Brevet FR2028744A1 — publié le 19701016

- 1 - 2028744 La présente invention se rapporte à des structures qui doivent résister à des efforts qui leur sont imposes par des charges de flexion, de cisaillement, de torsion ou de traction ou par des combinaisons de celles-ci. 5 Un exemple type d'une steucture qui doit supporter de tels efforts est donné par l'aile d'un avion qui, en particulier pendant l'atterrissage et le décollage,est soumise à des efforts complexes. Par exemple, de Moments de torsion sont appliqués à l'aile par la réaction des ailerons contre l'air atmosphérique j 10 des moments de flexion sont dus au montage en porte-à faux de l'aile par rapport au fuselage de l'avion ; et des charges directes peuvent être appliquées par dés eœmbles de trains d' amerrissage et de réservoirs de carburant, etc... situés dans l'aile. De plus, pendant le vol, des efforts sont imposés par le roulis, 15 le tangage et les mouvements de lacet de l'avion. D'habitude, les structures légères sont réalisées en soudant ensemble des éléments de châssis tubulaires ou par d'autres sections appropriées d'éléments de châssis, ou bien en boulonnant ensemble les éléments-de châssis avec l'aide d'équerres 20 ou de cornières. Si l'on pouvait utiliser des matières plastiques renforcées par des fibres, les surfaces collées de celles-ci présenteraient une résistance élevée aux efforts de cisaillement, c'est à dire à des efforts s'exerçant tangentiellement sur ces surfaces, 25 mais elles seraient relativement faibles vis-à-vis de la traction lorsque des oomposant :s de forces sont exercées suivant une direction perpendiculaire aux surfaces collées et de ce fait celles-ci tendraient à s'arracher l'une de l'autre, en particulier si l'on utilisait une matière dont le module est faible. Si l'on utilise des 30 boulons ou des rivets, etc... dans la structure, les ouvertures nécessaires et la présence de bords découpés subissant les efforts réduit sérieusement la résistance statique et la résistance à la fatigue de la structure. Suivant la présente invention, une: structure résistant 35 à des efforts qui lui sont imposés par des charges de flexion, de cisaillement, de torsion ou de traction ou des combinaisons de celles-ci comprend au moins un élément de support dont la surface extérieure est polygonale de façon à présenter une série de côtés plans, et une série de panneaux, un plan médian de chaque panneau 40 coupant l'un des côtés plans qui se trouve entre deux autres côtés 70 02004 - 2 - 2028744 plans, chaque panneau étant collé à ces deux autres côtés plans de sorte que le plan médian de chaque panneau forme un angle supérieur à 90° avec l'un des autres côtés plans, et forme un angle compris entre 90° et 180° inclusivement avec l'autre côté plan 5 restant. De préférence, le plan médian de chaque panneau fait un angle supérieur à 90° avec les deux autres côtés plans. Dans un agencement préféré, le plan médian de chaque panneau est perpendiculaire audit côté plan intermédiaire. 10 Les panneaux peuvent comporter eux-mêmes des prolonge ments solidaires destinés à être collés sur lesdits deux autres côtés plans, ou bien des éléments de jonction supplémentaires peuvent être utilisés pour relier les panneaux auxdits deux autres côtés plans. 15 En cas de besoin, la structure peut comporter une série d'éléments de support munis chacun d'une surface extérieure polygonale de façon à présenter une série de côtés plans et une série de panneaux , le plan médian de chaque panneau coupant l'un des côtés plans qui se trouve entre les deux autres côtés plans d'un 20 élément de support, le panneau respectif étant collé sur les autres côtés plans, et au moins un panneau étant relié à chacun des deux éléments de support voisins afin de les relier ensemble. Chaque panneau peut comporter deux: parois parallèles et des prolongements de parois qui divergent l'un de l'autre au voi-25 sinage d'un élément de.support, chaque prolongement étant collé à l'un des deux autres côtés plans de l'élément de support. De plus, suivant la présente invention, une structure destinée à supporter des efforts qui lui sont imposés par des charges de flexion, de cisaillement, de torsion ou de traction ou 30 des combinaisons de celles-ci,comprend au moins -un élément de support dont la surface extérieure est polygonale et une série d'enveloppes, chaque enveloppe comportant, par rapport à l'axe longitudinal de l'élément de support,une paroi plane radialement intérieure et une paroi radialement extérieure, ainsi que deux parois pla-35 nés opposées qui relient las bords s'étendant longitudinalement des parois radialement intérieure et extérieure , la paroi plane radialement intérieure de chaque enveloppe étant collée à l'un des deux côtés plans qui s'étendent sur