Brevet FR2782306A1 — publié le 20000218

l DESCRIPTION "Complexe aérodynamique à surface portante et procédé pour sa fabrication" L'invention concerne un complexe aérodynamique à surface portante, comprenant une structure en matériau renforcé de fibres, constituée d'une coque supérieure et d'une coque inférieure, ainsi que de nervures disposées transversalement à une direction longitudinale, et, le cas échéant, de longerons s'étendant dans la direction longitudinale. L'invention concerne par ailleurs, un procédé pour la fabrication d'un tel complexe aérodynamique à surface portante. Des complexes aérodynamiques à surface portante dans des avions, ont usuellement été fabriqués en alliage léger. Depuis un certain temps déjà, on utilise des complexes aérodynamiques à surface portante du type de celui mentionné en introduction, qui sont réalisés en matériau synthétique renforcé de fibres de carbone. La structure du complexe aérodynamique à surface portante, est dans ce cas constituée par les composants suivants: coque supérieure, coque inférieure, nervures et, le cas échéant, longerons. Les composants fabriqués en tant que pièces individuelles, sont assemblés au moyens d'assemblages du type par boulons, pour former la structure globale. L'assemblage des composants par l'intermédiaire de boulons suppose des épaisseurs de paroi importantes et, le cas échéant, des doublages de paroi, en vue de garantir une résistance suffisante dans la zone des perçages. A l'encontre du but recherché, à savoir l'obtention d'une grande capacité de portage et d'une grande rigidité pour un faible poids, il est impossible de passer en-dessous d'un poids minimum, en raison des épaisseurs de paroi nécessaires et des doublages de paroi. Par ailleurs, les coûts de montage sont également relativement élevés parce que les assemblages par boulons nécessitent des ajustements précis et des orientations de pièces précises. Aussi, le but poursuivi par l'invention consiste-t-il à permettre la réalisation d'un complexe aérodynamique à surface portante en un matériau renforcé de fibres, qui présente une rigidité et une capacité de portage élevées, pour un poids réduit et une mise en oeuvre réduite sur le plan du montage. Dans ce but, conformément à l'invention, le complexe aérodynamique à surface portante du type cité en introduction, est caractérisé en ce que pour former la structure, dans la direction longitudinale, des segments creux préformés, sont réalisés chacun avec une paroi supérieure, une paroi inférieure et un fond, et sont emboîtés les uns dans les autres de façon telle, que le fond et des parties partielles de la paroi supérieure et de la paroi inférieure d'un segment creux s'engagent dans un côté ouvert du segment creux récepteur, voisin, et que dans la zone des parties partielles, les segments creux sont assemblés avec leurs côtés supérieurs et inférieurs qui sont en appui mutuel à plat, et en ce que le côté supérieur et le côté inférieur de la structure formée par les segments creux sont couverts par une couche de couverture qui recouvre les segments. Le mode de construction de la structure du complexe aérodynamique à surface portante, conforme à l'invention, se détourne totalement du principe de construction utilisé jusqu'à présent. Notamment la coque supérieure et la coque inférieure ne sont plus, comme usuellement, réalisées d'un seul tenant, mais par les éléments partiels des segments creux. Dans ce contexte, les segments creux sont dimensionnés de façon que leurs fonds réalisent les nervures nécessaires, sous forme intégrée. L'assemblage préféré des segments creux emboîtés les uns dans les autres, s'effectue sans boulons, c'est à dire, soit par un collage, soit par une couche unitaire de matériau, intégrée, par exemple en matériau synthétique renforcé de fibres. Mais la structure conforme à l'invention pourrait également être fabriquée en d'autres matériaux renforcés de fibres, tels que des alliages légers renforcés de fibres. Elle permet en tous cas de réduire le nombre des joints d'assemblage nécessaires dans le complexe à surface portante et le nombre des pièces individuelles pour l'assemblage, ce qui simplifie le mode de construction et le rend donc plus économique. La structure conforme à l'invention permet par ailleurs de donner au complexe à surface portante une configuration adaptée en termes de matériau, notamment par des orientations de fibres différentes dans les parois des segments creux et dans la couche de couverture qui les recouvre. L'invention permet également la réalisation de profils aérodynamiques "minces", et une fabrication monolithique du complexe à surface portante. