Brevet FR2696679A1 — publié le 19940415

DESCRIPTION L'invention se rapporte à une structure sandwich à renforts à pyramides tronquées, pour La réalisation de panneaux de faible poids. Ces panneaux sont destinés à constituer des éléments de structure dans différentes industries notamment dans les domaines de l'aéronautique, du spatial et de l'automobiLe. Dans le domaine de L'aéronautique, les éléments de structure sont plus spécialement destinés à la fabrication d'avions supersoniques et éventuellement subsoniques en tant que revêtement externe ou pour la fabrication d'ailerons, de portes, de panneaux de fuseaux moteurs ou encore de voilures. Les panneaux de structure légers utilisés actuellement sont constitués, soit d'un revêtement usiné dont la rigidité est assurée par des renforts ou raidisseurs, soit d'une structure sandwich à armature centrale en nid d'abeilles interposée entre deux revêtements minces métalliques ou en matériau composite à renforts fibreux. Les alvéoles de la structure en nid d'abeilLes sont hexagonales. Des panneaux de structure en nid d'abeilles sont notamment décrits dans les documents US-A-5 024 369 et US-A-5 041 323. Ces panneaux de structure connus présentent un certain nombre d'inconvénients. En particulier, I'épaisseur minimum du revêtement usiné est limitée (typiquement de 1,2 mm sur L'avion supersonique Concorde). Par ailleurs, plus l'épaisseur minimum du revêtement diminue, plus la distance séparant des raidisseurs doit diminuer afin d'éviter les problèmes de flambage du revêtement en compression. Ces limitations d'épaisseur et l'augmentation du nombre de raidisseurs tendent à limiter les possibilités de réduction de masse à très faible charge de ces panneaux de structure. De plus, dans le cas d'un avion supersonique, les raidisseurs jouent le rôle d'ailettes ou de radiateurs augmentant la transmission de la chaleur ou du froid de la paroi externe vers l'intérieur de la structure, ce qui est contraire au but recherché pour les avions. Il s'ensuit des problèmes d'échauffement du carburant contenu dans les ailes, d'isolation des éléments électroniques et informatiques et de la cabine, ce qui va aussi dans le sens contraire de la réduction de masse. Les panneaux à renforts en nid d'abeilles apportent une amélioration par rapport aux revêtements usinés. Cependant, l'épaisseur des renforts en nid d'abeilles, et donc celle séparant les deux revêtements minces semblent limitées à des valeurs allant de 10 à 50 mm environ. Cette épaisseur limitée rend difficile la transmission des efforts entre les deux revêtements minces en bordure de panneaux et en outre ne permet pas la réalisation d'éléments de structure monobloc. Par ailleurs, dans certains cas d'utilisation de ces panneaux à renforts en nid d'abeilles sur des avions supersoniques, des problèmes de corrosion ont été rencontrés. L'invention a justement pour objet une nouvelle structure sandwich légère permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus. Elle permet, par rapport aux revêtements usinés, et à masse de revêtement constante, un accroissement de la distance séparant des éléments de renfort. Ainsi, les problèmes de transmission de chaleur (ou de froid) se trouvent diminués. Cette nouvelle structure permet, en outre, par rapport aux panneaux de structure en nid d'abeilles une gamme d'épaisseur plus étendue (typiquement allant de 3 mm à 100 cm) ainsi qu'une bonne ventilation interne évitant ainsi les problèmes de corrosion. A cet effet, la nouvelle structure sandwich de l'invention comporte une structure de renfort interposée entre deux revêtements et transmettant les efforts entre ces deux revêtements, caractérisée en ce que la structure de renfort est formée de pyramides creuses tronquées dont les faces latérales assurent la transmission des efforts entre les revêtements. Les résultats ci-dessus peuvent aussi être obtenus lorsque l'un au moins de ces revêtements est aussi formé d'une structure de renfort interposée entre deux peaux et formée de pyramides creuses tronquées dont les faces latérales assurent la transmission des efforts d'une peau à l'autre. Dans ce cas, et en particulier pour des raisons de symétrie, on réalise de façon avantageuse les deux revêtements de la structure sandwich sous forme d'une structure de renfort à pyramides tronquées creuses, interposée entre deux peaux ou revêtements minces. Pour une meilleure transmission des efforts et une limitation du flambage des revêtements et/ou peaux minces, les pyramides sont assemblées de façon contigue par les côtés de leurs bases. En particulier, deux pyramides contingues sont assemblées de façon que leurs sommets soient orientés en sens contraire et qu'elles présentent un seul côté de base commun. Afin de diminuer l'augmentation locale des contraintes entre