les bords opposés d'un côté, plan intermédiaire de l'élément de support, les parois planes 40 opposées des enveloppes voisines étant collées ensemble pour for 70 02004 - 3 - 2028744 mer des panneaux correspondants dont chacun s'étend 'depuis un c3té plan, intermédiaire respectif. De préférence, chaque panneau formé par des enveloppes voisines est perpendiculaire à son côbé plan intermédiaire res-5 pectif d'un élément de support associé. Les parois de chaque panneau peuvent être espacées l'une de l'autre par une couche intermédiaire d'un nid d'abeilles métallique ou d'une mousse de matière plastique rigide. Le nid d'abeilles métallique peut être fixé à l'élément de support par une couche d'une mousse adhésive. 10 L'élément cë support peut être creux, et son intérieur peut être soit vide soit pourvu d'un noyau de gausse^ de matière plastique, de matière élastomère, ou d'autres matières de remplissage appropriées afin d'obtenir une rigidité supplémentaire ou de former un milieu d'amortissement. ê"fcrô '15 L'élément de support et les enveloppes peuvent/réalisés^ par exemple en une matière plastique renforcée à l'aide de verre/ en une matière plastique renforcée à l'aide de fibres de carbone. La présente invention se rapporte également à un procédé servant à fabriquer une structure devant résister à des ef-20 forts qui lui sont imposés par des charges de flexion, de cisaillement, de torsion ou de traction ou des combinaisons de celles-ci, ce procédé consistant à former un élément de support dont la surface extérieure est polygonale de façon à présenter une série de côtés plans, à former une série d'enveloppes, chaque enveloppe 25 comportant par rapport à l'axe longitudinal de l'élément de support une paroi plane radialement intérieure et une paroi radialement extérieure et deux parois planes opposées reliant les bords s'étendant longitudinalement des parois radialement intérieure et extérieure , à disposer les enveloppes autour de l'élément de 30 support de telle sorte que les surfaces planes radialement intérieures se disposent contre les côtés plans de l'élément de support et que les parois planes voisines des enveloppes adjacentes soient parallèles de façon à former des panneaux dont chacun s'étend depuis les côtés plans intermédiaires de l'élément de sup— 35 port, à fixer les surfaces planes radialement intérieures des enveloppes à l'élément de support, et à fixer les parois planes voisines des enveloppes adjacentes les unes aux autres. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va 40 suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre 70 02004 _4_ 2028744 explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, Les. Fig. 1 et 2 sont des vues latérales, en coupe, d'une 5 partie de l'aile d'un avion suivant un premier et un second modes de réalisation, respectivement, et La Pig. 3 est une vue en plan schématique de la structure d'un satellite suivant un troisième mode de réalisation de l'invention. 10 En se reportant à la Fig. 1 des dessins, une structure destinée à l'aile d'un avion comprend une série d'éléments de support creux 10 dont quatre d'entre eux sont représentés sur le dessin et qui sont disposés suivant des paires alignées verticalement espacées les unes des autres en travers de l'aile, chaque élément 15 de support s'étendant suivant un§4irection correspondant à la longueur de l'aile. Chaque élément de support, en coupe latérale, est polygonal de façon à présenter une surface extérieure comportant une série de côtés plans 11 a,11b. Dans ce premier mode de réalisation, chacun des éléments de support 10 comporte six côtés plans 20 dont cinq, qui sont indiqués par la référence 11a, présentent des largeurs égales et dont le sixième, indiqué par la référence 11b, présente une plus grande largeur et est tourné vers l'extérieur de la structure. L'intérieur creux de chaque élément de support 10 est laissé vide. 25 Entre chaque groupe de quatre éléments de support, sont disposées une série d'enveloppes 12 , chacune de forme générale rectangulaire et dont chacune comprend des parois ^.anes 13, les parois voisines de chaque enveloppe étant reliées ensemble par des parois étroites 14 faisant un angle de 45° avec les parois 30 associées 13- La largeur de chacune des parois étroites14 est approximativement la même que celle des côtés plats 11a des éléments de support. Les éléments de support 10 et les enveloppes 12 sont fabriqués de la manière suivante. Des nappes de fibres de carbone 35 déposées d'une manière unidirectionnelle sont imprégnées avec un mélange de résine époxy Novalac,d'-un durcisseur et d'acétone comprenant : 40 parties en poids de résine LY 558 ) qu'on trouve j rvT^g oj 1,5 partie en poids de durcisseur BF^ ~ 400 )oiBA(A R L ) 40 Ltd. 70 02004 - 5 - 2028744 