Brevet FR2272892A1 — publié le 19751226

La présente invention est du domaine de la construction des aérodynes, avions et planeurs, et vise plus particulièrement une nouvelle structure de la voilure de ceux-ci, nouvelle structure résultant notamment de l'utilisation de résines armées de fibres de verre. On sait réaliser des constructions mobiles à l'aide de résines thermodurcissables telles que les résines polyester, les résines époxy ou autres, alliées à une charge qui leur eenfère certaines de ses caractéristiques particulières ; cette charge est fréquemment la fibre de verre qui confère résistance mécanique et rigidité. On a ainsi remplacé avantageusement le bois dans la construction des coques de bateaux, des meubles etc. ; de même, on a remplacé la tole dans certaines carrosseris d'automobiles, dans la construction de citernes, etc.Parmi les avantages attendus de ces applications nouvelles des thermodurcissables, on a vu tantôt l'inertie ehimique en général, et dans le cas des coques de bateaux l'inertie vis-à-vis de l'eau de mer, tantôt le poids jugé au regard des caractéristiques de résistance mécanique, tantôt la facilité de mise en oeuvre pour obtenir, le plus souvent par moulage, des surfaces non réglées recherchées pour leurs caractéristiques aérodynamiques ou hydrodynamiques ou pour leur aspect esthétique. Dans un passé assez récent, les résines époxy ont été proposées pour la construction de planeurs ; leur excellente stabilité dimensionnelle et leur bonne résistance mécanique ont été à ltorigine de ce choix ; cependant, un inconvénient sensible de ces résines, bien qu'utilisées chargées à la fibre de verre, est leur rix qui situe le coût de revient d1un planeur bien au-dessus de celui d'un planeur de memes performances construit à l'aide de matériaux classiques ; de plus, la mise en oeuvre des résines époxy est assez incommode du fait du caractère irritant de certains de leurs composants. L'objectif des recherches de la demanderesse a été l'uti- lisation des résines polyester, d'zut coût inférieur à celui des résines époxy et d'une mise en oeuvre- plus commode ; cependant il est concevable, les caractéristiques de réeïstance mécanique et de stabilité dimensionnelle des résines polyester étant inférieures à celles des résines époxy, que c'est grgce à des particularités de structures dues à ltingéniosité des chercheurs ou à des constatations fortuites, que la demanderesse est parvenue à mettre au point une structure de voilure d'aérodyne concurrençant avantageusement par le coût, les structures à base de matériaux classiques, tout en étant douée des qualités des structures à base de résines époxy et en offrant l'avantage sur ces dernières, d'une mise en oeuvre plus commode. Une aile d'avion ou de planeur est principalement consti tuée d'un longeron qui assurè la rigidité longitudinale de l'aile, de plusieurs nervures solidaires du longeron qui assurent la rigi dité transversale de l'aile et la stabilité de son profil, et de peaux d' intrados et d'extrados qui, en coopération avec les organes sus-indiqués, confèrent à l'aile ses caractéristiques aérodynamiques, et, selon l'invention, chacun des organes de l'aile (longeron, peaux et nervures), ou au moins l'un d'eux, incorpore à titre principal un stratifié de résine polyester et de fibre de verre. Un longeron conforme à la présente invention est une pou tre azurant une section en forme générale de I, constituée par une se melle supérieure et par une semelle inférieure, les dites semelles étant entretoisées par un couple d'âmes à bords rabattus; chaque semelle est une plaque allongée constituée par plusieurs couches de tissu de verre, tissu dit unidirectionnel?, agglomérés par de la résine polyester ; on rappelle que ltunidireetionnel est est un tissu dans lequel prédominent i cinquante a cent pour ceint les fils de chaîne, les fils de trame assurant simplement la liaison des fils de chaîne ; ltunidireetionnel est disposé, pour constituer la semel le, de telle façon que le sens des fils de chaîne soit parallèle à la plus grande dimersion de la semelle ; le nombre de couches d'uni directionnel, et corrélativement ltépaisseur de la semelle, varie d'une extrémité à l'autre de la semelle, ltépaisseur la plus faible étant celle de l'extrémité destinée à être située en bout d'aile. De préférence la fibre de verre constituant l'unidirectionnel est de la qualité dite "roving'1. Chacune