Brevet FR2681003A1 — publié le 19930312

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces, dont la première est du type sandwich, tandis que la seconde est métallique. Quoique non exclusivement, le procédé selon l'invention est plus particulièrement destiné à des applications aéronautique et spatiale pour l'assemblage de pièces de structure d'aéronefs ou de lanceurs spatiaux. Actuellement, l'assemblage d'une pièce de structure en matériau sandwich, du type comportant deux peaux résistantes entre lesquelles est disposée une âme, et d'une pièce de structure en matière métallique (dénommée ci-après "cadre") est réalisé selon deux procédés distincts. Dans le premier procédé connu, on prévoit un cadre métallique, par exemple cylindrique, comportant des plaques annulaires mobiles ou éclisses formant avec le reste dudit cadre métallique une gorge annulaire. On engage alors, dans l'extrémité correspondante du cadre, l'extrémité correspondante de la pièce de structure cylindrique, puis on rapporte lesdites plaques annulaires pour emprisonner ladite pièce de structure. Préalablement, on a déposé sur les faces en regard desdites extrémités de la pièce de structure et du cadre une matière adhésive et, après collage, on rapporte des boulons transversalement aux deux extrémités emboîtées du cadre métallique et de la pièce du type sandwich, alors fermement assemblés l'un à l'autre. Dans le second procédé connu, on prévoit dans ltextré- mité du cadre métallique une gorge annulaire , dont les faces internes, tournées l'une vers l'autre, sont coniques. Aussi, après l'introduction de l'extrémité correspondante de la pièce de structure en matériau sandwich, on engage des cales coniques entre les faces internes de la gorge dudit cadre et les faces externes des peaux résistantes de ladite pièce en matériau sandwich, ce qui assure le coincement et le maintien en position du cadre et de la pièce. Une matière adhésive assure la solidarisation définitive de la pièce et du cadre, d'une part entre les cales et les peaux résistantes de la pièce en matériau sandwich, et, d'autre part, entre les cales et les faces internes du U de l'extrémité dudit cadre. Ces deux procédés d'assemblage, assurant la solidarisation des extrémités correspondantes d'un cadre métallique et d'une pièce de structure sandwich, sont largement utilisés et, bien que donnant des résultats mécaniquement satisfaisants, ils présentent néanmoins des inconvénients notamment au niveau de la lourdeur de leur mise en oeuvre (réalisation de pièces rapportées et de cales pouvant avoir des diamètres de plusieurs mètres) et des coûts élevés qui en résultent. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et concerne un procédé d'assemblage de deux pièces, l'une en matériau sandwich, l'autre métallique, dont la mise en oeuvre est considérablement simplifiée tout en garantissant une solidarisation efficace desdites pièces. A cet effet, le procédé pour assembler les extrémités correspondantes de deux pièces, dont la première est du type sandwich et comprenant deux peaux résistantes entre lesquelles est disposée une âme, tandis que la seconde est métallique, est remarquable, selon l'invention, en ce que - on prévoit une réserve dans une extrémité de ladite première pièce pour que le bord de ladite âme soit en retrait des bords respectifs desdites peaux - on conforme une extrémité de ladite seconde pièce pour qu'elle s'engage dans la réserve prévue dans la première pièce - on ménage des passages transversaux dans les extrémi tés emboîtées desdites pièces ; et - par lesdits passages transversaux, on injecte, dans les jeux résultant des tolérances de fabrication desdites extrémités emboîtées, une matière adhésive solidarisant lesdites première et seconde pièces. Ainsi, la réalisation d'une réserve directement dans la pièce en matériau sandwich, par exemple lors de sa fabrication, permet d'engager l'extrémité correspondante de la pièce métallique et d'effectuer par la suite le collage desdites extrémités. On s'affranchit donc de pièce rapportée ou de cales coniques usuellement utilisées dans les procédés antérieurs, ce qui simplifie par conséquent les opérations d'assemblage desdites pièces. Plus particulièrement, pour introduire la matière adhésive, on monte temporairement un injecteur dans chaque passage transversal, la buse d'injection dudit