Brevet FR2128527A1 — publié le 19721020

' 2128527 L'invention concerne une structure en caisson peur aile d'avion de construction composite en une matière matrice renforcée de fibres combinée et de métaux; Il est connu» pour des pièces 5 faisant partie de la structure d'avions où il est exigé des qualités de rigidité particulières, pour des raisons d'économie de poids, de fabriquer ces pièces en matières creuses renforcées de fibres. C'est ainsi qu'on a déjà réalisé et essayé un gouverr-ail de profondeur en .7:':'. (matière plastique renforcée de fibres de 10 bore). Il s'agit là d'une construction en sandwich dans laquelle un châssis courant en titane est plaqué sur ses deux côtés, avec des couches de recouvrement en BFK, les couches présentant une disposition spéciale. En outre, on a déjà fabriqué et essayé un segment d'un caisson d'aile porteuse construit en sandwich avec 15 du BFK. D'autres pièces de la construction, par exemple des volets d'atterrissage, les volets d'aile et la porte, ainsi que des pièces de la coque du fuselage, ont été fabriquées en matières creuses renforcées de fibres, ou se trouvent à l'état de projet; Ces pièces creuses en matières 20 renforcées de fibres remplacent naturellement des constructions métalliques, ou des parties de celles-ci que l'on utilise encore pour le moment» Les propriétés physiques de ces matières creuses, telles que par exemple les modules et les coefficients de dilatation thermique peuvent varier dans de larges limites suivant 25 l'orientation et la combinaison des fibres utilisées. L'invention a pour "but de réaliser, pour les matières creuses renforcées de fibres, une construction faite de lits séparés qui rende possible un équilibrage des propriétés physiques de la matière creuse avec celles des 30 métaux de la construction participant à la construction composite; En particulier au point de vue de la fabrication d'un caisson d'aile d'avion, la constitution doit être adaptée le mieux possible d'une part au caractère anisotrope de la matière fibreuse et aux exigences particulières de la techno-35 logie des fibres et d'autre part, et aux propriétés physiques des métaux fixées sur l'élément composite. Suivant l'invention, la,structure en caisson d'aile de construction composite est caractérisé en ce qutelle est constituée par une coquille fermée située dans la 40 section de l'aile, faite d'un élément creux renforcé de fibres, 72 07220 2 2128527 qui est chargé des fonctions de recouvrement de l'aile et de longerons, par bandes profilées métallique collées avec la coquille, divisées, qui sont chargées de servir de brides de longerons et par des traverses métalliques; 5 De préférence, l'élément creux renforcé de fibres présente, si l'on utilise des métaux différents pour les bandes profilées des longerons et pour les traverses longitudinales et transversales, un module E de valeurs différentes adaptées aux métaux utilisés; A cet effet, l'élément 10 creux renforcé de fibres est constitué de lits séparés différents en nombre a'-: point de vue de l'orientation des fibres; En particulier, dans un élément composite qui est constitué d'une coquille en 73." K, de longerons profilés en titane et de traverses en aluminium, la matière » 15 renforcée de fibres présente un rapport entre le nombre des lits de : ^0° : ^90° * 45° = ^ ^ l'orientation des fibres à 0° s'étendant dans la direction des 20 longerons; Il est supposé ici que l'on dispose d'une construction par lits stratifiés, symétrique par rapport au plan moyen de stratification; Dans l'élément creux: renforcé de fibres, le nombre de tous les lits de fibres d'une direction 25 déterminées dans le stratifié a la même signification que l'indication de l'épaisseur totale d'une couche ayant l'orientation de fibres dont il s'agit1; Il est possible, au moyen d'une construction composite de ce genre, d'arriver à line économie de 30 poids d'environ 30 ?£; Cet avantage compense dans la plupart des cas l'inconvénient que l'on trouve dans le prix, pour le moment encore très élevé, des éléments creux renforcés de fibres; La construction, faite suivant l'invention, du caisson d'aile, permet que le flux de poussée 35 ne soit à peu près pas perturbé dans la coquille fermée et que l'induction de la force venant des structures de raccordement dans la coquille corresponde à la technologie des fibres, La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de 40 l'invention, dessins dans lesquels : 72 07220 3 2128527 - la figure 1 représente sché- matiquement la coupe d'une aile, - la figure 2 montre en perspective (partiellement en coupe) un caisson d'aile, 5 - la figure 3, l'établissement d'une bride de longeron profilée pour le raccordement au bord de l'aile au moyen d'un assemblage à friction à formes combinées, et - la figure 4, l'établissement d'une bride de longeron profilée pour le raccordement au bord de 10 l'aile par vissage; Le caisson d'aile est constitué par -une coquille 1 dont la section transversale est fermée, en matières creuses renforcées de fibres (figure t); la ceinture de longeron 2 est 15 divisée et se compose de profilés de titane collés avec la coquille stratifiée, qui sont disposés de telle façon qu'ils enferment la coquille à l'endroit oîi cette coquille se transforme de revêtement de l'aile Ijt en longeron i_b» La figure 2 représente en perspective un caisson d'aile dans lequel les pièces déjà citées sont pourvues des mêmes références. Supplémentairement est représentée la disposition d'une traverse d'aile 3 qui en général 30 est faite en un métal autre que les éléments de longerons; En A est indiquée l'orientation des fibres des différents lits de l'élément creux renforcé de fibres, l'orientation à 0° des fibres se trouvant dans la direction X qui correspond à la