des âmes se présente sous la forme d'une cuvette allongée, d'une longueur sensiblement égale à celle d'une semelle ; elle est constituée de plusieurs couches de toile de verre, dite taffetas, agglomérées par de la résine poly ester ; on rappelle qu'un taffetas est une toile dans laquelle les fils de trame et de chaîne sont en même proportion et dans laquelle une fil de trame passe sous une fil de chaîne ; le taffetas est dis posé pour constituer 1dôme, de telle façon que les fils de trame ou de chaîne fassent avec la plus grande dimension, ou axe, de l'âme, un angle de quarante-cinq degré environ ; le nombre de couches de taffetas et corrélativement ltépaisseur de ltâme, obéissent à la règle énoncée ci-dessus concernant la semelle. De préférence les semelles supérieures et inférieures sont collées à l'aide de résine polyester indentique à celle entrait dans la constitution des âmes et/ou des semelles, les semelles prenant contact sur les bords rabattus des âmes. Accessoirement, la dite cuvette constituant 1t âme peut être garnie en certaines de ses parties de mousse de matière plastique expansée, telle que le polyméthacrylamide. Une peau d'intrados et/ou dtextrafos conforme à l'invention incorpore au moins un stratifié constitué par plusieurs couches de taffetas de fibres de verre agglomérées par de la résine polyester ; de préférence, une peau pour aile d'aérodyne est constituée par une plaque de mousse telle que mousse de polyméthacrylamide, prise en"sandwich" entre deux stratifiés tels qutindiqué ci-dessus; les différentes couches de taffetas entrant dans la composition d'une peau sont disposées de telle façon que les fibres de verre forment un angle de quarante-cinq degrés avec la plus grande dimension, ou axe, de l'aile sur laquelle elle est destinée à être montée; accessoirement une peau et notamment une peau dtintrados, peut incorporer une ou plusieurs couches d'unidirectionnel. Une nervure conforme à l'invention se compose de deux parties. ; une première partie dite "bec de nervure" est destinée à être montée proche du bord d'attaque de toile, une seconde partie dite "queue de nervure" est destinée à être montée près du bord de fuite de l'aile ; chacune des deux parties de la nervure a la forme d'une cuvette et elle est constituée parun stratifié de taffetas de verre et de résine polyester, les fibres du taffetas formant un angle de quarante-cin degré avec l'axe de la nervure (laxe de la nervure est une droite contenue dans le plan de la nervure et joignant le bord d'attaque au bord de fuite lorsque la nervure est incorporée dans l'aile). De préférence, les nervures sont conformées de façon à pouvoir être encastrées et collées dans les âmes des longerions. Un procédé commode d'assemblage de ces différents organes pour constituer une aile, consiste dans un premier temps à encastrer et coller chacune des parties de nervure à la place qui lui est impartie sur le longeron ; le collage peut être effectué à l'aide de résine polyester, à chaud ; le positionnement correct des nervures sur le longeron est obtenu au moyen d'un système de cales prédisposées, cette façon de faire permettant d'obtenir après pose des peaux, un profil correct de lraile ; puis dans un deuxième temps, de positionner les peaux sur les nervures et les longerons, en in tercallant entre les peaux et les nervures ou les longerons, des petits blocs de résine molle ; ainsi chaque petit bloc se déforme plus ou moins sous la préssion de la peau et la hauteur résiduelle des petits blocs détermine le jeu grâce auquel la peau peut être disposée sur les nervures et les longerons sans contrainte excessive préjudicialbe ultérieurement à la stabilité du profil de l'aile puis dans un troisième temps, on dispose sur les nervures et les longerons, des quantités de résine adéquates ; puis dans une quatrième temps, on replace les peaux sur les nervures et longerons en vue de leur collage à chaud définitif. Une variante particulièrement intéressante des structures d'organes et du procédé d'assemblage décrits ci-dessus, consiste à conformer, non plus une peau d'intrados et une peau d'extrados, mais une peau englobant en une seule pièce l'extrados et la partie avant de l'intrados (partie proche du bord d'attaque) et, séparément, la partie arrière de l'intrados ; il résulte de cette façon de faire, deux avantages principaux : tout d'abord, la partie, très sollicitée