Brevet FR2562834A1 — publié le 19851018

La présente invention est relative à un procédé de fabrication de pièces creuses destinées à supporter des efforts mécaniques, notamment de portions d'aéronefs. et en particulier d'ailes de planeurs, ou de portions creuses d'engins quelconques, notamment de corps de missiles, ainsi qu'aux pièces ainsi obtenues. En faisant référence au domaine spécifique - mais non limitatif - des planeurs, les ailes de support de ces derniers sont obtenues par collage de deux demi-coques, à l'aide d'un moule en deux parties : chaque demi-coque est obtenue en appliquant de la peinture sur la.paroi de la cavité de chacun des deux demi-moules (cette peinture étant destinée à constituer le revêtement de protection extérieure de l'aile) et un matériau composite à résista.ace mécanique élevée, notamment obtenu par coopération entre des fibres en matière textile, par exemple de verre, et une résine d'imprégnation de ces fibres. Or, à la jonction entre lesdites demi-coques, les ailes de planeurs présentent une plus faible résistance du fait du collage, ce qui réduit leur durée de vie La présente invention a, en conséquence, pour but de pourvoir à un procédé original de fabrication de pièces creuses destinées àsupporter des efforts mécaniques, notamment de portions creuses d'aéronefs et en particulier d'ailes de planeurs, ou de portions creuses d'engins, notamment de corps de missiles, qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les procédés visant au même but antérieurement connus, notamment en ce qu'il élimine toute jonction par collage et augmente la résistance mécanique des pièces fabriquées, ainsi que leur durée de vie. La présente invention a également pour but de pourvoir au pièces creuses, notamment aux ailes de planeurs, ainsi obtenues. La présente invention a pour objet un procédé de fabric;itj.on d'une pièce creuse destinée à supporter des efforts mécaniques, du type réalisé en un matériau composite obtenu par coopération entre une armature de fibres en matière textile, notamment de fibres de verre, de verranne, de carbone, d'aramide ou d'autres, et un enduit de résines d'imprégnation de ladite matière textile, notamment de résine polyester ou époxy, à l'aide -d'un moule en deux parties dont la cavité de chaque demi-moule a été préalablement revêtue d'une couche de peinture, ou gelcoat ou analogue, de protection de la surface extérieure de ladite pièce creuse, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste : - à enrouler ladite matière textileisous forme de fils, et/ou de ruuuus,suivant plusieurs couches, autour d'un noyau plein fortement dilatable à chaud et ayant la forme définitive de ladite pièce,les fils et/ou les rubans étant inclinés par rapport à l'axe principal dudit noyau, donc de ladite pièce, de manière à obtenir la meilleure résis- tance mécanique aux efforts destinés à s'exercer sur cette pièce lors de son utilisation ; - à introduire ledit noyau dans ledit moule pour chauffer l'ensemble à une température telle qu'il se produit,en même temps, la polymdrisation desdites résines d'imprégnation et la dilatation du noyau, ce qui a pour effet de plaquer l'enrouiement constitué de fils et/ou de rubans disposés en couches superposées contre les parois internes desdits deux.demi-moules, et - à extraire ledit noyau après refroidissement de 11 ensemble. Selon un mode de réalisation avantageux du procédé conforme à l'invention, ledit noyau présente une structure composite constituée d'une portion interne rigide et d'une enveloppe externe, cette dernière se composant d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique volumique moyen, pour une variation de température donnée, est de beaucoup plus élevé que celui du matériau composant ladite portion interne, et qui reprend les dimensions initiales après refroidissement. Conformément à l'invention, le rapport du coeffi cient de dilatation thermique de ladite enveloppe externe au coefficient de dilatation thermique de ladite portion interne est de préférence égal à environ 40. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, la portion interne dudit noyau est réalisée en métal, notamment acier, aluminium ou autre. Selon une variante préférée de cette disposition, la portion interne dudit noyau est réalisée en un matériau composite, notamment en fibres de verre enrobées de résine, en béton de résine ou autres. Selon une autre disposition avantageuse de ce mode de réalisation, ledit noyau est extrait par fusion de sa portion interne et par extraction successive de son enveloppe externe encore à l'état plastique à travers un orifice prévu en position appropriée dans la pièce à fabriquer lors de l'opération d'enroulement. Selon une modalité avantageuse de cette disposition, l'écart entre la température de fusion de ladite portion interne du noyau et la température de polymérisa- tion desdites résines d'imprégnation de préférence ne dépasse pas environ 1000C. Selon encore une autre disposition préférée de ce mode de réalisation, ladite enveloppe fortement dilatable à chaud est appliquée sur ladite portion interne rigide par moulaye autour de cette dernière. Selon une variante avantageuse de cette disposi tion Selon un autre mode de réalisation avantageux du procédé conforme à l'invention,ledit noyau forterr#nt dilatable à chaud présente une structure unitaire et est réalisé en un matériau qui a un coefficient de dilatation thermique très élevé et qui reprend les dimensions initiales après refroidissement. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, le coefficient de dilatation thermique volumique du noyau à structure unitaire est d'environ 4,5 8 entre 200C et 800C et d'environ 7,5 % entre 200C et 1200C, le coefficient minimum de ces intervalles de températures étant de 2 % et de 3 8, respectivement. Selon encore un autre mode de réalisation avantageux du procédé conforme à l'invention, ladite enveloppe ou ledit noyau unitaire fortement dilatables à chaud sont réalisés en caoutchouc de silicone. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels - les figures la et 7b représentent des vues en perspective de deux modes de réalisation d'un noyau fortement dilata ble à chaud, conforme à l'invention, notamment destiné à la fabrication d'une aile de planeur ou aéronef selon le procédé de l'invention ; - les figures 2 à 5 représentent des vues en perspective des phases du procédé de fabrication d'une aile de pla neur ou aéronef, conformément à l'invention, et - la figure 6 représente une vue, également en perspective, d'une aile de planeur ou aéronef, selon l'invention. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. La description qui suit fait référence à un exemple, non limitatif, d'application du procédé original selon l'invention, notamment à la fabrication d'une aile de planeur 1 (cf. la figure 6) réalisée en un matériau composite ayant une résistance mécanique très élevée, dérivant de la coopération entre - une annature de fils, et/ou de rubans, réalisés en fibre de verre, de verranne,de carbone, d'aramide ou d'autre, et - un enduit de résines, notamment de résine polyester ou époxy ou autres, les matériaux composites étant destinés à être employés en proportions progressivement toujours plus élevées, notamment dans le domaine des aéronefs, parce qu'ils allient à leur résistance mécanique très élevée un faible poids. Conformément à l'invention, on réalise d'abord un noyau fortement dilatable à chaud (2a ou 2b, cf, les figures la et lb) ayant la forme définitive de l'aile de planeur 1 à fabriquer. Selon un premier mode de réalisation, le noyau (cf. la figure la) se présente sous la forme d'une structure composite 2a. De façon plus précise, il est constitué d'une portion intérieure rigide 3 et d'une enveloppe externe 4 d'épaisseur appropriée, - en particulier comprise entre 1cm et 2cm, mais d'autres valeurs sont possibles suivant les applications -, qui sont réaliseesen matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique très diffé- rents . avantageusement, dans le cadre de l'exemple illustratif du procédé selon l'invention, le rapport du coefficient de dilatation thermique de l'enveloppe externe 4 au coefficient de dilatation thermique de la portion interne 3 est de préférence égal à environ 40. A cet effet, on peut réaliser ladite portion interne 3 en un matériau métallique, tel que l'acier ou l'aluminiua, ou, en alternative, en un matériau composite, notamment en fibres de verre enrobées de résine, en béton de résine ou autres : ces matériaux composites présentent un coefficient de dilatation thermique volumique moyen de 0,12 % pour une variation de température de 600C en passant par exemple de 200C (température ambiante) à 8due, tandis qu'il est de 0,2 % pour une variation de température de 100 C, à partir de la même valeur de température ambiante. En ce qui concerne les matériaux