Brevet FR2300703A1 — publié le 19760910

La présente invention est relative aux verrières pour habitacle d'aéronef. Dans les avions militaires il est habituellement prévu pour les pilotes et les membres de l'équipage des sièges ou cellules éjectables. Dans un avion de chasse ordinaire par exemple, lorsque l'avion est endommagé, le pilote largue tout d'abord la verrière recouvrant l'habitacle et s'éjecte alors de l'avion pour effectuer en sécurité une descente en parachute. Dans le cas d'un défaut de fonctionnement ou d'une détérioation du dispositif de largage de la verrière de l'habitacle les sièges éjectables ont une puissance suffisante pour éjecter le pilote à travers la verrière en brisant celleci. Si la verrière n'est pas trop résistante, le casque du pilote peut entre utilisé pour provoquer la rupture de la verrière lorsque le pilote est éjecté.Dans d'autres avions une portion supérieure du siège amorce la rupture de la verrière et, si cela est nécessaire, une partie relativement tranchante du siège peut entre utilisée dans ce but. I1 est récemment apparu souhaitable de réaliser des verrières pour habitacle d'avions, fabriquées au moyen d'une feuille de polycarbonate. Cette matière peut être formée à chaud et présente des propriétés optiques excellentes. Ceci est particulièrement souhaitable en raison de la résistanceextrtmFent élevée de cette matière aux chocs. Cette résistance du polycarbonate à la rupture diminue les effets des détériorations en combat et évite les fractures de la verrière de l'habitacle pouvant être dues aux chocs de pierres, d'oiseaux, ou d'autres projectiles accidentels. La résistance du polycarbonate permet également de réaliser des verrières d'habitacle plus légers pour les avions militaires. Des feuilles de polyacrylate ont été réunies aux deux faces de feuilles de polycarbonate pour limiter la dégradation de cette ma- tière due à l'environnement. Bien que de tels matériaux stratifiés aient été exécutés, ils ne se sont pas révélés satisfaisants pour la réalisation de verrières d'avion, du fait qu'ils sont pas de résistance aux chocs. Le résiStance du polycarbonate est surmontée si une couche fragile est appliquée sur la face extérieure du pare-brise et l'ensemble obtenu n'est pas meilleur qu'un pare-brise réalisé en une résine polyacrylique étirée ou autre matière analogue. Cependant la résistance du polycarbonate pose un problème très important dans le cas où il devient nécessaire pour le pilote de s'éjecter à travers la verrière de l'habitacle. La résine de polycarbonate est suffisamment ductible pour que, lorsqu'un pilote s'éjecte en la frappant avec une force suffisante pour traverser une verrière d'habitacle classique réalisée en une résine de polyacrylate étirée ou autre matière analogue, le polycarbonate ne se brise pas mais subisse une déformation plastique sans rupture. Il est par conséquent virtuellement impossible de s'éjecter à travers une verrière d'habitacle réalisée seulement en polycarbonate, sans risque de blessure grave pour le pilote.La matière est si résistance qu'elle s'oppose à la rupture méme avec un siège éjectable présentant une partie tranchante ou pointue et, lorsque le dispositif d'éjection ne fonctionne pas de façon satisfaisante, le pilote est soit enfermé dans l'avion désemparé, soit gravement blessé ou tué lorsqu'il est éjecté contre la verrière de l'habitacle. Il est par conséquent souhaitable de réaliser une verrière d'habitacle pour avion qui soit résistante aux chocs extérieurs mais qui soit rendu suffisamment fragile de l'intérieur pour se briser lorsqu'un membre de l'équipage est éjecté à son contact. Le but de l'invention est de réaliser une verrière d'habitacle pour avion qui satisfasse aux conditions précitées. La verrière suivant l'invention comprend une couche transparente relativement épaisse et normalement non fragile, une couche transparente, relativement mince et normalement fragile, réunie directement à au moins une partie de la couche non fragile, sur la partie interne seulement de la verrière, et des moyens pour fixer la verrière sur un avion. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel : - la Pig. 1 est une vue en perspective d'un avion comportant un mode de réalisation de verrière d'habitacle suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue en perspective d'une verrière d'habitacle suivant l'invention destinée à être utilisée sur un avion, tel que celui représenté à la Fig. 1; - la Pig. 3 est une vue partielle en coupe transversale d'une partie de la verrière représentée à la Fig. 2; - la Fig. 4 est une vue partielle en coupe transversale d'un autre mode de réalisation de verrière suivant l'invention. En se référant au dessin, on a représenté en perspective à la Fig. 1 un avion militaire 10 qui comporte un dispositif d'éjection pour libérer le pilote et les autres membres de l'équipage dans le cas où 11 avion est désemparé. Un tel