aérodynamiquement, que constitue le bord d'attaque est monobloc d'où il résulte une résistance mécanique et une sécurité accrues ensuite, il est possible après avoir collé, tel que dit ci-dessus, la peau monobloc sur les nervures et longerons, d'inspecter la qualité du collage à travers l'espace laissé libre à la partie arrière de l'intrados.Après quoi, on rapporte la deuxième partie de peau d'intrados dont la faible sollicitation aérodynamique n'implique pas une vérification aussi minutieuse de la qualité du collage. La présente invention sera mieux comprise, et des particularités supplémentaires relevant aussi de l'invention apparaîtront, à la description d'une forme particulière d'exécution qui va être faite en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles La Pig. 1 est une vue de dessus écorchée d'une partie de cellule d'avion dont la structure est conforme à l'invention, La Fig. 2 est une coupe d'aile suivant PP' de la Fig. 1, La Fig. 3 est une perspective coupée d'un longeron conforme à l'invention, La Fig. 4 est une perspective d'une nervure conforme à 1' invention, La Fig. 5 est un schéma de composition d'une peau d'aile conforme à l'invention. La Fig. 6 est une illustration schématique d'une procédé d'assemblage conforme à l'invention. Sur la Fig. 1 un aérodyne tel qu'avion à moteur comporte une cellule comprenant le fuselage 1 et la voilure dont une aile 2 est partiellement écorchée ; cette aile se compose principalement d'un logeron 3, de plusieurs nervures telles que 4, et de peaux drintrados et d'extrados telles que 5 et 6 respectivement. Sur la Fig. 2, l'aile 2 de la Fig. 1, vue en coupe selon un plan de trace FF' de la Fig. 1 et rappelle avec son longeron 3, une nervure 4, ses peaux d'intrados 5 et 6 s'étendant depuis un bord de fuite 7 jusqu'à un bord d'attaque 8 de l'aile. Sur la Fig. 3 , un longeron analogue au longeron 3 des figures précédentes est constitué selon l'invention d'un couple d'âmes (avant et arriere) 9 et 10 et d'un couple de semelles (supé rieure et inférieure) Il et 12 ; la forme générale de la section dlun tel longeron est celle d'un I.Chacune des semelles 11 et 12 est une plaque allongée constituée par plusieurs couches de tissu de verre aggloméré ; on doit comprendre queue longeron est une poutre travaillant principalement à la flexion et que pour cette raison il importe que les matériaux, conférant à la poutre ses propriétés mécaniques soient disposés de façon telle que la plus grande proportion possible de leur masse soit consacrée à la résis tance à une telle flexion ; de ce fait, et selon une caractéristi que de l'invention, le tissu de verre choisi pour consituer une semelle travaillant å l'allongement au cours d'une flexion du lon geron formant poutre, est un tissu dit "unidirectionnel", c'est-à dire un. tissu dans lequel les fils de chaîne prédominent en nombre sur les fils de trame ; la qualité des fibres de verre qui a donné les meilleurs résultats est en qualité dite "roving" ; bien entendu les fils de chaine sont disposés longitudinalement par rapport à la plus grande dimension des semelles ; la technique de stratifi cation des couches de tissu de fibres de verre est classique, mais on notera que l'épaissdur de stratifié varie d'un bout à l'autre de la semelle : elle est maximale près du fuselage et minimale près de l'extrémité de l'aile ; chacune des âmes 9 et 10 a une section en forme de U renversé dont les bords tels que 14 constituent des eurfaces d'assemblage avec les semelles ; chaque âme, dont lalongueur est sensiblement égale à celle des semelles, sert d'entretoise aux semelles et on doit ccmprenre, qu'au cours d'une flexion du longeron formant poutre les semelles tendent à s'infléchir dans leur propre plan ; c'est la raison pour laquelle la charge de verre qui a donné les meilleurs résultats et qui a été choisie pour constituer les dites âmes est un taffetas de roving dispose de telle façon que les fils de trame et de chaine (jouant un rôle symétrique dans la qualité taffetas) forment des angles de quarante-cinq degrés environ avec l'axe longitudinal de l'âme ; le taffetas de roving est dispose ainsi en plusieurs couches dont le nombre, et eorzelativement I'épaisseur de la semelle, diminue du fuselage à l'extrimité de l'aile ; l'encollage des bords rabattus des âmes sur lés semelles est effectué de préférence avec une résine identique à celle qui a servi à la confection