Brevet FR2477963A1 — publié le 19810918

L'invention concerne un élément de construction sur- facique, en particulier pour engins volants, comportant des nervures longitudinales et des nervures transversales en matière plastique renforcée de fibres et au moins un revg- tement extérieur, ainsi qu'un dispositif pour fabriquer cet élément de construction surfacique. Il est connu, d'après la Demande de Brevet allemand DE-OS 26 42 523, de réaliser les nervures longitudinales et transversales d'un élément structural d'avion en tant que cavités en forme de gouttières de deux moules convexes sen- siblement symétriques l'un de l'autre auxquels sont asso- ciés respectivement deux moules concaves correspondants. Dans les cavités des moules convexes et en surface sur les moules concaves, on applique indépendamment l'un de l'autre de la résine synthétique avec un stratifié de fi- bres. Après l'assemblage des moules convexes et des moules concaves, ceuxci sont collés ensemble et durcis, puis les moules convexes sont retirés. Il en résulte deux parties en coquille entre lesquelles il faut fixer d'autres éléments structuraux, par exemple le longeron d'aile porteur et des garnitures de raccordement, avant l'assemblage des deux par- ties de coquille. Un inconvénient de cette construction est que le procédé de fabrication exige beaucoup de travail et que, pour chaque modèle nouveau, il faut également de nou- veaux moules convexes pour les nervures. Etant donné que le longeron est directement collé sur la peau de la coquille, les nervures ne sont pas continues. De ce fait, les brins de fibres des nervures sont interrompus et il n'est pas possible de bien introduire les efforts dans les longerons. Le but de l'invention est de procurer un élément de construction ou structural surfacique du type précité, de poids favorable, qui présente une structure simple, con- vienne bien à la fabrication en série et permette d'encais- ser et de transmettre favorablement les forces qui inter- viennent. Ce but est atteint conformément à l'invention avec un élément structural surfacique caractérisé en ce que les nervures longitudinales et les nervures transversales sont constituées par les parties latérales de cadres de caissons, fabriqués par enroulement de fibres et assemblés pour for- mer un treillis ou réseau qui constitue le renforcement de l'élément structural surfacique. Le dispositif pour fabriquer un élément structural surfacique selon l'invention est caractérisé par un équipe- ment pour constituer le treillis qui comprend: a) des corps de forme avec des éléments de guidage et recevant les cadres de caissons, b) des poutres longitudinales comportant des rails de guidage pour recevoir les éléments de guidage, c) des guidages transversaux qui sont disposés sur les poutres longitudinales à intervalles détermi- nés, et d) des poutres transversales comportant des rails de guidage pour recevoir les guidages transversaux, et un dispositif de collage pour recevoir le revê- tement et l'équipement de montage du treillis. Avec les dispositions de l'invention, la fabrication de l'élément structural précité comprend une série d'opéra- tions qui peuvent 9tre en grande partie automatisées; dans le cas, l'assemblage de l'élément structural dans son ensem- ble s'effectue principalement à partir d'éléments non dur- cis, en une seule opération de moulage à chaud par compres- sion. Ceci offre la possibilité d'utiliser avantageusement des éléments structuraux relativement complexes renforcés de fibres pour la fabrication en série, par exemple d'avions. En raison de la normalisation des dimensions du treillis de renforcement, on peut utiliser les mêmes corps de forme adéquats pour des éléments structuraux de diffé- rentes configurations. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de formes de réalisation représentées schémati- quement sur le dessin sur lequel: - la figure 1 représente un élément structural qui est ici, à titre d'exemple, une coquille d'un plan stabili- sateur ou empennage; - la figure 2 représente un cadre de caisson, - la figure 3 représente un dispositif d'application de bandes; - la figure 4 montre le dispositif d'application de bandes de la figure 3 avec des dospositifs decompression; - la figure 5 montre un ensemble de serrage et d'en- trainement de la figure 3 lors de la fixation des rabats; - la figure 6 est une autre forme de réalisation d'un dispositif d'application de bandes; - la figure 7 représente une poutre longitudinale avec des corps de forme; - la figure 8 montre l'assemblage d'un réseau; - la figure 9 montre une autre réalisation d'un corps de forme; - les figures lOa et lOb sont des coupes transversales des rails de guidage selon la figure 9; - la figure 11 montre l'assemblage des corps de forme de la figure 9 pour former un réseau; - la figure 12 montre une installation de montage; et - la figure 13 représente un exemple d'une installa- tion de fabrication entièrement