avion comporte un pare-brise transparent carné 11 disposé devant le pilote et une verrière 12 qui s'étend en arrière du pare-brise et au-dessus de l'habitacle. Ceci permet au pilote d'avoir une visibilité étendue d'un coté et de l'autre aussi bien qu'au-dessus comme cela est évidemment souhai- table dans un avion militaire. le pare-brise et la verrière présen- tent une forme externe convexe et une forme interne concave et sont réalisés en des matières présentant des propriétés optiques élevées, de façon à ne présenter pour le pilote qu'une déformation optique minimale. Ces éléments transparents sont de préférence réalisés en une matière très résistante afin de résister aux chocs des oiseaux, des cailloux et autres projectiles qui peuvent entre rencontrés en vol ou au sol. La Fig. 2 est une vue à plus grande échelle de la verrière 12 qui peut comporter un chassis 13 qui permet de fixer la verrière sur 11 avion et de l'en détacher à volonté. Des ferrures de montage classiques (non représentées) peuvent également être fixées sur le chassis 13 de façon que la verrière puisse être ouverte et fermée sans entre détachée de l'avion. D'une façon classique il est également prévu un dispositif de largage qui peut éjecter la verrière en cas d'urgence, avec ou sans ossature supplémentaire de support, afin de libérer le passage pour un pilote devant etre éjecté. Dans certains modes de réalisation les moyens de fixation sur l'avion peuvent ne pas s'étendre sur la totalité de la périphérie de la verrière mais peuvent entre prévus seulement le long de certaines portions de celle-ci, la verrière étant alors appliquée de façon étanche sur l'ossature de l'avion par d'autres portions. lorsque la verrière est réalisée en une matière rigide, des trous de vis ou de boulons peuvent etre formés dans la verrière elle-meme. Suivant le mode de réalisation représenté à la Fig. 2, une trale 14 de la face interne de la verrière comporte une couche la rendant fragile. Bien entendu si on le désire la totalité de la sur face interne de la verrière peut être pourvue de la couche de fragile lité afin de faciliter les opérations de fabrication. Une zone rendue fragile de façon sélective et espacée vers l'intérieur par rapport aux bords de la verrière peut cependant entre préférable afin de réduire le risque de fissuration des bords de la verrière et de diminuer son poids. L'étendue de la zone rendue fragile est de pré férence plus grande que la portion de la verrière à travers laquelle un pilote peut être éjecté. la Fig. 3 est une coupe transversale partielle de la zone de fragilité de la verrière. La portion externe est constituée par une feuille 15 relativement épaisse d'une résine de polycarbonate qui peut revoir une épaisseur de 11 ordre de 6,5 à 25,5 mm. Sur la face interne est prévue une couche relativement mince 16 d'une résine de polyscrylate fragile réunie à la couche 15 de polyearbonate. Les résines de polycarbonate utilisées dans la lise en oeuvre de l'invention sont bien connues dans la technique et ont été utilisées pour des verrières d'habitacle pour avion et pour d'autres élé- ments transparents résistant aux chocs. Des détails sur ces polvmè- res de carbonate et leurs procédés de fabrication sont donnés dans le brevet US no3.309.220.Ces polymères ne sont pas les seuls appropriés et d'autres sont disponibles dans le commeree. les polycarbonate présentent une résistance aux chocs élevée qui est bien reprd- sentée par l'allongement à la traction, c' est-à-dire la déformation proportionnelle d'une éprouvette d'essai à la traction qui est étirée jusqu'à la rupture (essai ASTM - D-658). Bes résines de polycar- bonate pouvant etre utilisées pour la mise en oeuvre de l'invention présentent un allongement à la traction d'au moins 50% et l'on utilise de préférence des résines plus résistantes présentant un allongement plus élevé à la traction. Les résines de polyscrylate utilisables pour la mise en oeuvre de l'invention comprennent l'acrylate de méthyle, l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de butyle, l'acrylate d'hexyle etc... ainsi que les méthacrylates tels que par exemple le méthacrylate de méthyle, le méthaerylate d'éthyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate d'hexyle etc... Des co-polymères d'acrylate et des mono-mères de méthacrylate peuvent également titre utilisés. Ces matières sont bien connues dans la technique et sont souvent utilisées soit sous forme de moulages soit sous forme de feuilles acryliques étirées qui ont été soumises à un étirage bidimensionnel afin d'augmenter leur résistance.Les feuilles de résine de polyacrylate sous forme moulées présentent souvent un allongement à la traction compris dans la plage d'environ 3 à 5Zi. De préférence la couche interne fragile présente un allongement à la traction qui est inférieur à environ 5 %. De telles matières sont normalement suffisamment fragiles pour permettre