r 60 parties en poids d'acétone le solvant étant sensuite évaporé en chauffant le mélange à 100°C dans un four approprié. On dépose le nombre approprié de nappes de fibres de 5 carbone unidirectionnelles sur des mandrins métalliques respectifs de formescomplémentaires,suivant la configuration de fibres nécessaires et les ensembles sont enveloppés dans une couche de polytétrafluoroéthylène, une étoffe absorbante absorbant le surplus de solution de résine, et un sac de caoutchouc. L'ensemble 10 est ensuite soumis à un cycle en autoclave de deux heures à 165°C et à une pression de 4,9 à 5,6 bars. Pendant que les éléments de support et les enveloppes ae trouvent encore sur leurs mandrins, ils sont post-mûris pendant deux heures à 180° C. Les mandrins sont alors extraits des éléments. 15 Pour fabriquer la structure, on assemble le nombre nécessaire d'éléments de support 10 et d'enveloppes 12 dans un montage approprié, une paroi étroite 14 étant mise en contact avec un côté plan correspondant 11a d'un éléments support et les parois planes opposées 13 des enveloppes voisines 12 étant 20 disposées parallèlement mais espacées l'une de l'atitre pour former entre elles une cavité 15 dans laquelle on introduit une couche de nid d'abeilles 16 en aluminium. Les surfaces extérieures supérieure et inférieure de la structure sont pourvues de couches 17 d'une peau en fibres de carbone qui sont espacées des parois 25 supérieure et inférieure 13 des enveloppes afin de former d'autres cavités 15 dans lesquelles on introduit des nids d'abeilles 16 en aluminium, les couches 17 s'étendant au-dessus des côtés plans 11b des éléments de supports 10 et étant disposées contre ceux-ci. Chaque couche de nids d'abeilles 16 est fixée entre 30 deux U 18 au moyen d'un adhésif 19 en forme de mousse qui sert également à raidir le bord de la couche de nids d'abeilles 16. Les enveloppes sont collées aux éléments de support par une pellicule d'adhésif, par exemple d'un type indiqué comme BSL 308 qu'on peut trouver auprès de CIBA (A.R.L.) Ltd. L'adhé-35 sif est appliqué aux surfaces à coller avant l'assemblage. La liaison formée par l'adhésif est mûrie à une température de 165°/ 175° pendant une heure. Le montage utilisé pour le collage est : conçu" de manière à exercer une pression suffisante sur toute la surface de collage. 40 , Les parois £Lanes verticales opposées 13 des envelop- 70 02004 - 6 - 2028744 pes voisines 12 ainsi que les nids d'abeilles intermédiaires 16 constituent des panneaux verticaux 20. De même, les parois planes horizontales 13 et les couches 17 ainsi que les nids d'abeilles intermédiaires•16 constituent des panneaux horizontaux 21. De 5 plus, les parois étroites 14 et les parties des couches 17 qui sont collées aux éléments de support peuvent être considérées comme des prolongements des parois 13 qui divergent l'un de l'autre à l'endroit des éléments de supports. De cette manièie, chaque panneau relie entre eux deux éléments de support voisins. Dans 10 la structure représentée sur la Fig. 1, chaque enveloppe 12, par rapport à l'axe longitudinal d'un élément de support associé 10, comprend une paroi plane radialement intérieure 14 collée à l'élément et une paroi plane radialement extérieure opposée en diagonale 14 qui est collée à un autre élément de support, 15 II est clair d'après la Fig. 1 qu'un plan médian de chaque panneau 20, 21 coupe un côté plan 11a qui se trouve entre deux autres côtés plans d'un élément de support 10 et que chaque panneau est collé auxdits deux autres côtés plans. On voit également sur la Fig. 1 que le plan médian de 20 chaque panneau fait un angle supérieur à 90° avec chacun des deux côtés plans respectifs auxquels le panneau est fixé. Pour fabriquer une aile d'avion, on applique au-dessus de la structure décrite ci-dessus la peau habituelle 22. Pendant l'utilisation d'une aile d'avion basée sur 25 l'agencement de structure décrit ci-dessus, des-forces de traction produites dans les parois 13 pendant les diverses phases du mouvement de l'avion sont transmises aux éléments de support 10. De telles forces sont réparties en travers des surfaces collées des parois étroites 14 des enveloppes 12 et des cotés plans res-30 pectifs 11a des éléments de support. 10 afin de produire une réaction d'effort de cisaillement en travers de la totalité de la surface des côtés plans respectifs 11a plutôt que des efforts de traction susceptibles de produire un arrachement. L'absence de boulons ou de rivets dans la structure permet d'éviter 35 les discontinuités de celle-ci en supprimant les bords découpés formés par des ouvertures ou des fentes le long des parois étroites 14 et des côtés plans 14 et permet également d'éviter des points de charges concentrées, la liaison obtenue à l'aide de l'adhésif facilitant une répartition uniforme des efforts. 