des âmes et des semelles. te sens et la composition des tissus sont représentés sur la Fig. 3 par des hachures fines. Sur la Fig. 4 une nervure teLle qu'une nervure 4 de la Fig. 1 comprend de préférence un bec de nervure 15 situé du côté du bord d'attaque de l'aile par rapport à un longeron 16, et uzle queue de nervure 17 située du côté du bord de fuite ; le profil d'une telle nervure déterminant le profil de l'aile, est détérminé par les caractéristiques aérodynamiques de l'aile et il est classique en lui-même ; mais suivant une caractéristique de l'inven- tion une nervure, ou les deux parties qui la composent, a une forme en cuvette, les rebords tels que 18 permettant la fixation ultérieure des peaux et la fixation de la nervure sur le longercn à cette dernière fin, des encoches 19 permettent d'encastrer chaque partie de nervure dans les âmes du longeron ; cette dernière fixation est effectuée de préférence par collage à l'aide de résine une nervure, ou chacune de ses parties composantes est réalisée par stratification à l'aide de résine polyester de plusieurs cou ches de taffetas de fibre de verre, de préférence de qualité "roving", dont le sens des fibres forme un angle de quarante-cinq degrés environ avec l'axe longitudinal de la nervure ; cette disposition à quarante cinq degrés est représentée par des hachures fines ; le nombre de couches de taffetas entrant dans la composition d'une nervure, et eorrelatavement l'épaisseur de cel.le-ci, varie selon qu'il stagit d'une nervure destinée à être proche du fuselage, dans ce cas l'épaisseur est maximale, ou au contraire à être proche de l'extrémité de l'aile, dans ce cas, l'épaisseur est minimale. Sur la Fig 5, une peau convenant notamment pour composer une aile d'aérodyne, résulte de la stratification à l'aide d'une résine polyester de, successivement plusieurs couches inférieures 20 (deux ou trois de préférence), de taffetas de roving, d'une plaque 21 d'un matériau à structure légère telle qu'alvéolaire ("nid d'abeille" itacétate de cellulose ou autre) ou telle que mousse (polyméthacrylamide ou autre), de plusieurs couches supérieures 22 (deux ou trois de préférence), de taffetas de roving et d'une couche 23 de revêtement superficiel tel que gel-coat ou autre peinture de revêtement ; chacune des couches de taffetas est de préférence disposée de telle façon que les directions des fibres de verre forment un angle de quarante cinq degrés environ avec l'axe de l'aile (trait mixte 25 rappelé sur la Fig 1). Une telle peau est représentée grossie dans le cercle 26. Sur la Fig 6 une aile dont la structure relève de l'invention est représentée en coupe et en cours de montage ; elle est principalement constituée d'un longeron 30, d'une constitution semblable au longeron de la Pig 3, de nervures en deux parties telles que 31 et 32 encastrées dans les âmes du longeron 31 , et d'une peau en deux parties 33 et 34, la partie 34 n'étant pas encore rapportée il est remarquable et caractéristique de l'invention que la peau 33 recouvre non seulement la face supérieure de l'aile de l'extrades mais aussi le bord d'attague 35 en totalité et la moitié avant de la face inférieure de l'aile ou intrados ; on verra plues loin la raison d'être de cette disposition dite monobloc.Pour monter la partie supérieure 33ode la peau, on dispose sur la semelle supérieure du longeron 33 ainsi que sur les rebords supérieurs de nervures, des petits blocs de résine molle, tels que 36, répartis tous les vingt centimètres environ, puis on met en place la peau 33 en exerçant sur toute sa surface de légères pressions ; lorsque l'on s'est assuré que la peau appris une position correcte, c'est-à-dire la position qu'elle doit normalement occuper sur l'aile, on la retire ; les petits blocs de résine molle se sont alors plus ou moins déformés et leur épaisseur résiduelle est celle qui correspond à la position qu'occupe la peau sans contrainte excessive f on dispose alors tant sur les longerons que sur les bords des nervures de la résine pâteuse en quantité suffisante ou mieux légèrement excédentaire pour combler les interstices correspondant à l'épaisseur résiduelle des petits blocs ; après quoi on replace à nouveau la peau et on l'applique à l'aide de légères pressions puis on porte l'aile au four pour effectuer la polymérisation de la résine de collage ; après polymérisation cn peut inspecter par la face inférieure de l'aile