direction des éléments de longerons, et l'orientation à 90° des fibres se 35 trouvant dans la direction Y qui concorde avec la position des traverses. Si l'on utilise du titane pour les éléments de longerons Zz* -h e"t de l'aluminium pour les traverses 3, le nombre des lits séparés de l'élément creux renforcé de fibres dont l'orientation est à 0° doit être le double du nombre des lits 40 séparés dont l'orientation est à 90°, pendant que le nombre total 72 07220 4 2128527 des lits dont l'orientation est à + 45° correspond au nombre des lits où l'orientation des fibres est à 0°; Dans la figure 3 est esquissé un mode de réalisation des éléments de longerons 2 pour la jonc-5 tion par friction amovible à formes combinées avec un caisson de bord d'aile 4, qui est établi, de même que les caissons de bout d'aile, la plupart du temps, sous la forme d'un élément de construction amovible. L'élément de longeron intérieur 2a et une partie de l'élément de longeron extérieur 2c sont collées avec la 10 coquille 1. L'éclisse amovible £d, qui par définition compte parmi les éléments de longerons extérieurs, est vissée avec les autres éléments, et assure, en commun avec la partie 2c la liaison mécanique entre le caisson de bord d'aile 4, qui peut éventuellement aussi être établi en construction composite, et la coquille 1 en 15 BFKi Dans la figure 4 est également indiqué un assemblage d'éléments en trois parties 2a, ?e, 2f. Le caisson de bord d'aile 4 est ici maintenu entre l'éclisse amovible ?f et l'élément de longeron 2e collé avec la coquille 1, à l'aide 20 d'une simple jonction vissée 5. L'élément de longeron intérieur 2a est collé ici aussi avec la coquille 1, et peut éventuellement être rivé ou vissé supplémentairement avec l'élément de longeron extérieur 2e pour absorber les forces tendant à enlever le revêtement» 25 Pour des caissons d'aile dont la hauteur est très faible, les sections de la coquille désignées comme les longerons Vb en raison de leur rôle dans la structure seront complètement incluses par les éléments de longerons intérieurs et extérieurs, c'est-à-dire que la membrure supérieure et 30 la membrure inférieure seront formées par une seule paire de profilés qui se compose d'un profilé intérieur et d'un profilé extérieur par rapport à la coquille; Le caisson d'aile suivant l'invention peut être fabriqué d'une façon déjà connue, notamment 35 par l'un des procédés suivants : Dans un premier procédé, un noyau dont les contours sont les plus exacts possibles est revêtu, en posant par lits des nappes de fibres préparées, ou en enroulant des fils séparés ou des rubans, de matière renforcée de fibres de 40 telle façon que l'on obtienne une coquille stratifiée 1 fermée de 72 07220 5 2128527 toutes parts. le noyau est constitué en un matériau que l'on pourra enlever ultérieurement, qui détermine la position des traverses 3 et des éléments le longerons intérieurs £*> les traverses 3 et les éléments de longerons 2a, £b sont collées avec la coquille 5 supérieure et inférieure en même temps que se produit le durcissement de la matière renforcée de fibres. Il se forme ainsi un caisson tubulaire pourvu de toutes les garnitures, sur lequel on pourra effectuer de l'extérieur, après avoir éliminé le noyau support, les autres travaux de façonnage. 10 Un second procédé de fabrication s'appuie sur le principe du soufflage. On applique ici, sur un noyau recouvert d'une feuille de soufflage, l'élément de longeron 2a et ensuite la matière renforcée de fibres, en appliquant les différents lits avec l'orientation des fibres voulues. Après in-15 troduction dans une forme constituant un négatif, on applique la pression nécessaire pour le durcissement en envoyant de l'air entre le noyau et la feuille. Dans ce procédé aussi, on opère simultanément le collage de l'élément de longeron intérieur ?a avec la coquille 1. Le collage des traverses 3 se fait après 20 avoir retiré le noyau, par les côtés ouverts du caisson d'aile. La pression d'application nécessaire ici pour le collage est produite à l'aide d'un dispositif qui fonctionne également sur le principe du soufflage. Bien entendu, l'invention n'est 25 pas limitée aux exemple.de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de 1'invention; 72 07220 6 2128527 REVENDICATIONS 1°) Structure en caisson pour aile d'avions, établie en une construction composite, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une part par une coquille fermée épou-5 sant la section de l'aile, en une matière renforcée de fibres qui assure les fonctions de revêtement de l'aile et de longerons, d'autre part de bandes profilées métalliques divisées, collées à la coquille, qui jouent le rôle d'éléments de longerons, et enfin de traverses métalliques. 10 2°) Structure en caisson d'aile suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, si ,l'on utilise des métaux différents pour les éléments de longerons et les traverses, la matière renforcée de fibres présente un module E dont les valeurs sont adaptées aux métaux utilisés, et sont différentes 15 dans le sens transversal et dans le sens longitudinal• suivant la revendication 2, caractérisés en ce que la matière renforcée de fibres est constituée par des lits séparés, dont le nombre diffère en ce qui concerne l'orientation des fibres» suivant la revendication 3, caractérisée en ce que, dans un élément composite constitué par une coquille en matière plastique renforcée de fibres de bore, des longerons profilés en titane et des traverses en aluminium, la matière renforcée de fibres 25 présente un rapport entre les nombres des lits de : 3°) Structure en caisson d'aile 20 4°) Structure en caisson d'aile "^0° ! ^90° s ^+45° ~ ^ s ^ s ^ l'orientation 0° des fibres s'étendant dans la direction des élé-30 ments de longerons.