40 Dans une variante, l'intérieur des éléments de support 70 02004 - 7 - 2028744 creux 10 peut être rempli, par exemple avec un noyau de matière élastomère pour aider à amortir les vibrations. Dans un seconde mode de réalisation, qu'on voit sur la Fig. 2, une structure destinée à une aile d'avion est semblable 5 à celle du premier mode de réalisation par le fait qu'elle comprend des éléments de supports creux 10 et des enveloppes 12 tels que ceux décrits dans le premier mode de réalisation. Cependant, dans ce second mode de réalisation, les enveloppes comportent des couch.es supérieures et des couches inférieures et entre 10 les deux couches sont disposés une série d'éléments de support octogonaux réguliers creux 23 dont chacun présente une surface extérieure comportant des côtés plans 24. On voit en examinant la Fig. 2 des dessins que la structure est également assemblée d'une manière semblable à celle dé-15 crite pour le premier mode de réalisation à l'exception du fait qu'on réalise des panneaux intermédiaires supplémentaires 25 en sériant en sandwich une couche de nid d'abeilles en aluminium 26 entre les parois planes 13 des enveloppes supérieures et inférieures voisines 12. 20 Un troisième mode de réalisation représenté sur la Fig. 3 se rapporte à une structure de satellite qui, en vol, est soumise à des forces centrifuges et à des charges de traction résultantes qui sont imposées par la rotation de la structure. Dans cette structure de satellite, deux éléments de support 25 octogonaux creux 30, 30a comportent chacun huit côté plans 31. Chacune des deux enveloppes à peu près rectangulaires 32 comprend, par exemple, par rapport à l'élément de support 30, une paroi pbne radialement intérieure 33 e"t 'une paroi radialement extérieure 34, cette dernière étant constituée par trois éléments 30 distincts indiqués respectivement en 35, 36 et 37. Des bords s'étendant longitudinalement des parois radialement intérieure et extérieure sont reliés ensemble par deux parois planes 38. Quatre enveloppes 39, dont chacune se présente "sous la forme d'un quadrant et comprenant une paroi plane radialement inté-35 rieure 40, une paroi courbe radialement extérieure 41 et des parois planes 42, sont disposées deux de chaque côté des enveloppes 32, la paroi plane radialement intérieure 40 de chaque enveloppe 39 étant collée sur un côté plan respectif 31 qui se trouve entre deux autres côtés plans d'un élément de support 40 30, 30a. Une structure de nid d'abeilles 43 est serrée en sand— 70 02004 2028744 wieh entre les parois opposées des enveloppes voisines et est collée â celles-ci pour former des panneaux 44» et des supports articulés 45 de palettes sont introduits dans les panneaux appropriés suivant les "besoins afin d'articuler des palettes so-5 laires (non représentées) sur la structure. Sur la Fig. 3 on voit que chaque élément de support octogonal 30, 30a comporte quatre enveloppes qui sont collées sur ses côtés plans alternés et que quatre panneaux 44 s'étendent perpendiculairement aux côtés plans intermédiaires restant de 10 ehaque élément de support, le panneau central reliant entre eux les deux éléments de supports 30, 30a. Bans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, le nid d'abeilles métallique- peut être remplacé par un nid d'abeilles en matière plastique réalisé avec du papier"ïfome" (marque 15 commerciale déposée). En variante, les parois des panneaux peuvent être espacées les unes des autres et reliées entre elles par une mousse de matière plastique rigide. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite-20 et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 70 02004 - 9 - 2028744 KEVETOICATIOBS 1. Structure destinée à-supporter des efforfc-s qui lui sont imposés par des charges de flexion, de cisaillement, de torsion ou de traction ou des combinaisons de celles-ci, caractérisée 5 en ce qu'elle comprend au moins un élément de support dont la surface extérieure est polygonale de façon à présenter une série de côtés plans, et une série de panneaux, un plan médian de chaque panneau coupant l'un des côtés plans qui se trouve entre deux autres côtés plans, chaque panneau étant collé à ces deux autres 10 côtés plans de telle sorte que le plan médian de chaque panneau fasse un angle supérieur à 90° avec l'un des autres côtés plans et un angle compris entre 90° et 180° inclusivement avec l'autre côté plan restant. 2. Structure suivant'la revendication 1, caractérisée en 15 ce que le plan médian de chaque panneau fait un angle supérieur à 90° avec les deux autres côtés plans. 3. Structure suivant l'une' -des revendications 1 et. Z, caractérisée en ce qu'un plan médian cfe chaque panneau est perpendiculaire aux dits côtés plans intermédiaires. 