Itéjection du pilote à travers elles. Des résines de polyester transparent ayant ainsi un faible allongement à la traction peuvent former des couches fragiles appropriées pour l'amorçage de fissures à l'intérieur de la verrière. L'épaisseur de la couche 16 de résine de polyacrylate n'a pas une grande importance, mais du fait qu'elle contribue dans une proportion relativement minime à la résistance de la verrière, cette épaisseur est de préférence seulement de quelques dixièmes de millimètres. Des épaisseurs comprises dans la plage d'environ 0,254 à 2,54 mm sont préférables. Les feuilles de résine de polycarbonate et de polyacrylate sont réunies par fusion d'une façon classique. Lorsque ces feuilles sont réunies par fusion elles sont comprimées entre des plateaux plats polis, sous une pression élevée et sont chauffées jusqu'à une température élevée afin de produire une fusion localisée et/ou une diffusion qui lie intimement les feuilles l'une à l'autre. La matière composite feuilletée ainsi constituée peut alors être formée sous vide sur un moule femelle ou étirée sur un moule mâle de façon classique, pour profiler la verrière.Une technique appropriée pour réaliser la liaison par fusion d'un produit feuilleté en polycarbonate-polya crylate est décrite dans le brevet US SQ3.661.685. Le produit feuilleté décrit dans ce brevet présente des propriétés optiques qui le rendent approprié en tant que réfracteur de lumière. Plutôt que de lier par fusion les feuilles de polyacryîate et de polycarbonate, on peut utiliser un adhésif entre les couches dans la mesure où l'adhésif présente une faible résistance à la propagation des fissures, ou au développement des amorces de rupture. Un tel adhésif est utile par exemple lorsque la couche interne 16 est en une matière transparente qui ne forme pasP elle-mqeme une liaison intime avec le polycarbonate sous le seul effet de la chaleur et de la pression, comme le verre ou certains polyesters. Une mince feuille de verre est appropriée pour former la couche interne fragile du fait que cette matière ne présente qu'un tres faible allongement à la traction, si tant est qu'elle en présente une.D'autres matières transparentes ayant un allongement à la traction inférieur à environ 5 % sont également appropriées pour la mise en oeuvre de l'invention. D'une façon analogue certaines couches fragiles peuvent entre moulées directement sur le polycarbonate, ou projetées sur la surface de celui-ci, pour autant que l'on puisse obtenir une liaison solide. La feuille de polycarbonate présente une résistance élevée à la formation de fissures et de ce fait présente une résistance aux chocs et un allongement élevé à la traction. Ceci n'est pas vrai en ce qui concerne la résine de polyacrylate, le verre, et autres matières analogues fragiles. Apparemment, ce qui se produit dans la matière feuilletée ayant une couche externe épaisse résistante et une couche interne mince et fragile, est que des fissures se produisent dans la couche interne fragile et se propagent directement dans le polyearbonate. Lorsqu'une telle fissure est amorcée dans le polycarbonate, elle continue de se propager en grande partie comme elle se propage dans une matière fragile. Si cependant une couche extensible telle que {Ru butyral polyvinylique ou de silicone souple, de polyuréthane ou autre est disposée entre la couche interne fragile et le polycarbonate résistant, une fissure ne se propage pas entre les couches et l'on n'obtient pas l'effet de fragilité sélective recherché. Il est donc important, lorsque les couches fragiles et résistantes sont réunies en une structure feuilletée, que l'interface soit dépourvue de matière qui empêcherait de façon notable la propagation des fissures. L'interface doit par conséquent être effectivement dépourvue de toute matière souple ou élastique qui bloquerait l'extrémité d'une fissure amorcée dans la couche fragile, et qui empocherait sa propagation en direction de la couche externe résistante. 1a liaison à l'interface doit titre résistante de façon qu'il ne se produise pas de séparation des feuilles de la matière composite feuilletée lorsqu'une fIssure atteint cette interface.Si un a adhé- sif ayant une ductilité bien plus élevée que la couche fragile est disposé à l'interface il peut empêcher une amorce de rupture de se propager dans la couche résistante. Si l'adhésif présente un allongement à la traction du meme ordre que la couche fragile, l'interfa- ce est effectivesent dépourvue de tout ce qui pourrait empêcher la propagation des fissures. Du fait que le polycarbonate est relativement résistant à la rupture, un choc se produisant sur la face externe de la verrière ne provoque habituellement pas de rupture à moins que ce choc soit si brutal qui il se produise une déformation localisée ou une pénétration à l'intérieur de la verrière. La Fig. 4 montre en coupe transversale partielle un autre mode de réalisation