automatisée pour la fabri- cation d'éléments structuraux surfaciques. La figure 1 est une vue d'un élément structural sur- facique 1 en matière plastique renforcée de fibres, consti- - tué par un revêtement la et un treillis de renforcement 2, en prenant ici comme exemple la coquille de droite d'un plan fixe stabilisateur ou empennage. Le revêtement la, constitué par des fibres préalablement imprégnées, consti- tue ultérieurement la peau extérieure de l'empennage. Sur le cOté intérieur du revêtement la est placé un treillis de renforcement 2 constitué par des nervures longitudinales 3a et des nervures transversales 3b. L'élément structural com- porte en outre des garnitures 4 qui servent au montage ultérieur de l'empennage sur le fuselage de l'avion. Le treillis de renforcement 2 est assemblé à partir d'une mul- tiplicité de cadres de caissons 5. La figure 2 représente un cadre de caisson corres- pondant 5. Ce cadre est constitué par deux paires de parties de cotés 6a et 6b qui constituent les nervures respective- ment longitudinales 3a et transversales 3b du réseau ou grille ou treillis 2. La figure 3 représente un premier dispositif d'appli- cation de bandes 7 constitué principalement par un ensemble de mise sous tension et d'entraînement 7a et par un magasin à bobines 7b. Sur l'ensemble de tension et d'entraînement 7a est serré un corps de forme 9 sur lequel on enroule des bandes 8 en fibres préalablement imprégnées de résine syn- thétique, prélevées du magasin à bobines 7b. Les bandes 8 sont ici plus larges que le corps 9, de sorte qu'il en résulte des dépassements 10 et 11. Les bandes 8 sont appli- quées latéralement sur le corps 9 au moyen d'un rouleau d'application 12. La figure 4 représente l'ensemble de mise sous ten- sion et d'entraînement 7a avec le corps de forme 9 selon la figure 3, les dépassements 10 et 11 étant préparés ici pour être repliés en découpant les angles. Le dessin représente en outre des outils d'application 13, 14 et 15 pour replier et appliquer les dépassements 10 et 11. La figure 5 représente le corps de forme 9 selon la la figure 4; les dépassements 10 et 11 sont ici appliqués sur le corps 9 et constituent ainsi les rabats 23 et 24. Pour empêcher les rabats 23 et 24 de s'ouvrir, on enroule par exemple un fil 16. La figure 6 représente une autre forme de réalisation d'un dispositif d'application de bandes 40, constitué prin- cipalement d'un ensemble de mise sous tension, d'entraine- ment et d'application par pression 41 avec un robot de ma- noeuvre 42. Le robot 42 comporte un rail à succion 44 fixé à un bras articulé 43. L'ensemble 41 est constitué princi- palement par un logement entraîné pour un corps de forme 9 ainsi que par deux paires de rouleaux 45 et 46. Les rou- leaux 45 servent à appliquer la bande 8 et à replier les dépassements 10 et 11. Le robot 42 prélève au moyen du rail 44 une bande 8 coupée à longueur dans une pile et l'enroule autour du corps 9 en faisant tourner celui-ci dans le sens de la flèche 47. La figure 7 montre quelques corps de forme 9 munis de cadres de caissons 5, qui sont alignés sur une poutre longitudinale 17 munie du rail de guidage 18, des éléments de guidage 19 placés sur les corps 9 pénétrant dans le 2477963 rail 18. Les poutres longitudinales 17 sont munies à inter- valles réguliers de guidages transversaux 20. Les corps de forme 9 sont fortement pressés l'un contre l'autre dans le sens de la flèche 48 avant l'opération de fabrication sui- vante. La figure 8 montre l'alignement des poutres longitu- dinales 17 sur des poutres transversales 21 au moyen des guidages transversaux 20. Il en résulte un gabarit de treillis 50. Les corps de forme 9 eux-mêmes sont constitués d'éléments métalliques 51 et de matières élastiques se dila- tant, par exemple du caoutchouc expansé. Les poutres longi- tudinales individuelles 17 sont fortement pressées l'une contre l'autre dans le sens de la flèche 53. Ensuite, les rabats 23, 24 sont renforcés par une bande 54 placée sur eux et appliquée par un rouleau 55. Les figures 9 et 10 représentent différentes confi- gurations d'un autre corps de forme 9a. Le corps 9 est ici constitué par une partie médiane 56 et deux parties latéra- les 57 symétriques l'une de l'autre. Les parties 56 et 57 sont en métal. La liaison de ces parties s'effectue à l'aide de profilés en caoutchouc 58, qui sont enfoncés dans des gorges 59 de forme appropriée des parties latérales 57. Ainsi, le corps 9a constitue un élément cohérent du dispo- sitif. Pour permettre l'adaptation à la substance du caout- chouc expansé utilisé chaque fois, on peut envisager unme partie médiane 56 avec différentes proportions de caoutchouc. La figure 10 représente des sections transversales correspondantes à titre d'exemples. La figure ll représente l'assemblage de corps de forme selon la figure 9 dans un gabarit de treillis 50a. L'assemblage sur une poutre transversale 21a des éléments individuels s'effectue comme sur