) est 30 maintenu en forme lors de l'étape de liaison par l'intermédiaire d'un élément amovible.
14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l'insert (22) est complètement rigidifié au moment de sa mise en place et il est lié aux deux peaux (16, 18) par collage.