20 4. Structure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisée en ce que les panneaux comportent des prolongements solidaires qui sont collés auxdits deux autres côtés plans d'un élément de support. 5. Structure suivant l'une quelconque des revendications 25 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une série d'éléments de support dont chacun présente une surface extérieure qui est polygonale de façon à présenter une série de côtés plans, et une série de panneaux, le plan médian de chaque panneau coupant un premier côté plan qui se trouve entre deux autres côtés plans d'un 30 élément de support, le panneau respectif étant collé aux autres côtés plans et au moins un panneau étant relié aux deux, éléments de support voisins afin de les relier ensemble. 6-. Structure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque panneau comprend deux 35 parois parallèles et des prolongements des parois qui divergent l'un de l'autre au voisinage d'un élément de support, chaque prolongement étant collé à l'un desdits deux autres côtés plans de l'élément de support. 7. Structure destinée à supporter des efforts qui lui - -40 sont imposés par des charges de flexion, de cisaillement,dë torsion 70 02004 - 10 - 2028744 ou de traction ou des combinaisons de celles-ci, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément de support dont la surface extérieure est polygonale et une série d'enveloppes, chaque enveloppe comportant, par rapport à l'axe longitudinal de 5 l'élément de support, une paroi plane radialement intérieure et une paroi radialement extérieure, deux parois planes . ■opposées reliant lès "bords longitudinaux des parois radialement intérieure et extérieure, la paroi plane radialement intérieure de chaque enveloppe étant collée à l'un des deux côtés 10 plans qui s'étendent sur les "bords opposés d'un côté plan intermédiaire de l'élément de support, les parois planes opposées des enveloppes voisines étant collées ensemble pour former d îs panneaux correspondants dont chacun s'étend depuis un côté plan intermédiaire respectif. 15 8. Structure suivant la revendication 7, caractérisée en ce que chaque panneau formé par des enveloppes voisines est perpendiculaire à un côté plan intermédiaire d'un élément de support associé. 9. Structure suivant l'une quelconque des revendications 20 à" 8 ., caractérisée en ce que les parois de chaque panneau sont espacées l'une de l'autre par une couche intermédiaire de nid d'abeilles métallique^ ; 10. Structure suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le nid d'abeilles métallique est fixé à l'élément de 25 support par une couche de mousse adhésive. 11. Strucisu/re suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que les parois de chaque panneau sont espacées d'une autre paroi et sont liées à celle-ci par une couche intermédiaire d'une mousse de matière plastique 30 rigide. 12. Structure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce què les éléments de sup.- port sont creux, leurs .volumes intérieurs étant garnis avec des noyaux de matière élastomère0 35 13. Structure suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 12, caractérisée en ce que les éléments de sup-- __ port et les enveloppes sont en une matière plastique renforcée avec du verre. 14. Structure suivant l'une quelconque des revendica-40 tions 1 à 12, caractérisée en ce que les éléments de support 70 02004 - 11 - 2028744 et les enveloppes sont en une matière plastique renforcée à l'aide de fibres de carbone, 15. procédé pour fabriquer une structure destinée à supporter des efforts qui lui sont imposés par des charges de 5 flexion, de cisaillement, de torsion ou de traction ou des combinaisons de celles-ci, caractérisé en ce qu'il consiste à former un élément de support dont la surface extérieure est polygonale de façon à présenter une série de côtés plans, à former une série d'enveloppes, chaque enveloppe comprenant par rapport 10 à l'axe longitudinal d'un élément de support, une paroi plane radialement intérieure et une paroi radialement extérieure et deux parois planes opposées reliant . les bords longi-" ■tudinaux des" .-.parois - radialement intérieure et extérieure , à disposer ces enveloppes autour de l'élément de support de 15 telle sorte que les surfaces planes Ta dialement 'intérieures sont disposées contre les côtés plans de l'élémentcfe support et que les parois planes voisines des enveloppes voisines soient parallèles de façon à former des panneaux dont chacun s'étend depuis les côtés plans intermédiaires de l'élément de support, à fixer 20 les surfaces planeRadialement intérieures des enveloppes à l'élément de support et à fixer les parois planes voisines des enveloppes voisines les unes aux autres.