la figure 8; toutefois, les corps 9a sont placés avec leur c8té libre vers le haut. La figure 12 représente une installation de pose 60 fortement simplifiée, comportant un dispositif de collage 61 placé dessus, un portique de levage 62, un rouleau d'ali- mentation 64 suspendu à un ensemble rotatif 63 ainsi qu'un dispositif de commande 65. Avec cette installation de pose, le revêtement la est stratifié dans le dispositif de 6 2477963 collage. Les différentes couches de la matière fibreuse préalablement imprégnée sont prélevées du rouleau d'alimen- tation 64. On peut en grande partie automatiser l'opération de stratification à l'aide d'une programmation numérique pour la commande de la grue 62 et de l'ensemble rotatif 63. La figure 13 représente un exemple d'une installa- tion de fabrication totalement automatisée pour fabriquer des éléments structuraux surfaciques. L'installation est constituée essentiellement par un dispositif de coupe par jet d'eau 71 pour couper à longueur les bandes 8, un ensem- ble de serrage, d'entraînement et d'application par pression 41, qui coopère avec le robot de manoeuvre 42. Ici, les corps de forme 9 sont entourés avec les bandes 8. Chaque corps entouré 9 est place par le robot 42 sur un caisson de manutention 72, d'ou il est poussé aur les poutres longitu- dinales 17. Lorsque tous les corps 9 sont alignés sur les poutres 17, ils sont pressés l'un contre l'autre dans le sens des flèches 73. Le treillis 50a ainsi formé est ensui- te basculé sur le stratifié de revêtement la fabriqué dans l'installation de pose. Ensuite, le dispositif de collage 61 avec le treillis 50a est mis à durcir dans un autoclave 74. Toutes les opérations précitées sont commandées automa- tiquement par la commande numérique 70. Lors du chauffage dans l'autoclave, les parties 52 des corps 9 en caoutchouc expansible sont expansées de telle sorte que la pression nécessaire pour le collage se trouve produite. Les corps de forme 9 sont ici démoulés par un autre robot 76. Les par- ties sales 56 et 57 des corps 9 sont amenées à une instal- lation de nettoyage 78 au moyen d'un rail transporteur 77. Après avoir quitté l'installation 78, les éléments indivi- duels nettoyés sont à nouveau assemblés pour former des corps 9, qui sont classés par un autre robot 79 dans un magasin 80. Ils sont alors disponibles à l'accès du robot 42 qui les amène à l'ensemble 41. 7 2477963 REVENDICATIONS 1. Elément structural surfacique, notamment pour engins volants, comportant des nervures longitudinales et des nervures transversales en matière plastique renforcée de fibres, et au moins un revêtement extérieur, caractérisé en ce que les nervures longitudinales et les nervures transver- sales (3a et 3b) sont constituées par les parties latérales (6a et 6b) de cadres de caissons (5), fabriqués par un pro- cédé d'enroulement de fibres et assemblés pour former un lo treillis (2) constituant le renforcement de l'élément struc- tural surfacique (1). 2. Elément structural selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cadre de caisson (5) est cons- titué par les couches d'une bande (8) en fibres, préalable- ment imprégnées de résine synthétique, enroulée autour d'un corps de forme (9). 3. Elément structural selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bande (8) est plus large que le corps de forme (9) et que les dépassements (10, 11) sont repliés pour former des rabats longitudinaux et transversaux (23 et 24) et appliqués pour adhérer sur le corps de forme (9). 4. Elément structural selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cadres de caissons (5) sont assemblés à l'aide d'un dispositif (17 à ) pour former le treillis (2) et sont durcis sous l'effet de la pression et de la chaleur. 5. Elément structural selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (la) est en matière plastique stratifiée renforcée de fibres. 6. Elément structural selon les revendications 4 et , caractérisé en ce que le treillis (2) et le revêtement (la) sont reliés et durcis par l'effet de la pression et de la chaleur. 7. Elément structural selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il n'est consti- tué que par un treillis (2) et deux revêtements (la). 8. Dispositif pour fabriquer un élément structural surfacique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 8 2477963 caractérisé par un équipement pour constituer le treillis (2), qui comprend: a) des corps de forme (9) munis d'éléments de guida- ge (19) recevant les cadres de caissons (5), b) des poutres longitudinales (17) avec des rails de guidage pour recevoir les éléments de guidage (19), c) des guidages transversaux (20), disposés à inter- valles déterminés sur les poutres longitudinales (17), et d) des poutres transversales (21) avec des rails de guidage (32) pour recevoir les guidages transver- saux (20), et un dispositif de collage (61) pour recevoir le revêtement (la) et l'équipement de montage du treillis (2).