Brevet FR2556650A1 — publié le 19850621

Procédé et dispositif de fabrication de corps structural creux en matériau composite, notamment pour missiles L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de fabrication de corps structuraux creux de forme allongée suivant une direction, en matériau composite stratifié, pré- sentant des parties en saillie dont le développement suivant ladite direction représente une fraction notable de la longueur du corps Elle présente un domaine d'application très large, s'étendant a tous les corps structuraux qui doivent avoir une raideur axiale élevé. Elle présente un intérêt particulier dans la fabrication de corps d'engins autopropulsus, notamment munis d'ailes longues. On réalise couramment, a l'heure actuelle, des structures d'engin en composite associant une matrice orga nue a des fibres longues présentant une grande résistance la traction (notamment verre aramide, carbone). En parti plier, on réalise couramment des enveloppes de propulseurs par enroulement de fibres ou de mèches enrobées de résine polymtrisable. Les corps cylindriques obtenus ont une rosis tance élevée a la pression.Mais la raideur axiale d'un corps ayant une épaisseur juste suffisante pour résister a la pression n'est pas compatible avec la réalisation d'un engin soumis à un facteur de charge Nlev6, ce qui se traduit par l'emploi d'une surépaisseur superflue pour la tenue a la pression. De plus, dans le cas d'un engin muni d'ailes à grand développement dans le sens longitudinal., il est ndces- saire d'intégrer au corps des cadres métalliques de reprise des efforts appliqués aux ailes lors du vol. Une grande partie du gain obtenu par l'utilisation du composite est alors annulée par l'augmentation de masse et d'encombrement résultant de ces deux contraintes. On pourrait penser qu'il est possible de résoudre le problème en substituant, aux procédés classiques de fabrica- tion de corps creux connus depuis pres de trente ans (brevet FR 1 169 030), un moulage du corps maintenu comprimé entre un moule chauffé et une vessie (FR-A-2 490 993). Mais cette solution n'est pas satisfaisante, car elle impose que le corps présente une cavité unique occupée par la vessie l'utilisation de plusieurs vessies correspondant chacune à l'une des cavités risque en effet de provoquer un décentrage dû à un gonflage inégal et, au surplus, serait extrêmement complexe. L'invention vise à fournir un procédé et un dispositif de fabrication de corps creux du type ci-dessus défini répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent de donner une raideur importante au corps tout en conservant une constitution simple, sans aucun cadre ou ferrure.Elle propose notamment dans ce but un procédé comportant le drapage d'un mandrin amovibie dont la surface reproduit la forme intérieure du corps par un tissu imprégné de matière polymérisable, caractérisé en ce qu'on forme les parties en saillie du corps par drapage à l'aide de feuilles de tissu pr--lmprégné de matière polymérisable sur des profilés dont une partie au moins sont amovibles et qui sont maintenus lors du drapage par rapport au mandrin , avant de polymériser simultanément l'ensemble du matériau polymérisable utilisé dans la fabrication. Le mandrin et certains au moins des profilés sont avantageusement en un matériau, par exemple métallique, ayant un coefficient de dilatation thermique très supérieur a celui du composite. Grâce à cette différence de coefficient de dilatation, l'expansion des pièces exerce une pression supplémentaire sur le corps lors du chauffage nécessaire pour assurer la polymérisation. De plus, la différence de coefficients de dilatation permet une extraction aisée des pièces amovibles formant noyau (mandrin et profilés) même si aucune dépouille n'est prévue. Dans le cas de l'application du procédé à un corps d'engin muni d'ailes longues, on pourra obtenir une rigidité satisfaisante de ces dernières en les renfor çant par la présence de cloisons de fractionnement. I1 suffit pour cela de réaliser d'abord une ébauche de corps, par exemple par bobinage de pré-imprégné sur un mandrin, puis de réaliser plusieurs ébauches de tronçon radial d'aile par bobinage ou drapage de profilés correspondant chacun à un tronçon radial d'aile, et enfin par mise en place des tron çons et intégration des ailes à la partie centrale par drapage à l'aide de feuilles de composite pré-imprégné débordant sur les ailes et la partie centrale, avant polymérisation. Dans le cas plus précis d'une section de tronçon de missile ainsi réalisée, l'encastrement des ailes à la section du corps présente l'avantage d'une transmission continue des efforts aérodynamiques de l'aile au corps. De plus, le respect du calage des ailes par rapport à l'axe longitudinal du corps et des ailes entre elles, ainsi qu'une très grande rectitude de l'aile, améliorent le pilotage en roulis. Ces avantages, alliés à une très bonne planéité et un bon état de surface, contribuent à une amélioration notable de l'aérodynamique en