injecteur étant pourvue d'au moins un conduit interne débouchant radialement à sa périphérie, en direction desdits jeux. Ainsi, au lieu d'enduire les faces correspondantes des pièces à assembler nécessitant un temps d'intervention significatif et une quantité de matière adhésive importante, on réalise grâce aux injecteurs des zones de collage autour desdits passages. En outre, l'injection garantit un remplissage efficace et sûr des zones concernées, c'est-à-dire des jeux prévus entre les faces extérieures de l'extrémité de la seconde pièce et les faces intérieures des peaux résistantes de la première pièce. Par ailleurs, après l'injection de ladite matière adhésive dans les jeux desdites extrémités emboîtées et avant la polymérisation complète de ladite matière adhésive, on met avantageusement en place, dans lesdits passages transversaux, des organes de fixation maintenant en position les extrémités emboîtées desdites première et seconde pièces, puis, après la polymérisation de ladite matière adhésive, on serre lesdits organes de fixation au couple de serrage souhaité, ce qui garantit, en plus du collage, une solidarisation totale desdites pièces. Selon une autre caractéristique du procédé, avant l'injection de ladite matière adhésive, on monte dans chaque passage transversal deux coupelles percées pourvues chacune d'un corps cylindrique creux, lesdites coupelles s'engageant, par leurs corps, en opposition l'une de l'autre et venant en butée contre les faces extérieures respectives desdites peaux résistantes, tandis qu'un espace est préservé, entre les faces transversales en regard desdits corps, opposées auxdites coupelles, dans ledit passage pour l'introduction de ladite matière adhésive. Chaque ensemble de deux coupelles ainsi engagées assure le positionnement des extrémités desdites pièces. De plus, on ajuste le diamètre de chaque corps avec le diamètre du trou prévu dans l'extrémité de ladite seconde pièce et formant, avec les trous de diamètre supérieur prévus dans les peaux résistantes de ladite première pièce, ledit passage transversal. Les première et seconde pièces sont alors centrées correctement l'une par rapport à l'autre, tout en étant maintenues radialement en position. Avantageusement, on introduit, dans les deux coupelles creuses disposées en vis-à-vis dans chaque passage transversal, la buse dudit injecteur, dont le conduit débouche approximativement dans ledit espace prévu entre les coupelles, et on fixe ledit injecteur, ainsi engagé, auxdites coupelles. Ainsi, les coupelles servent en plus au montage desdits injecteurs, lesquels assurent le maintien axial desdites coupelles dans les passages transversaux respectifs desdites pièces. Par ailleurs, on ménage un espace interne entre la face interne de chaque coupelle et la face extérieure de la peau résistante correspondante. De la sorte, on peut injecter dans ces espaces internes de la matière adhésive, ce qui permet de doubler les zones de collage en utilisant avantageusement les faces extérieures des peaux résistantes de la première pièce, en plus des faces intérieures collées aux faces extérieures de la seconde pièce. On garantit ainsi un collage particulièrement efficace des extrémités correspondantes desdites pièces. Pour faciliter le passage de la matière adhésive en direction des jeux et surtout des espaces internes précédents, on prévoit des rainures latérales à la surface périphérique du corps, engagé dans ledit passage, de chaque coupelle. L'invention concerne également un outillage pour la mise en oeuvre du procédé d'assemblage, remarquable notamment en ce qu'il comporte des coupelles cylindriques creuses définies ci-dessus. L'invention concerne, de plus, un assemblage de deux pièces, telles que définies précédemment, remarquable en ce qu'il est obtenu par la mise en oeuvre dudit procédé. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures 1, 2, 3 et 4 montrent les différentes étapes du procédé selon l'invention pour assembler les extrémités correspondantes de deux pièces, respectivement en matériau sandwich et métallique. La figure 5 est une vue en perspective d'une des coupelles utilisées. La figure 6 est une vue partielle en perspective des deux pièces, montrant l'assemblage obtenu. Le procédé selon l'invention consiste, comme le montre la figure 1, à assembler deux pièces, à savoir une première pièce de structure 1, réalisée en un matériau sandwich, et une seconde pièce 2, dénommée par la suite "cadre" et réalisée en une matière métallique. Ces pièces 1 et 2 définissent par exemple les enveloppes cylindriques externes formant les étages d'une structure haute d'un lanceur spatial. On a représenté par ailleurs, sur la figure 1, l'axe longitudinal X-X des pièces et le diamètre D qui peut atteindre plusieurs mètres. La première pièce 1 comporte deux peaux résistantes cylindriques, respectivement interne 3 et externe 4, par exemple à base de fibres de carbone, entre lesquelles est disposée une âme 5, par exemple du type à nid d'abeilles. Le cadre 2 métallique est réalisé quant à lui en acier ou en un alliage léger approprie. Selon l'invention, pour assembler les extrémités correspondantes 1A et 2A, respectivement de la pièce en matériau sandwich 1 et du cadre métallique 2, le procédé consiste à réaliser, dans l'extrémité 1A de la pièce 1, une réserve 6 de façon que le bord 5A de l'âme 5 soit ainsi en retrait des bords respectifs 3A et 4A des peaux résistantes. La section de l'extrémité 1A de la pièce 1 est alors en forme de U, renversé sur les figures 1 à 4. Avantageusement, cette réserve 6 est prévue lors de la fabrication même de la pièce en matériau sandwich, ce qui évite toute opération supplémentaire ultérieure. Puis, l'extrémité 2A du cadre 2 est conformée pour s'engager, aux jeux près résultant des tolérances de fabrication, dans la réserve 6 prévue dans la pièce 1, entre les bords 3A et 4A des peaux résistantes. Le bord 2B de l'extrémité 2A engagée du cadre dans la réserve 6 de la pièce en matériau sandwich est toutefois distant du bord 5A de l'âme 5. Des passages transversaux 7, dans ce cas radiaux par rapport à l'axe X-X, sont ménagés, à intervalles angulaires réguliers, dans les extrémités 1A et 2A emboîtées de la pièce 1 et du cadre 2. Bien que cela n'apparaisse pas sur les figures 1 à 4, le diamètre du passage 7 au niveau du cadre 2 est légèrement inférieur aux diamètres identiques du passage 7 au niveau des peaux résistantes 3 et 4 de la pièce 1. Pour cela, on perce tout d'abord les trous 7A du passage 7 dans les peaux résistantes 3 et 4 de la pièce 1 puis, après l'engagement de l'extrémité 2A du cadre 2 dans la réserve 6 de ladite pièce 1, on perce le trou 7B du passage 7 dans l'extrémité 2A du cadre au diamètre souhaité, en étant guidé coaxialement par le trou 7A ménagé dans la peau résistante externe 4. On peut également réaliser les trous 7B avant l'engagement du cadre 2 dans la pièce 1. Chaque passage radial 7 est ainsi formé par les trous 7A et 7B. Un outillage particulier est ensuite utilisé pour la mise en oeuvre de la phase suivante du procédé qui consiste, comme on le verra en regard de la figure 3, en l'introduction d'une matière adhésive 8 dans les jeux i des extrémités emboîtées 1A et 2A du cadre et de la pièce, à l'aide d'un injecteur 9. Pour cela, l'outillage comporte des dispositifs de coupelle 10 identiques, dont deux sont montés en opposition dans chaque passage radial 7. Structurellement, comme le montre plus particulièrement la figure 5, chaque dispositif 10 comprend un corps cylindrique creux 10A terminé d'un côté par une coupelle 10B. Le dispositif est percé axialement, depuis la coupelle 10B jusqu'à la face transversale 10C du corps, d'un alésage 10D, et des rainures latérales 10E sont, par ailleurs, ménagées dans la surface périphérique cylindrique 10F du corps 10A, de façon équi-angulairement répartie, dont le diamètre correspond à celui du trou 7B de chacun des passages radiaux 7. Comme le montrent la figure 2 et, à une échelle agrandie, la figure 3, les corps cylindriques 10A des deux dispositifs 10 sont montés en opposition dans les trous respectifs 7A des peaux, pour s'ajuster ensuite dans le trou 7B du passage 7. La coupelle 10B de l'un des dispositifs 10 s'applique par conséquent contre la face extérieure 4B de la peau résistante externe 4 de ladite pièce en matériau sandwich 1, de même que la coupelle 10B de l'autre dispositif 10 s'applique alors contre la face extérieure 3B de la peau résistante interne. On remarque sur ces figures 2 et 3 que les faces internes 10B1 des coupelles sont légèrement concaves de sorte que lesdites coupelles s'appliquent par leurs bords périphériques 10B2 contre les faces respectives 4B et 3B des