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les parties partielles des parois, à savoir de la paroi supérieure et de la paroi inférieure du segment creux s'engageant dans le segment creux récepteur, sont en retrait, et les parois du segment creux récepteur, qui chevauchent les parties partielles, sont de configuration rectiligne. Il est approprié que les parois du segment creux pénétrant, en ce qui concerne leur zone située en-dehors des parties partielles, soient alignées avec les parois du segment creux récepteur, pour former ensemble une surface plane. La couche de couverture est de préférence réalisée dans le même matériau renforcé de fibres, que les segments creux, l'orientation des fibres de la couche de couverture étant toutefois différente de l'orientation des fibres des parois et des fonds des segments creux. Pour rigidifier le complexe à surface portante, mais également en vue d'améliorer la liaison entre les segments creux et la couche de couverture, la couche de couverture peut être configurée avec des renforts en forme de bande, et la structure formée par les segments creux peut présenter des creux correspondants pour loger les renforts. Les segments creux peuvent s'étendre sur toute la largeur du complexe à surface portante, perpendiculairement à la direction longitudinale, et donc former notamment le profil complet d'une aile portante. En variante, plusieurs segments creux peuvent se raccorder les uns aux autres sur la largeur du complexe à surface portante, perpendiculairement à la direction longitudinale. De préférence, les segments creux se raccordant les uns aux autres se font alors face chacun par une paroi fermée, et sont assemblés les uns aux autres par l'intermédiaire des parois se faisant mutuellement face. Dans le cas d'une réalisation du complexe à surface portante en tant qu'aile portante, les parois fermées des segments creux se raccordant les uns aux autres dans la direction de la profondeur du profil, sont avantageusement réalisées en tant que longerons s'étendant sur l'envergure de l'aile portante. Lorsque le complexe à surface portante est réalisé en tant qu'aile portante, une orientation des fibres de la couche de couverture se situe de préférence dans la direction de l'envergure, et l'orientation des fibres des parois et du fond des segments creux est choisie de préférence dans une direction de 45 par rapport à la direction de l'envergure et à la direction de la profondeur de profil. Un procédé de fabrication d'un complexe aérodynamique à surface portante du type décrit est caractérisé en ce que les segments creux sont préformés et assemblés les uns aux autres de manière à se chevaucher, et en ce que les segments creux sont recouverts par une couche de couverture supérieure et inférieure. Les segments creux préformés peuvent être durcis avant leur assemblage, puis être assemblés par collage. De préférence, les couches de couverture sont appliquées à l'état non-durci sur les segments creux durcis, et sont durcies lors de l'assemblage par collage des segments creux. Selon une variante de procédé, seules les couches de fibres, c'est à dire des couches de fibres sans système de matériau synthétique, des segments creux préformés, sont assemblées et préformées. Ensuite est effectuée une incorporation commune des couches de fibres assemblées, dans le matériau, de préférence un matériau synthétique thermodurcissable. De manière avantageuse, les couches de fibres des couches de couverture sont également assemblées avec les couches de fibres des segments creux, préalablement à l'incorporation commune dans le matériau. En guise de possibilité d'assemblage adaptée, on envisage notamment d'assembler les couches de fibres par couture. D'autres détails et modes de réalisation préférés de l'invention vont être explicités dans la description ci-après, relative à des exemples de réalisation préférés, en référence aux dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 une vue en perspective d'une aile portante, qui est formée de segments creux disposés les uns après les autres dans la direction longitudinale, Fig. 2 une coupe longitudinale de l'aile portante, selon la ligne A-A de la figure 1, Fig. 3 une coupe transversale de la construction de l'aile portante d'après la figure 1, selon un premier mode de réalisation, Fig. 4 une coupe selon la figure 3 pour un mode de réalisation modifié, Fig. 5 une coupe selon à la figure 3 présentant une configuration de l'aile portante comportant deux segments creux se raccordant l'un à l'autre dans la direction du profil, Fig. 6 une coupe selon la figure 3, avec trois segments creux se raccordant les uns aux autres dans la direction du profil, Fig. 7 une représentation schématique pour la fabrication d'un segment creux préformé et durci, Fig. 8 une coupe longitudinale d'un dispositif de fabrication pour assembler l'aile portante en réunissant des segments creux selon la figure 7, d'après un procédé de fabrication différentiel, Fig. 9 des exemples de réalisation de couches de fibres préformées et préparées, destinées à une fabrication selon un procédé de fabrication intégral, Fig. 10 un dispositif de fabrication pour la fabrication de l'aile portante selon le procédé de fabrication intégral, au moyen de couches de fibres selon la figure 9. La figure 1 montre un complexe à surface portante sous