utilisables pour réaliser ladite enveloppe externe 4, on peut avantageusement utiliser un matériau à coefficient de dilatation thermique très élevé, et capable de reprendre les dimensions initiales après refroidissement, tel que, par exemple, le caoutchouc de silicone ERTV (commercialisé par la firme américaine DOW CORNING) qui présente, entre 200C et 800C, un coefficient de dilatation thermique volumique moyen de 4,5%, tandis qu'entre 200C et 1200C ce coefficient est de 7,5 % il est facile de vérifier que, dans chacun des deux intervalles de températures, le rapport de coefficient de dilatation thermique de l'enveloppe 4 à celui de la portion interne 3 du noyau 2a est d'environ 40 et, de façon plus précise, est égal à 37,5. L'application de ladite enveloppe 4 est effectuée, de préférence, par moulage autour de la portion rigide interne 3 ou, en alternative, par collage sur cette dernière. Selon un deuxième mode de réalisation du noyau fortement dilatable à chaud, celui-ci se présente avantageusement sous la forme d'une structure unitaire 2b (cf. la figure lb) et peut être réalisé, en particulier, dans le même matériau d#ont se compose ladite enveloppe 4 du noyau à structure composite 2a : cette solution est manifestement adoptable seulement si la longueur du noyau 2 et donc de l'aile de planeur 1, n'est pas trop importante, de manière que ce noyau 2b ne risque pas de s'incurver. Le coefficient minimum de dilatation thermique du matériau constituant le noyau à structure unitaire 2b entre 200C et 800C est de 2 %, tandis qu'entre 200 et 1200C il est de 3 %. Après avoir réalisé le noyau fortement dilatable à chaud 2a ou 2b, on enroule (cf. la figure 2) autour de ce dernier,et suivant plusieurs couches superposées, des fils 5 et/ou des rubans réalisés en fibre de verre, de verranne, de carbone, d'aramide ou d'autre - ainsi que précisé plus haut - qu'on enrobe ensuite d'un enduit de résines, notamment de résine polyester ou époxy ou autres, destiné à coopérer intimement avec l'enroulement 6 filamentaire ou en ruban pour donner lieu, lors de la polymérisation desdites résines, à un matériau composite présentant des propriétés mécaniques exceptionnellement élevdes et propre donc à constituer ladite aile de planeur 1. Comme variante avantageuse, au lieu d'enrober de résine ledit enroulement 6 après avoir disposé les fils et/ou les rubans employés sur le noyau 2a ou 2b, on peut utiliser des fils et/ou des rubans déjà préimprégnés de résine. Il va de soi que l'enroulement 6 de fils et/ou rubans est effectué suivant une inclinaison, par rapport à l'axe principal longitudinal de l'aile 1, qui est conforme aux calculs - connus des techniciens en la matière - de résistance à la flexion et à la torsion d'une aile d'aéronef. La phase d'enroulement (et d'enrobage de ce dernier) étant terminée, on introduit le noyau dilatable 2a ou 2b, ainsi revêtu, dans un moule 7 en deux parties 7a et 7b,dans la cavité desquels a été préalablement appliquée, conformément à l'usage courant dans ce type d'applications, une couche 8 de peinture, ou gelcoat, destinée à protéger la surface externe de l'aile 1 à fabriquer, après quoi les deux demi-moules 7a et 7b sont assemblés (cf. la figure 3). On procède ensuite au chauffage de cet ensemble, à une température qui est choisie en fonction de la température de polymérisation des résines employées et qui peut atteinre ou dépasser 3000C. En même temps, l'enveloppe 4 Qu noyau 2a, ou la masse du noyau 2b, se dilate de façon considérable et vient plaquer l'enroulement 6 contre les parois internes du moule 7 (cf, la figure 4), assurant ainsi la liaison entre l'enroulement 6 et la couche 8 de peinture ou gelcoat. Après refroidissement, les deux demi-moules 7a et 7b sont désassemblés et la couche 8 de peinture, ou de gelcoat, en séchant adhère intimement à l'enroulement 6 pour constituer un ensemble dont la surface externe 9 présente un aspect homogène et lisse (cf. la figure 5). Dans certaines applications, il peut s'avérer important de disposer d'une pièce dont la surface extérieure soit non seulement lisse mais également réfléchissante dans ce cas, il va de soi qu'il est nécessaire d'utiliser une peinture spécialement conçue à cet effet et connue des techniciens en la matière. Dans d'autres applications il peut être, en outre, nécessaire de disposer d'une pièce creuse présentant un aspect homogène et liss#e également au niveau de sa surface interne : dans ce cas, on applique une peinture également sur ladite enveloppe 4 du noyau 2a, ou sur le noyau 2b, avant d'enrouler les fils et/ou les rubans en matière textile appropriée autour de l'un ou l'autre de ces noyaux, après l'avoir préalablement revêtu d'une pellicule de matériau anti-adhésif, le cas échéant. L'interposition d'une pellicule de matériau antiadhésif, notamment de cire, peut s'avérer nécessaire également entre l'un desdits noyaux fortement dilatables à chaud 2a et 2b et l'enroulement 6 enrobé de résines. Une fois les deux demi-moules 7a et 7b désassemblés,on retire le noyau 2a ou 2b de l'intérieur de l'aile 1 (cf. la figure 6). A cet effet, il peut etre avantageux - surtout en considération de la forme particulière que certaines pièces creuses peuvent présenter - d'utiliser un noyau du type représenté à la figure la dont la portion interne est réalisée en un matériau fusible présentant, à l'évidence, une température de fusion plus élevée que celle correspondant à l'opération de polymérisation des résines dont est enrobé l'enroulement 6 disposé autour du noyau 2a ; toute fois, il est préférable de ne pas dépasser un écart de température d'environ 1000C entre la température de fusion et la température de polymérisation, ;L;écart minimum préféré entre ces températures étant d'environ 20 C. De cette manière, il est possible de retirer le noyau 2a par fusion de la portion interne fusible et par extraction de ladite enveloppe 4 d l'état encore souple à travers un orifice de dimensions appropriées ménagé, dans la pièce à produire, en position également appropriée. En ce qui concerne la réalisation spécifique d'une aile d'aéronef, notamment de planeur, 1, il va de soi que, après sa fabrication suivant le procédé conforme à la présente invention, on peut introduire, à son intérieur, selon des techniques connues de l'homme de l'art, les timo neries de commande (non représentées), qui sont solidarisées sur le bord de fuite pivotant (non représenté) : ce bord de fuite peut être lui-même rapporté sur le bord postérieur correspondant, et généralement tronqué, de l'aile 1, à l'aide d'un joint de soyage (non représenté). On peut également introduire un éventuel longeron de renfort et appliquer une nervure d'emplanture latérale pour la solidarisation avec le corps de l'aéronef Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invent ion ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre# n. de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une pièce creuse (1), destinée à supporter des efforts mécaniques, du type réalisé en un matériau composite obtenu par coopération entre une armature de fibres en matière textile, notamment de fibres de verre, de verranne, de carbone, d'aramide ou d'autres, et un enduit de résines d'imprégnation de ladite matière textile, notamment de résine polyester ou époxy, à l'aide d'un moule (7) en deux parties dont la cavité de chaque demi-moule (7a, 7b) a été préalablement revêtue d'une couche (8) de peinture, ou gelcoat ou analogue, de protection de la surface extérieure (9) de ladite pièce creuse (1), lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste ::- à enrouler ladite matière textile sous forme de fils (5) et/ouderubans,suivant plusieurs couches, autour d'un noyau plein (2a ou 2b) fortement dilatable à chaud et ayant la forme définitive de ladite pièce (1), les fiscs (5) et/ou les ruunsétant inclinés par rapport à l'axe principal dudit noyau, donc de ladite pièce, de manière à obtenir la meilleure résistance mécanique aux efforts destinés à s'exercer sur cette pièce (1) lors de son utilisation - à introduire ledit noyau (2a ou 2b) dans ledit moule (7) pour chauffer l'ensemble à une température telle qu'il se produit,en même temps, la polymérisation desdites résines d'imprégnation et la dilatation du noyau (4 ou 2b), ce qui a pour effet de plaquer l'enroulement constitué de fils (5) et/ou de rubans disposés en couches superposées contre les parois internes desdits deux demi-moules (7a, 76), eut - à extraire ledit noyau (2a ou 2b) après refroidissement de 1'ensemble. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau (2a) présente une structure composite constituée d'une portion interne rigide {3) et d'une enveloppe externe (4), cette dernière se composant d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique volumique moyen, pour une variation de température donnée, est de beaucoup plus élevé que celui du matériau composant ladite portion interne (3), et qui reprend les dimensions initiales après refroidissement. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport du coefficient de dilatation thermique de ladite enveloppe externe (4) au coefficient de dilatation thermique de ladite portion interne (3) est de préférence égal à environ 40. 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion .interne (3) dudit noyau (2a) est réalisée en métal, notamment acier, aluminium ou autre. 5.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion interne (3) dudit noyau (2a) est réa- lisée en un matériau composite, notamment en fibres de verre enrobées de résine, en béton de résine ou autres. 6,- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit noyau (2a) est extrait par fusion de sa portion interne (3) et par extraction successive de son enveloppe (4) encore à l'état plastique à travers un orifice prévu en position appropriée dans la pièce (i) à réaliser lors de l'opération d'enroulement. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'écart entre la température de fusion de ladite portion interne (3j du noyau S2a) et la température de polymérisation desdites résines d'imprégnation de préférence ne dépasse pas environ 1000C, l'écart minimum préféré entre ces températures étant d'environ 200C, 8.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe (4) fortement dilatable à chaud et appliquée sur ladite portion interne rigide (3) par moulage autour de cette dernière. 9.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe 14) fortement dilatable à chaud est appliquée sur ladite portion interne rigide (3) par collage. 10.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau (2b) fortement dilatable à chaud présente une structure unitaire,et en ce qu'il est réalisé en un matériau qui a un coefficient de dilatation thermique très élevé et qui reprend les dimensions initiales après refroidissement. Il.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le coefficient de dilatation thermique volumique du noyau à structure unitaire (2b) est d'environ 4,5 % entre 200C et 800C et d'environ 7,5 % entre 200C et 1200C, et en ce que le coefficient minimum dans ces intervalles de températures est de 2 % et de-3 %, respectivement. 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 10 caractérisé en ce que ladite enveloppe (4) ou ledit noyau unitaire (2b) fortement dilatables à chaud, sont réalisés en caoutchouc de silicone. 13.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la peinture de protection de sa surface extérieure (9) est du type conférant à cette dernière un aspect lisse et/ou réfléchissant. 14.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite armature de fils (5) et/ou rubans en matière textile est enrobée desdites résines d'imprégnation après avoir été enroulée autour dudit noyau (2a ou 2b). 15.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en-ce que les fils (5) et/ou rubans en matière textile constituant ladite armature sont enrobés desdites résines d'imprégnation avant d'être enroulés autour dudit noyau (2a ou 2b). 16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'un matériau antiadhésif, notamment une cire, est appliqué sur le noyau (2a ou 2b) avant d'enrouler autour de ce dernier lesdits fils (5) et/ou rubans en matière textile, déjà préalablement enrobés ou à enrober desdites résines d'imprégnation. 17.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'une peinture appropriée, ou gelcoat, ou analogue, est appliquée sur la surface dudit noyau (2a ou 2b) éventuellement revêtue au préalable d'un matériau anti-adhésif, pour conférer également à la surface interne de ladite pièce creuse (1) un aspect lisse. 18.- Aéronef, notamment planeur, du type comportant en particulier des ailes (1) réalisées en matériau composite constitué par la coopération entre une armature en matière textile appropriée, notamment de fibres de verre, de verranne, de carbone, d'aramide ou d'autres, et un enduit de résine d'iqzregnation de ladite matière textile, notamment de résine polyester ou époxy, la surface extérieure(9) de ladite aile (1) étant protégée par une peinture,ou un gelcoat,ou un matériau analogue approprié, caractérisé en ce qu'il comporte des ailes (1) dont l'armature est constituée par un enroulement (6) de fils (5) et/ou rubans en ladite matière textile, disposés suivant plusieurs couches et imprégnés de ladite résine.