peaux résistantes de ladite pièce. Ainsi, un espace annulaire e est avantageusement formé entre chaque coupelle et la face correspondante de la peau. De la matière adhésive 8 pourra ainsi être introduite dans cet espace annulaire. Par ailleurs, on voit sur les figures 2 et 3, que le montage en opposition des deux dispositifs de coupelle 10 dans chaque passage 7 est tel qu'un espace e1 soit ménagé entre les faces transversales 10C en regard des deux corps 10A. Ces dispositifs de coupelle 10, ainsi agencés en opposition dans les passages radiaux 7, assurent le centrage et le positionnement de la pièce 1 et du cadre 2 grâce à l'ajustement des corps 10A des coupelles dans les trous 7B des passages 7, et elles autorisent surtout le montage de l'injecteur 9 montré partiellement sur la figure 3. Pour cela, la buse 9A de l'injecteur 9 est engagée avec ajustement dans les alésages alignés 10D des deux dispositifs de coupelle 10. Plus particulièrement, la buse 9A vient en butée axiale contre la face externe 1033 de la coupelle, prévue dans la peau résistante 4 de ladite pièce, par un épaulement annulaire externe 9B, tandis qu'un écrou de serrage 11 est vissé sur un embout fileté 9C prolongeant la buse 9A, pour s'appliquer alors contre la face externe 1033 de l'autre coupelle engagée alors dans la peau résistante 3 de la pièce en matériau sandwich 1. L'épaulement 9B de l'injecteur et l'écrou de serrage 11 monté sur l'embout 9C permettent de maintenir axialement en position les deux dispositifs de coupelle, de sorte qu'une pression d'injection appropriée peut être utilisée pour combler efficacement les jeux et espaces fonctionnels. Aussi, des conduits d'écoulement 9D sont prévus dans la buse 9A pour déboucher radialement de celle-ci, dans l'espace e prévu entre les faces transversales 10C en regard des coupelles. Après le montage de l'injecteur 9, la matière adhésive 8, telle qu'une colle, est alors injectée, conformément au procédé, en direction des extrémités emboîtées 1A et 2A de la pièce en matériau sandwich 1 et du cadre métallique 2. On a représenté la colle 8 par des points sur la figure 3. Ainsi, la colle 8, sortant sous pression des conduits 9D de la buse, parvient dans l'espace e situé entre les faces transversales 10C des corps 10A, pour se répandre, grâce aux rainures latérales 10E des corps, d'une part dans les jeux i prévus entre les faces intérieures 3C et 4C des peaux résistantes 3 et 4 de ladite pièce 1 et les faces extérieures 2C du cadre métallique 2 et, d'autre part, dans les espaces annulaires e prévus entre les faces extérieures 3B et 4B desdites peaux et les faces internes concaves 10B1 desdites coupelles. On réalise ainsi des collages autour des extrémités circulaires emboîtées de la pièce et du cadre, avantageusement sur les deux faces de chaque peau résistante, ce qui confère ainsi un assemblage fiable et efficace de la pièce en matériau sandwich et du cadre métallique. Puis, lorsque l'injection de colle a été réalisée et avant sa polymérisation, on démonte chacun des injecteurs 9 des deux dispositifs de coupelle correspondants, par dévissage des écrous 11. Bien évidemment, il n'est pas nécessaire d'avoir autant d'injecteurs que de passages, un ou plusieurs injecteurs pouvant travailler en série. On met alors en place, comme le montre la figure 4, un organe de fixation 12, tel qu'un boulon, dans les alésages alignés 10D de chaque ensemble de deux coupelles 10, de façon à maintenir une pression de collage sur les extrémités emboîtées de la pièce et du cadre. Puis, après la polymérisation complète de la colle, on serre au couple de serrage souhaité chacun des boulons 12. Eventuellement, on peut disposer un ressort, non représenté, entre l'écrou de chaque boulon et la face externe de la coupelle en regard, pour maintenir une pression appropriée durant la polymérisation de la colle 8. Les ressorts sont ensuite ôtés et les écrous serrés au couple souhaité. L'assemblage de la pièce en matériau sandwich 1 et du cadre métallique 2, obtenu par la mise en oeuvre du procédé et de l'outillage spécifique, est montré sur la figure 5. On remarque la simplicité de conception des extrémités du cadre et de la pièce pour procéder à l'assemblage, sans avoir recours à des éléments rapportés, ainsi que l'assurance d'un collage efficace par les deux faces de chacune des peaux résistantes