général. L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, comportant un moule présentant au moins deux parties extérieures déplaçables radialement et des moyens permettant d'appliquer une pression tendant à amener en contact les él- ments du moule en laissant alors, entre ces éléments et le mandrin, le jeu nécessaire a la mise en place du composite. En règle générale, le moule sera démuni de moyens de verrouillage, les éléments qui le constituent n'étant maintenus en contact que par la pression interne. Cette disposition permet un autocentrage des différentes pièces et une répartition régulière de la pression sur l'ensemble de la pièce moulée. I1 sera généralement avantageux que les plans de joints entre les différents éléments du moule correspondent à la pointe des ailes. Le procédé et le dispositif qui viennent d'être décrits permettent d'intégrer complètement la voilure à la partie centrale du corps et, donc, d'avoir une rigidité élevée, du fait de l'augmentation d'inertie des sections travaillantes. Le fractionnement des ailes par des cloisons permet d'augmenter encore cette rigidité. La mise en oeuvre reste simple, du -fait qu'il y a glabora- tion directe des ailes sur la partie centrale et polymérisation simultanée des matériaux constitutifs mis en oeuvre. Les ailes, étant creuses, peuvent permettre le passage de servitudes, ce qui tend å supprimer les carénages qui étaient en général prévus jusqu'ici. Le procédé permet de réaliser non seulement des formes a section constante dans le sens longitudinal, mais aussi les formes évolutives qui sont souhaitables pour améliorer l'aérodynamique et réduire la signature radar. Lorsque le corps n'a pas besoin d'être muni d'ailes remplissant une fonction aérodynamique, l'invention peut toutefois conserver tout son intérêt chaque fois qu'il est souhaitable d'obtenir une rigidité accrue ou d'offrir un passage à des câbles ou canalisations tout en évitant la présence de carénage extérieur qui constitue des éléments supplémentaires n'ajoutant rien à la résistance du corps. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma en perspective montrant la constitution générale d'un corps structural en matériau composite et à voilure cruciforme réalisé suivant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, - la Figure 2 est une vue en coupe transversale d'un fragment du corps de la Figure 1, montrant le détail des divers éléments constitutifs dans un mode particulier de réalisation, - la Figure 3 est un schéma de principe montrant les constituants d'un dispositif suivant l'invention permettant de réaliser le corps de la Figure 1, en coupe transversale, - la Figure 4 est un schéma en perspective montrant trois profilés de réalisation des caissons de la voilure du corps de la Figure 1, la Figure 5 est un schéma en perspective montrant une étape du drapage du corps de la Fig.l, au cours de la réalisation de ce dernier, - la Figure 6 est un schéma en perspective à grande échelle, montrant l'application d'une nappe de composite sur l'une des parties du moule de la Figure 3. On considérera d'abord, à titre d'exemple, le cas particulièrement intéressant de la fabrication d'un tronçon de voilure d'engin muni d'une voilure sur au moins la majeure partie de sa longueur. Un tel tronçon 10, muni d'ailes el croix 11 sur toute sa longueur, est montré en Figure 1. Le tronçon i0 peut par exemple être destiné a constituer l'enveloppe du propulseur et d'une fraction du système de commande. Dans ce cas,-il sera, sur l'engin complet, relié à la partie avant par des brides ou cadres de liaison. Le corps 10 doit avoir une forte raideur axiale pour éviter les déformations sous facteur de charge élevé et il doit assurer la transmission à la partie centrale des efforts appliqués aux ailes 11. Les deux résultats sont simultanément atteints en intégrant la voilure a la partie centrale cylindrique du corps 10 pour constituer une structure monolithique et en cloisonnant les ailes pour les renforcer, Dans le cas d'une enveloppe de propulseur qui doit résister a la pression interne, on peut donner au corps la constitution générale schSmatisée en Figure 2. La partie interne est constituée par un bobinage 12 de fibres longues imDrGgnGes de matière organique, polymérisée sur le corps terminé.Les ailes comportent chacune plusieurs caissons longitudinaux échelonnés dans le sens radial, au nombre de tois dans le mode de réalisation illustré. Les caissons 13, 14 et 15 sont constitués en nappe ou tissu de fibres longues imprAgndes de matière organique polymêris-e. Elles sont solidarisées de la partie interne par un drapage de nappe ou tissu ayant la même constitution, les feuilles utilisées pour le drapage s'appliquant chacune à la fois sur la partie interne et une aile au moins.Les nappes. où toutes les fibres ont sensiblement la même orientation, sont disposées de façon que les fibres aient le sens requis pour transmettre ou absorber les efforts appliqués. Des mèches 16 en fibres imprégnes peuvent être disposées dans les angles rentrants pour accroître l'épaisseur