restée ouverte que le collage de la paroi sur la- face supérieure est régulier ; enfin on procède pour les moitiés inférieures avant et arrière au collage de la peau tel que dit ci-dessus, à ceci près que l'inspection n'est plus possible. Les règles techniques ci-dessus énoncées pour construire des voilures d'aérodynes sont d'une utilisation générale et sont applicables aussi bien aux avions à moteur qu'aux planeurs elles permettent la construction de structures de résines polyesters et fibres de verre réponcant aux normes aéronautiques, avec une facilité de mise en oeuvre et un coût réduit par rapport aux techniques connues. il doit être compris que la présente invention n'est pas limitée aux exemples et profils ci-dessus décrits ou dessinés, mais qu'elle s'étend à l'ensenEle du champs couvert par les revendications qui suIvent. REVENDICATIONS 1. Voiluredaérodyne comportant au moins un longeron, une nervure et des peaux dtintrados et d'extrados constituant des éléments caractérisée en ce qu'au moins un des dits éléments incorpore une résine polyester chargée de fibre de verre. 2. Longeron selon la revendication 1, caractérisé - en ce qu'il incorpore au mcins une semelle allongée constituée par un stratifié de résine polyester et de tissu de fibres de verre dit unidirectionnel, le sens des fibres du dit tissu étant parallèle à la plus grande dimension de la dite semelle. 3. Longeron selon la revendication 2, caractérisé - en ce qutil incorpore au moins une âme pour entretoiser deux semelles, ladite âme au moins étant constituée d'un stratifié de résine polyester et de toile de fibres de verre dite taffetas, et ladite âme au moins ayant des bords recourbés donnant à sa section une forme en U. 4 . Longeron selon la revendication 7, caractérisé - en ce qu'il incorpore une semelle supérieure, une semelle inférieure, et deux âmes disposées dos à dos, les dites semelles et les dites âmes étant assemblées par collage à 7'aide de résine polyester, la section du longeron ainsi constituée rayant une forme générale en I. 5. Peaux dtintrados et d'extrados, caractérisées - en ce qu'elles sont constituées par la superposition d'un premier stratifié de résine polyester et de toile de fibres de verre dite taffetas, de mousse de matière plastique expansée, et d'ure second stratifié de résine polyester et de toile de fibres de verre dite taffetas. 6. Peaux d'intrados et d'extrados, caractérisées - en ce que les directions des fibres des dits taffetas forme des angles de quarante cinq degrés environ avec la direction de l'axe de la voilure. 7. Nervure selon la revendication 1, catérisée en outre - en ce que la charge de fibres de verre est un taffetas de fibres de verre, les dites fibres étant disposées à quarante cinq degrés par rapport à 1'axe de la nervure. 8. Nervure selon la revendication 7, caractérisée - en ce qu'elle est constituée de deux parties (bec le nervure et queue de nervure), chaque partie ayant tne forme de cuvette, les bords de la cuvette pouvant être collés à l'aide de résine polyester tant sur la face intérieure des peaux d'intrados et d'extrados que sur les âmes des longerons. 9. Voilure d'aérodyne selon la revendication 6, caractérisée en outre - par une peau monobloc recouvrant ltextrados et la moitié avant de l'intrados. 10. Procédé pour monter une voilure d'aérodyne conforme aux revendications précédentes consistent à - assembler les nervures sur le longeron, - dispcser sur les semelles du longeron et sur les rebords des nervures de petits blocs de résine molle, - mettre en place la peau mcnobloc à l'aide de légères pressions, d'où il résulte une épaisseur résiduelle des petits blocs, - retirer la peau et disposer sur les rebords supérieurs des nervures et sur la semelle supérieure du longeron, de la résine pâteuse en quantité suffisante pour combler les interstices correspondant à l'épaisseur résiduelle des petits blocs, - remettre la peau mcncbloc en place et porter au four de polymérisation, - inspecter par l'intrados, le collage ainsi réalisé de l'extrados. 11. Peaux d'intrados et d extrados caractérisées - en ce qu'elles sont constituées par la superposition d'un premier stratifié de résine polyester et de toile de fibres de verre dite taffetas, d'un matériau à structure alvéolaire tel que nid d'abeille d'acétate de.cellulose, et d'un second stratifié de résine polyester et de toile de fibres de verre dite taffetas.