de la pièce de structure, d'une part avec les coupelles et, d'autre part, avec le cadre métallique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour assembler deux pièces, dont la première est du type sandwich comprenant deux peaux résistantes entre lesquelles est disposée une âme, tandis que la seconde est métallique, caractérisé en ce que - on prévoit une réserve (6) dans une extrémité (1A) de ladite première pièce (1) pour que le bord (5A) de ladite âme (5) soit en retrait des bords respectifs (3A,4A) desdites peaux (3,4) - on conforme une extrémité (2A) de ladite seconde pièce (2) pour qu'elle s'engage dans la réserve (6) prévue dans la première pièce - on ménage des passages transversaux (7) dans les extrémités emboîtées desdites pièces ; et - par lesdits passages transversaux, on injecte, dans les jeux résultant des tolérances de fabrication desdites extrémités emboîtées (1A,2A), une matière adhésive (8) solidarisant lesdites première et seconde s pièces. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière adhésive est injectée par un injecteur (9), qui est monté temporairement dans chaque passage transversal (7) et dont la buse dtinjec- tion (9A) est pourvue d'au moins un conduit interne (9D) débouchant radialement à sa périphérie, en direction desdits jeux. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, après l'injection de ladite matière adhésive dans les jeux desdites extrémités emboîtées et avant la polymérisation complète de ladite matière adhésive, on met en place, dans lesdits passages transversaux, des organes de fixation (12) maintenant en position les extrémités emboîtées desdites première et seconde pièces, puis, après la polymérisation de ladite matière adhésive, on serre lesdits organes de fixation au couple de serrage souhaité. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, avant l'injection de ladite matière adhésive, on monte dans chaque passage transversal deux coupelles percées (10B) pourvues chacune d'un corps cylindrique creux (10A), lesdites coupelles s'engageant, par leurs corps (10A), en opposition l'une de l'autre et venant en butée contre les faces extérieures respectives (3B,4B) desdites peaux résistantes (3,4), tandis qu'un espace (e1) est préservé, entre les faces transversales (10C) en regard desdits corps, opposées auxdites coupelles, dans ledit passage pour l'introduction de ladite matière adhésive (8). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on ajuste le diamètre de chaque corps (10A) avec le diamètre du trou (7B) prévu dans l'extrémité (2A) de ladite seconde pièce (2) et formant, avec les trous de diamètre supérieur (7A) prévus dans les peaux résistantes (3,4) de ladite première pièce (1), ledit passage transversal (7). 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'on introduit, dans les deux coupelles creuses (10) disposées en vis-à-vis dans chaque passage transversal, la buse (9A) dudit injecteur (9), dont le conduit débouche approximativement dans ledit espace (e1) prévu entre les coupelles, et en ce qu'on fixe ledit injecteur (9), ainsi engagé, auxdites coupelles (10). 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on ménage un espace interne (e) entre la face interne (10B1) de chaque coupelle et la face extérieure (3B,4B) de la peau résistante correspondante (3,4). 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on prévoit des rainures latérales (10E) à la surface périphérique (10F) du corps (10A) de chaque coupelle, engagé dans ledit passage. 9. Outillage pour la mise en oeuvre du procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que lesdites coupelles sont montées par paire en opposition dans chacun desdits passages transversaux (7) desdites première et seconde pièces (1,2) et en ce qu'il comporte un injecteur (9) dont la buse (9A) est montée temporairement sur chacune desdites paires de coupelles et des organes de fixation (12) dont chacun d'eux est destiné à presser l'une vers l'autre les deux coupelles d'une paire. 10. Assemblage des extrémités correspondantes de deux pièces, dont la première est du type sandwich comprenant deux peaux résistantes entre lesquelles est disposée une âme, tandis que la seconde est métallique, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la mise en oeuvre du procédé défini selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 8.