la forme d'une aile portante 1, qui est constitué, dans la direction longitudinale de l'aile portante 1 (direction d'envergure S, voir figure 2), de plusieurs segments creux 2 disposés les uns à la suite des autres. Perpendiculairement à la direction d'envergure S, c'est à dire dans la direction P de la profondeur du profil (figure 2), l'aile portante forme de manière connue en soi un profil aérodynamique. La représentation en coupe de la figure 2, matérialise le mode de construction des segments creux 2 comprenant une paroi supérieure 3, une paroi inférieure 4 et un fond 5. Au raccord avec le fond 5, les parois supérieure et inférieure forment des parties partielles en retrait 6, 7 par lesquelles un segment 2 s'engage dans le segment voisin récepteur. Les parois supérieure et inférieure de configuration rectiligne du segment creux récepteur 2, s'appuyent à plat sur les parties partielles 6, 7 en retrait des parois supérieure et inférieure 3, 4 du segment 2 pénétrant, et sont assemblées dans cet état, avec les parties partielles 6, 7. Le retrait des parties partielles 6, 7 est tel que les surfaces des parois supérieure et inférieure 3, 4 rectilignes, du segment récepteur 2, sont alignées avec les parois supérieure et inférieure 3, 4, en-dehors des parties partielles 6, 7, du segment 2 pénétrant. Les parois supérieures 3 et les parois inférieures 4 assemblées réciproquement sont recouvertes de couches de couverture 8, 9. La figure 2 indique que les couches de couverture 8, 9 sont pourvues de couches de fibres 10, dont l'orientation des fibres se situe dans la direction d'envergure S, tandis que des couches de fibres 11 des parois supérieures et inférieures 3, 4 et des fonds 5, sont réalisées avec des fibres appliquées de manière croisée et une orientation des fibres de 45 par rapport à la direction S de l'envergure et par rapport à la direction P de la profondeur du profil. Les figures 3 à 6 illustrent des exemples de réalisation pour la construction de la surface portante 1 avec les segments creux 2 dans la direction P de la profondeur du profil. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, le segment creux 2 définit complètement la forme du profil et il est recouvert par les couches de couverture 8, 9 qui forment des couvre-joints du profil. Dans le mode de réalisation modifié représenté sur la figure 4, les couches de couverture 8, 9 présentent des renforts 12 en forme de bande, qui s'engagent dans des évidements 13 correspondants, prévus dans les segments creux 2. Les renforts 12 en forme de bande et les évidements 13 correspondants servent au raidissement et au renforcement de la construction dans la direction S de l'envergure. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 5 se différencie de l'exemple de réalisation selon la figure 4, en ce que dans la direction P de la profondeur du profil, deux segments creux 2' se raccordent l'un à l'autre de manière contiguë en étant adjacents par des parois fermées 14 en regard l'une de l'autre. Les parois fermées 14 forment un longeron s'étendant sur la direction d'envergure S, lorsque les parois 14 des segments creux 2' se raccordant les uns aux autres dans la direction d'envergure S sont alignées les unes avec les autres. De manière analogue, dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 6, deux longerons sont formés par des parois 14 de trois segments creux 2' se raccordant de manière contiguë dans la direction P de la profondeur du profil. Tous les exemples de réalisation représentés sur les figures 3 à 6 ont en commun le fait que les nervures formées par les fonds 5, sont pourvues de découpes 15 qui servent à la fabrication de l'aile portante suivant l'un des procédés de fabrication qui vont maintenant être décrits. Dans le procédé de fabrication différentielle représenté sur les figures 7 et 8, des segments creux 2, pourvus de la découpe 15 dans le fond 5, sont préformés sur un gabarit de formage 16 et durcis. Les segments creux 2 ainsi formés sont montés en étant emboîtés les uns dans les autres, les parois supérieures et inférieures 3, 4 adjacentes étant revêtues, dans la zone des parties partielles 6, 7, de colle 17 qui durcit sous l'effet de la température. Les joints résultant de l'emboîtement sont comblés par une masse d'étanchéité 18. L'agencement ainsi formé est monté sur un raccord-gabarit 19, et recouvert par les couches de couverture 8, 9 non durcies. Par-dessus est enfilé un sac à vide 20, qui est rendu étanche au niveau du raccord-gabarit 19. Dans un autoclave 21, on envoie de la pression à l'intérieur de l'agencement emboîté à travers une conduite d'adduction 22 du raccordgabarit 19. La pression se propage à travers les découpes 15 prévues dans les fonds 5 des segments creux 2. Les couches adjacentes en-dehors des masses d'étanchéité 18, sont tirées les unes contre les autres par du vide à l'intérieur du sac à vide 20. La colle 17 et le matériau des couches de couverture 8, 9 durcissent sous l'effet de la température de