ou éviter les vides. La polymérisation de l'ensemble de la matière organique est effectuée sous pression en une seule opération de façon à assurer une jonction intime donnant à la structure un caractère monolithique. Les caissons délimités par le cloisonnement de la voilure constituent des canaux pouvant recevoir le câblage requis et évitant donc la nécessité d'un carénage extérieur supplémentaire ne contribuant pas à la rigidité. Dans le cas où la présence d'un carénage est toutefois indispensable, celui-ci peut être intégré au corps selon le. même mode de réalisation et participe donc à la rigidité. Il est possible de fermer la voilure et/ou la partie centrale à une des extrémités, par une paroi qui peut être à courbure variable, cette dernière disposition permettant d'améliorer l'aérodynamisme et/ou de réduire la signature radar. La partie centrale peut de son côté être cylindrique ou à section variable. La Figure 3 montre un dispositif utilisable pour réaliser un tronçon du genre montré en Figures 1 et 2. Ce dispositif comporte un mandrin.central 17 cylindrique, prévu pour prévoir un enroulement filamentaire. On ne décrira pas ici le mode de réalisation d'un tel enroulement, qui peut être entièrement classique. Il faut cependant noter qu'on utilisera en règle générale des fibres ou mèches pré- imprégnées par une résine à longue durée de vie à température ambiante, plutôt que des fibres sèches qui ne sont revêtues de résine qu'au moment de l'enroulement. Pour un motif qui sera exposé en détail plus loin, on constituera en général le mandrin en un matériau (alliage par exemple) ayant un coefficient de dilatation thermique beaucoup plus important que celui du composite utilisé pour constituer l'enroulement filamentaire, puis le drapage. Le dispositif comporte également des profilés destinés à réaliser les caissons de voilure. Dans le cas illustré sur la Figure 3, ces profilés sont constitués de barrettes métalliques 18, 19 et 20 (Figures 3 et 4) dont la forme correspond à celle des caissons. Enfin, le dispositif comprend un moule en plusieurs parties 21 déplaçables radialement entre une position où elles sont en appui les unes contre les autres pour délimiter une cavité étanche (Figure 3) et une position ouverte permettant de placer les autres composants du dispositif et de les en retirer. Les moyens de rapprochement des pièces peuvent être constitués par des vérins tels que 22. Mais il suffit que ces moyens de rapprochement soient prévus pour permettre aux parties 21 de s'écarter en synchro nisme sous la pression interne.Le nombre des parties du moule et l'emplacement des joints sont prévus pour que les différents composants internes puissent s'auto-centrer et que la pression puisse s'équilibrer dans l'ensemble de la structure au cours de la polymérisation. Dans le cas illustré, le moule est en quatre parties 21 dont les plans de joint sont placés au droit des plans médians des ailes Le mandrin 17 et/ou les parties 21 du moule sont munis de moyens de chauffage permettant de porter la matière organique du composite à la température de polymérisation. La mise en oeuvre du procédé dans un dispositif du genre qui vient d'être décrit est la suivante. On commence par constituer, sur le mandrin 17, un enroulement filamentaire d'épaisseur determinée pour qu après contactaye et polymérisation la partie centrale du corps ait 1 'épaisseur recherchée. L'enroulement s'effectue avantageusement avec du fil pré-imprégné de résine. On effectue ensuite un conformage de l'enroulement, par exemple par simple application d'une enveloppe thermorétractable que l'on porte ensuite à la température de rétraction, par exemple à l'air chaud. On obtient ainsi une compression sensiblement constante et une épaisseur régulière. On constitue alors séparément les caissons de la voilure, par drapage de renforts sur les barrettes 18, 19 et 20 (Figure 4). On utilise pour cela des feuilles de nappes ou de tissu découpées de façon appropriée. Sur la Figure 4, on a indiqué schématiquement la mise en place de telles feuilles 18a et 19a sur les profilés 18 et 19. Le drapage s'effectue en respectant une orientation des fibres choisie en fonction des efforts à absorber ou à transmettre : dans le cas d'une voilure, on sera freuemment amené à croiser deux nappes superposées, les fibres de chaque nappe étant obliques par rapport a l'axe. On drape ensuite le revêtement exterieur. On peut pour cela opérer de la façon schématisée sur les Figures 5 et 6. Les deux parties inférieures du moule etant rapprochées, on place des feuilles de nappe ou de tissu pré-imprégnées 23 pour tapisser les deux parties en place, puis on met les renforts de l'aile inférieure, portés par leurs barrettes 18, 19 et 20. On met en place le mandrin 17 revêtu de son enroulement (Figure 5). Puis on pose les renforts des ailes latérales avant de replier les feuilles de drapage. Le développement des feuilles dans le sens circonfêrentiel est choisi pour obtenir un décalage des coupes et une tension sur les fibres pendant la