d'une verrière pour habitacle d'avion, qui résiste à la rupture par sa face externe tout en pouvant hêtre facilement pénétré par l'intérieur. Comme on l'a représenté dans ce mode de réali- sation une couche résistante 17 en une matière plastique telle q*tu- ne résine de polycarbonate constitue 11 élément principal de la matl6- re feuilletée. Sur la face interne de la couche résistante 17 est disposée une couche fragile 18 telle qu'une résine de polyacrylate. Tta résine de polyacarbonate est quelque peu susceptible d'être endos ragée, et une couche protectrice externe est prévue dans le mode de réalisation de la Pig. 4. Ainsi, une feuille de verre 19 est liée à la face externe de la couche de polycarbonate au moyen d'une couche intermédiaire 20 classique de butyral polyvinylique, de salicorne ou de polyuréthane. De telles matières sont suffisamment molles et élastiques pour que toute fissure qui se formerait dans la couche de verre 19 ne se propageraiQpas dans la couche intermédiaire résistante en polycarbonate. Il y a là le meme principe que celui utilisé pour les fenêtres pare-balles dans lesquelles des couches internes de butyral polyvinilique empêchent la propagation des fissures entre deux couches de verre adjacentes. Si un pilote s'éjecte à travers une verrière ayant en section transversale une forme analogue à celle représentée à la Fig. 4, les fissures qui prennent naissance dans la couche interne fragile 18 (qui est liée par fusion au polycarbonate résistant) se propagent dans la couche résistante et produisent une rupture de celle-ci de sorte que le pilote peut traverser la verrière. La couche de verre 19 est suffisamment fragile pour ne pas offrir une résistance nota ble à la pénétration meme si des fissures ne se propagent pas à partir de. la couche de polycarbonate à travers la couche de butyral de polyvinylique jusqu'au verre.Ainsi la résistance à la pénétration d'une matière feuilletée telle que réalisée suivant ce mode de sise en oeuvre de l'invention est beaucoup plus faible de l'intérieur de la verrière que de l'extérieur. Des modifications peuvent etre apportées à l'invention. far exemple, des couches additionnelles d'autres matières qu'une matibre fragile ou rendue fragile sur une face au moyen d'une couche fragile peuvent être incluses dans la matière feuilletée. in outre des couches conductrices de 11 électricité peuvent également entre comprises dans la matière feuilletée pour la protection thermique, le chauffage électrique ou autre. Un tel agencement peut entre réalisé sous la forme d'une "bulle qui est ajustée sur un habitacle d'avion de façon que le pare-brise et la verrière soient solidaires. - REVSNDlCATIONS 1 - Verrière pour habitacle d'avion, caractérisi en ce quelle comprend une couche relativement épaisse, transparente et normalement non fragile, une couche relativement mince, transparente et normalement fragile, réunie directement à au moins une partie de la couche non fragile, sur la face interne seulement de la verrière, et des moyens pour fixer la verrière sur un avion. 2 - Verrière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche non fragile est une résine de polyearbonate. 3 - Verrière suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la couche fragile est une résine de poly acrylat e. 4 - Verrière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche non fragile présente un allongement à la traction d'au moins environ 50%. 5 - Verrière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche fragile présente un allongement à la traction qui est inférieur a environ 5 %. 6 - Verrière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'interface entre la couche non fra- gile et la couche fragile est dépourvue de toute matière pouvant empêcher de façon notable la propagation dans la couche non fragile d'une fissure ou rupture amorcée dans la couche fragile. 7 - Verrière pour habitacle d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche relativement épaisse d'une matière plastique transparente ayant un allongement à la traction d'au moins 50%, ayant une forme externe convexe et une forme interne concave, une couche transparente relativement mince ayant un allongement à la traction inférieur à 5%, appliquée directement sur la face interne concave de la couche plus épaisse, et des moyens pour fixer la verrière sur un siège d'avion. 8 - Verrière suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la couche mince s'étend sur une fraction de la surface totale de la couche épaisse. 9 - Verrière suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que la couche épaisse est une résine de polycarbonate, la couche mince étant une couche de polyacrylate. lO - Verrière suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche externe disposée sur la face externe de la couche en polycarbonate et séparée de cette dernière par une couche intermédiaire résistant à la propagation des fissures.