durcissement dans l'autoclave 21 et sous l'effet de la pression qui y a été envoyée. Les segments creux 2 préalablement durcis sont ainsi assemblés les uns aux autres par la colle 17 et les couches de couverture 8, 9 unitaires, pour constituer l'aile portante 1 souhaitée. Dans le procédé de fabrication intégral représenté sur les figures 9 et 10, dans un premier temps, seules les couches de fibres 11 de l'extrémité de l'aile portante 1 dans la direction S de l'envergure, sont formées à l'aide d'un gabarit 22. En outre, les couches de fibres 11, à l'état préformé, sont assemblées aux couches se fibres 10 des couches de couverture 8, 9, par des coutures 22', comme l'indique la figure 9a. Dans l'ensemble de fibres ainsi fabriqué pour le segment creux 2 à l'extrémité de l'aile portante 1, on dépose à présent, à l'aide d'un autre gabarit 23, les couches de fibres 11 pour le segment 2 suivant, en formant les parties partielles 6, 7 en retrait, et on Il les assemble par couture à l'ensemble de fibres 11 du segment creux 2 récepteur et à la couche de couverture 10. De cette manière, les couches de fibres 11 des segments creux 2 emboîtés les uns dans les autres sont ainsi assemblées les unes aux autres, dans un état préformé et d'emboîtement, et sont assemblées aux couches de fibres 10 des couches de couverture 8, 9, les couches de fibres 10, 11 étant ainsi élaborées pour l'ensemble de l'aile portante 1. La construction ainsi réalisée est insérée dans un gabarit 24 de mise en forme représenté sur la figure 10, qui se raccorde au raccord-gabarit 19 dans l'autoclave 21. Dans l'autoclave 21, on injecte alors dans l'agencement de couches de fibres 10, 11, dans le gabarit 24 de mise en forme, le matériau synthétique formant la couche de paroi proprement dite. Pour former un moule conjugué intérieur assurant la pression nécessaire pour presser les parois formées par les couches de fibres 10, 11 contre le gabarit de mise en forme 24, on place à l'intérieur des segments creux 2 une membrane à paroi mince 25, en caoutchouc, qui est amenée dans tous les segments creux 2 en la faisant passer par les découpes 15 prévues dans les fonds 5 des segments creux 2, et à laquelle on applique ensuite une pression appropriée. La pression ainsi établie assure le pressage des parois 3, 4 contre le gabarit 24, ainsi qu'une compression des fonds 5 pour leur durcissement. On réalise ainsi un assemblage fiable des segments creux 2 entre-eux et avec les couches de couverture 8, 9, par formation d'une couche unitaire d'encastrement pour toutes les couches de fibres 10, 11. Ceci permet de se dispenser de tout collage. Avec ce procédé, la préfabrication des segments creux 2 s'effectue, exclusivement par des procédés de traitement textiles, notamment par couture.5 REVENDICATIONS. 1. Complexe aérodynamique à surface portante comprenant une structure en matériau renforcé de fibres, constituée d'une coque supérieure et d'une coque inférieure, ainsi que de nervures disposées transversalement à une direction longitudinale (S), et, le cas échéant, de longerons s'étendant dans la direction longitudinale (S), caractérisé en ce que pour former la structure, dans la direction longitudinale (S), des segments creux (2, 2') préformés sont réalisés chacun avec une paroi supérieure (3), une paroi inférieure (4) et un fond (5), et sont emboîtés les uns dans les autres de façon telle que le fond (5) et des parties partielles (6, 7) de la paroi supérieure (3) et de la paroi inférieure (4) d'un segment creux (2,2') s'engagent dans un côté ouvert du segment creux (2, 2') récepteur, voisin, et que dans la zone des parties partielles (6, 7), les segments creux (2, 2') sont assemblés avec leurs côtés supérieurs et inférieurs (3, 4) qui sont en appui mutuel à plat, et en ce que le côté supérieur et le côté inférieur de la structure formée par les segments creux (2, 2') sont couverts par une couche de couverture (8, 9) qui recouvre les segments (2, 2'). 2. Complexe aérodynamique à surface portante selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties partielles (6, 7) de la paroi supérieure et de la paroi inférieure (3, 4) du segment creux (2, 2') s'engageant dans le segment creux (2, 2') récepteur sont en retrait, et en ce que les parois (3, 4) du segment creux (2, 2') récepteur, qui chevauchent les parties partielles (6, 7), sont de configuration rectiligne. 3. Complexe aérodynamique à surface portante selon la revendication 2, caractérisé en ce que d'une part les parois supérieure et inférieure (3, 4) du segment creux (2, 2') pénétrant, dans leur zone située en- dehors des parties partielles (6, 7), et d'autre part les parois supérieure et inférieure (3, 4) du segment creux (2, 2') récepteur, sont alignées pour former une surface plane. 4. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les couches de couverture (8, 9) sont réalisées dans le même matériau renforcé de fibres, que les segments creux (2, 2'). 5. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'orientation des fibres des couches de couverture (8, 9) est différente de l'orientation des fibres des parois (3, 4) et du fond (5) des segments creux (2, 2'). 6. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les parois (3, 4) adjacentes dans la zone des parties partielles (6, 7) sont assemblées par collage. 7. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les couches de fibres (11) des segments creux (2, 2') contigus sont reliées dans la zone des parties partielles (6, 7) et sont noyées de manière homogène dans un matériau enveloppant. 8. Complexe aérodynamique à surface portante selon la revendication 7, caractérisé en ce que les couches de fibres (11) sont également reliées aux couches de fibres (10) de la couche de couveture (8, 9) adjacente, et unitairement noyées avec celles-ci dans un matériau enveloppant. 9. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche de couverture (8, 9) est d'une configuration à renforts (12) en forme de bande, et en ce que la structure formée par les segments creux (2, 2') présente des creux (13) correspondants pour loger les renforts (12). 10. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les segments creux (2, 2') s'étendent sur toute la largeur (P) du complexe à surface portante, perpendiculairement à la direction longitudinale (S). 11. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que plusieurs segments creux (2, 2') se raccordent les uns aux autres sur la largeur (P) du complexe à surface portante, perpendiculairement à la direction longitudinale (S). 12. Complexe aérodynamique à surface portante selon la revendication 11, caractérisé en ce que les segments creux (2') se raccordant les uns aux autres se font face chacun par une paroi fermée (14), et sont assemblés les uns aux autres par l'intermédiaire des parois (14) se faisant mutuellement face. 13. Complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est réalisé en tant qu'aile portante (1), dans laquelle la direction longitudinale (S) correspond à l'envergure, transversalement à laquelle l'aile portante (1) est formée en un profil aérodynamique. 14. Complexe aérodynamique à surface portante selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'orientation des fibres des couches de couverture (8, 9) se situe dans la direction de l'envergure (S), et en ce que l'orientation des fibres des parois (3, 4) et du fond (5) des segments creux (2, 2') est choisie dans une direction de 45 par rapport à la direction de l'envergure (S) et par rapport à la direction de la profondeur de profil (P). 15. Complexe aérodynamique à surface portante selon la revendication 12 et l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les parois fermées (14) des segments creux (2') se raccordant les uns aux autres dans la direction de la profondeur de profil (P), sont réalisées en tant que longerons s'étendant selon la direction de l'envergure (S). 16. Procédé de fabrication d'un complexe aérodynamique à surface portante selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les segments creux (2, 2') sont préformés et assemblés les uns aux autres de manière à se chevaucher, et en ce que les segments creux (2, 2') sont recouverts par une couche de couverture supérieure et inférieure (8, 9). 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que les segments creux (2, 2') préformés sont durcis et sont ensuite assemblés par collage. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les couches de couverture (8, 9) sont appliquées à l'état non durci, et sont durcies lors de l'assemblage par collage des segments creux (2, 2'). 19. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que seules des couches de fibres (11) des segments creux (2, 2') préformés sont assemblées, et en ce qu'ensuite est effectuée une incorporation commune dans le matériau, des couches de fibres (11) assemblées. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que des couches de fibres (10) des couches de couverture (8, 9) sont également assemblées avec les couches de fibres (11) des segments creux (2, 2'), avant incorporation commune dans le matériau. 21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le durcissement du matériau synthétique s'effectue à une température élevée et sous pression dans un gabarit de mise en forme (24) dans lequel est injecté le matériau synthétique pour l'incorporation commune des couches de fibres (10, 11) assemblées les unes aux autres, et en ce que les fonds (5) des segments creux (2, 2') pénétrants sont dotés d'une découpe (15) par laquelle on fait passer une membrane (25) à paroi mince, étanche à l'air, à l'aide de laquelle, moyennant application d'une pression, les parois (3, 4) des segments creux (2, 2') sont pressées, avec les couches de couverture (8, 9), contre un gabarit de mise en forme (24). 22. Procédé selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé en ce que le matériau synthétique dans lequel sont noyées les couches de fibres (10, 11), est un matériau synthétique thermodurcissable.