mise en pression du moule.Lors du drapage, les anomalies d'épaisseur dans la zone de raccordement entre les parties centrales peuvent être compensées par mise en place de mèches 16. En règle générale, l'épaisseur de drapage sera, pour le corps, de 3 à 4 mm dans le cas d'un engin autopropulsé ayant une vingtaine de centimètres de diamètre et de 2 mm environ sur les ailes. Pour assurer la mise en pression du composite, le moule et les barrettes sont prévus pour que subsiste, après drapage, un jeu ne dépassant pas quelques dixièmes de millimètre entre les différentes parties 21 du moule. Le moule est alors fermé. La pression est maintenue dans les vérins 22 pendant llensemble du cycle. Le chauffage est commencé, avec une vitesse de montée en température faible pour tenir compte de l'inertie thermique de I'outillage. Le chauffage provoque la dilatation du mandrin 17 et des barrettes 18-20, alors que le composite a un coefficient de dilatation extrêmement faible. L'expansion de ces pièces provoque une augmentation de la pression exercée sur le composite, d'où un accroissement du compactage et un autocentrage. Les quatre parties 21 sont reliées par des moyens provoquant, en cas de pression interne excessive, un écartement symétrique. Une fois la polymérisation terminée, la pression sur les parties 21 est relâchée afin d'éviter le blocage des barrettes et du mandrin, le moule est ensuite ouvert et, après refroidissement, les barrettes 18-20 et le mandrin 17 formant noyau peuvent aisément être extraits, même s'ils ne présentent aucune dépouille, du fait de leur contraction. L'invention ne se limite évidemment pas au mode particulier de réalisation qui a été représenté et décrit. Elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences, que les parties en saillie constituent ou non des ailes, qu'elles servent ou non de canaux de passage pour des servitudes (par exemple cables ou conduites, etc.). REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de corps structural creux de forme allongée suivant une direction, en matériau composite stratifié, présentant des parties en saillie radiale pouvant constituer des ailes dont le développement selon ladite direction représente une fraction notable de la longueur du corps, comportant le drapage d'un mandrin amovible (17) dont la surface reproduit la forme intérieure du corps par une nappe ou un tissu (23) imprégné de matière polyméri-sable, caractérisé en ce qu'on forme les parties en saillie radiale par drapage à laide de feuilles de nappe ou tissu pré-imprégné de matière polymérisable sur des profilés dont une partie au moins sont amovibles et qui sont maintenus lors du drapage par rapport au mandrin, avant de polymériser simultanément l'ensemble du matériau polymérisable utilisé dans la fabrication. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mandrin et certains au moins des profilés sont en un matériau, par exemple métallique, ayant un coefficient de dilatation thermique supérieur a celui du composite. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties en saillie sont renforcées par des cloisons de fractionnement. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on réalise un bobinage de pré-imprégné sur le mandrin (17), puis plusieurs ébauches de tronçon radial de parties en saillie par bobinage ou drapage de profilés (18, 19, 20) correspondant chacun à un tronçon radial d'aile, avant de mettre en place les tronçons et dtintégrer les ailes à la partie centrale par le drapage à l'aide de feuilles de composite pré-imprégné débordant sur les parties en saillie et la partie centrale, avant ladite polymérisation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'o place des mèches (16) de matériau pré-imprégné avant drapage. 6. Dispositif de fabrication de corps structural creux de forme allongée, en matériau composite stratifié, présentant des parties en saillie radiale dont le développement suivant la direction d'allongement représente une fraction notable de la longueur du corps, comportant un moule présentant au moins deux parties extérieures déplaçables radialement et des moyens permettant d'appliquer une pression tendant à amener ces parties en contact, caractérisé en ce qu'il comporte également un mandrin (17) de dimensions laissant subsister, entre les parties du moule et le mandrin le jeu nécessaire à la mise en place et à la compression du composite, et des profilés (18, 19, 20) de formage des ailes coopérant également avec le moule. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites parties du moule sont associées à des moyens leur permettant de s'écarter sous la pression interne en synchronisme au cours de la polymérisation. 8. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisée en ce que les parties en saillie constituent des ailes longues et sont fractionnées par des cloisons transversales en caisson d'augmentation de la rigidité. 9. Application suivant la revendication 8, caract & risée en ce que l'un au moins des caissons constitue un passage pour les servitudes.