les bords communs des pyramides, ainsi qu'entre les surfaces aux sommets de deux pyramides contigues, tous les bords des pyramides sont arrondis. Pour réduire encore la masse de la structure sandwich, il est avantageux d'utiliser des pyramides dont les faces latérales sont munies de perforations. Lorsque la structure sandwich de l'invention comporte un ou deux revêtements à pyramides tronquées, il est possible de réaliser la structure de renfort assurant la transmission d'efforts entre ces deux revêtements sous forme de barres ou autres éléments de renfort. Dans ce cas, les surfaces des revêtements opposés peuvent ne pas être parallèles, ce qui fait que cette structure de renfort n'a pas une épaisseur constante d'un bord à l'autre de la structure sandwich. Ainsi, la structure de l'invention peut notamment consister en une aile d'avion. De plus, la hauteur des pyramides n'est pas forcément orthogonale aux revêtements et/ou peaux de la structure. Des modes particuliers de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits, à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe représentant un panneau à structure sandwich selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective représentant la structure de renfort du panneau de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe représentant un panneau à structure sandwich selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective représentant la structure de renfort du panneau de la figure 3 ; - les figures 5 à 7 sont des vues en coupe d'un élément de structure complet utilisant la structure sandwich conforme à l'invention, selon trois variantes de réalisation. La figure 1 représente un panneau à structure sandwich conforme à l'invention. Sur cette figure, la référence 10 représente de façon générale la structure sandwich. Elle comporte une structure de renfort 12 interposée entre deux revêtements minces, un revêtement supérieur 14 et un revêtement inférieur 16, parallèles entre eux. La nature des matériaux constituant la structure de renfort 12 et les revêtement s 14 et 16 est fonction de l'application envisagée. En particulier la structure de renfort peut être métallique ou en matériau composite à fibres de renfort du type résine thermodurcissable-fibres. De même, les revêtements 14 et 16 peuvent être des couches minces de matériau composite à fibres de renfort. Les épaisseurs des revêtements 14 et 16 ainsi que celle de la structure de renfort 12 sont aussi fonction de l'application envisagée. Comme représenté sur les figures 1 et 2, la structure de renfort 12 est formée, conformément à l'invention, de pyramides tronquées 18a et 18b agencées pour que les faces latérales 20 de ces pyramides assurent la transmission des efforts entre les revêtements 14 et 16. Ces pyramides sont creuses et disposées de façon jointive ; leurs bases sont ouvertes à l'inverse de leurs sommets. La jonction des pyramides 18a et 18b contigues se fait par les côtés 22 de leurs bases. Les pyramides sont orientées de sorte qu'une sur deux des pyramides, par exemple 18a, ait son sommet 24a fixé au revêtement supérieur 14 et qu'une sur deux des pyramides 18b ait son sommet 24b fixé au revêtement inférieur 16. Ainsi, deux pyramides contigues 18a et 18b ont leurs sommets 24a et 24b orientés en sens contraire. En outre, elles ne comportent qu'un seul côté 22 en commun, au niveau de leur base. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, les bases des pyramides sont carrées. De plus, les arêtes latérales 26 et les côtés 22 ou intersections entre deux pyramides ainsi que les angles des bases et des sommets de ces pyramides sont vifs. Afin de diminuer une éventuelle augmentation locale des contraintes entre les faces 20 et les sommets 24a et 24b de deux pyramides contigues 18a et 18b, on peut modifier la structure de renfort de l'invention comme représenté sur les figures 3 et 4 respectivement en coupe et en perspective. Sur ces figures 3 et 4 les éléments de la structure portent les mêmes références additionnées de 100. Ainsi, les pyramides contigues de la structure 112 portent les références 118a et 118b. Elles se différencient uniquement de celles décrites précédemment par leurs bords arrondis. Ainsi, les arêtes 126 des pyramides, les angles des sommets 124a et 124b et les côtés 122 des bases (ou intersections) sont arrondis. Sur les figures 5 à 7 on a représenté un élément de structure complet tel qu'une aile d'avion utilisant la structure sandwich de l' nvention. Cet élément de structure de référence générale 30 comporte une structure de renfort centrale 32 transmettant les efforts d'un revêtement supérieur 34 à un revêtement inférieur 36. Ces revêtements 34 et 36 sont, à L'inverse des figures 1 et 2 non parallèles entre eux et la structure de renfort 32 a une épaisseur non homogène d'un bord à l'autre de l'élément de structure, contrairement aux modes de réalisation précédents. Conformément à l'invention, Le revêtement supérieur 34 comporte une structure de renfort 37 à pyramides creuses tronquées, interposée entre deux peaux minces 38 et 40. La structure de renfort 37 peut être réalisée selon les modes de réalisation des figures 1 à 4. De même, les peaux 38 et 40 peuvent être réalisées comme les revêtements 14 et 16 de la figure 1. De la même façon, le revêtement inférieur 36 comporte une structure de renfort 42 à pyramides creuses tronquées, interposée entre deux peaux minces 44 et 46. La structure de renfort 42 peut être réalisée comme décrit en référence aux figures 1 à 4 et les peaux 44 et 46 être réalisées comme les revêtements 14 et 16 de la figure 1. La structure de renfort centrale 32 de l'élément de structure 30 peut aussi être réalisée sous forme de pyramides tronquées 48 creuses dont les faces latérales 50 assurent la transmission des efforts entre les revêtements 34 et 36. Ces faces latérales 50 peuvent être munies de perforations 52, comme représenté sur la figure 6. L'agencement de ces pyramides 48 peut être celui des figures 2 et 4 si ce ntest que la hauteur des pyramides décroSt progressivement d'un bord à l'autre de l'élément de structure. Il est aussi possible d'utiliser comme structure de renfort interne 32 des barres 52 orientées obliquement par rapport aux surfaces internes des revêtements 34 et 36 et par exemple agencées pour former des pyramides 48 tronquées contigues, telles que représentées sur la figure 7. La structure sandwich conforme à l'invention permet la réalisation en un seul élément de structure des ailes d'un avion du fait que cette structure sandwich n'est pas limitée en épaisseur (typiquement comprise entre 3mm et 100cm) et qu'elle présente une résistance au flambage accrue par rapport aux structures sandwich en nid d'abeilles. Les structures de renfort, aussi bien celles interposées entre les revêtements que celles constituant les revêtements, peuvent être fabriquées selon les procédés connus utilisés pour les structures sandwich en nid d'abeilles. La description précédente n'a été donnée qu'à titre illustratif et d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En particulier, la base des pyramides peut présenter d'autres formes que celle d'un carré comme par exemple celle d'un pentagone, d'un hexagone, etc. REVENDICATIONS 1. Structure sandwich comportant une structure de renfort (12, 32) interposée entre deux revêtements (14-16, 34-36) et assurant la transmission des efforts entre ces deux revêtements, caractérisée en ce que la structure de renfort (12, 32) est formée de pyramides creuses tronquées (18a, 18b, 118a, 118b, 48) dont les faces latérales (20, 50) assurent ladite transmission des efforts. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins des revêtements (34, 36) comporte une structure de renfort (37, 42) interposée entre deux peaux (38-40, 44-46) et formée de pyramides creuses tronquées dont les faces latérales assurent la transmission des efforts d'une peau a l'autre. 3. Structure sandwich comportant une structure de renfort (32) interposée entre deux revêtements (34, 36) et assurant la transmission des efforts entre ces deux revêtements, caractérisée en ce que l'un au moins des revêtements (34, 36) comporte une structure de renfort (37, 42) interposée entre deux peaux (38-40, 44-46) et formée de pyramides creuses tronquées dont les faces latérales assurent la transmission des efforts d'une peau à l'autre. 4. Structure selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les deux revêtements (34, 36) comportent ladite structure de renfort (37, 42) à pyramides tronquées, interposée entre les deux peaux. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les pyramides (18a, 18b, 118a, 118b) sont contigues par les côtés (22, 122) de leurs bases. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les pyramides sont assemblées de sorte que deux pyramides contigues (18a, 18b, 118a, 118b) aient leur sommets (24) orientés en sens contraire avec un seul côté (22, 122) de leur base en commun. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les pyramides (48) comportent des faces latérales (50) perforées. 8. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les pyramides (118a, 118b) comportent des bords arrondis. 9. Structure selon L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les pyramides (18a, 18b, 118a, 118b) ont une base de forme carrée. 10. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les pyramides ont une hauteur qui décroît d'un bord à l'autre de la structure. 11. Aile d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure sandwich selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.