Brevet FR2787415A1 — publié le 20000623

La présente invention concerne une structure en- tretoise/peau applicable à des profils d'écoulement, notam- ment des ailes portantes ou leurs composants, comprenant une peau d'intrados et une peau d'extrados, reliées par des en- tretoises essentiellement en matière composite renforcée par des fibres, dirigées dans la direction de l'envergure, ces entretoises ayant une ou plusieurs découpes dirigées essen- tiellement de la peau d'extrados vers la peau d'intrados. Les profils d'aile, modernes ont dans de nombreux cas une construction modulaire pour permettre lors des tra- vaux d'entretien, une bonne accessibilité, rapide, aux diffé- rentes parties de la structure. Pour cela, on utilise des structures entretoises/peau, dont les peaux du côté de l'extrados et du côté de l'intrados sont reliées par des en- tretoises dirigées dans la direction de l'envergure. La structure entretoise/peau se fixe sur les pièces qui la por- tent et se glissent sur des nervures dirigées dans la direc- tion de l'écoulement du fluide. Selon le document DE 196 432 22 Ai, on connaît une structure entretoise/peau du type défini ci-dessus, for- mée d'une matière composite renforcée par des fibres pour un volet d'atterrissage d'une aile portante; dans cette struc- ture, la peau du côté de l'extrados et du côté de l'intrados est reliée par des entretoises dirigées dans la direction de l'envergure. Les entretoises dans la direction de l'envergure comportent des découpes à travers lesquelles les nervures di- rigées dans la direction de l'écoulement sur lesquelles sont fixées les pièces portantes, pénètrent dans la structure pour stabiliser la structure sous les charges aérodynamiques dans la direction de l'écoulement. Cette structure a une construc- tion modulaire; grâce à la fabrication en matière composite de fibres, son poids est faible et si l'on souhaite modifier la forme du profil, on peut la bomber en exerçant une faible force. L'inconvénient de cette construction est que la matière composite renforcée par des fibres de l'entretoise ne résiste pas à des contraintes importantes au niveau des dé- coupes de l'entretoise; ces contraintes viennent des charges aérodynamiques importantes induites dans les peaux et par les entretoises dans les nervures. Les matières composites à base de fibres permettent une forte extension de la matière lors- que celle-ci est chargée dans la direction longitudinale des fibres. Mais comme on ne peut pas réaliser une telle géomé- trie de fibres dans la zone limite des découpes de l'entretoise pour les nervures, les allongements possibles sont trop faibles pour transmettre les charges aérodynamiques des entretoises vers les nervures dans la zone limite sans endommager la matière composite à base de fibres. La présente invention a pour but de développer une structure entretoise/peau, qui soit suffisamment stable pour un faible poids, pour induire les contraintes élevées des charges aérodynamiques des peaux par les entretoises dans les nervures sans dépasser les valeurs d'allongement de la matière, dans la zone de jonction des entretoises et des ner- vures. De plus, la fabrication doit être économique. A cet effet, l'invention concerne une structure entretoise/peau du type décrit ci-dessus, caractérisée en ce que les entretoises sont métalliques au niveau des découpes d'entretoise. Dans la zone des découpes de l'entretoise, la structure entretoise/peau selon l'invention permet de forts allongements de la matière sans endommager les entretoises, car l'utilisation de matières métalliques permet de bénéfi- cier de leur propriété isotrope sans avoir à tenir compte du positionnement particulier d'une construction avec des compo- sites. Cela simplifie la construction et rend la fabrication économique. Selon un mode de réalisation préférentiel, la structure entretoise/peau est souple, si bien que dans la zone de l'aile portante dans laquelle est installée cette structure entretoise/peau, on aura une variation de courbure sans pli, c'est-à-dire une variation du profil de l'aile por- tante. Cette variation de courbure des structures souples permet d'adapter la plage d'utilisation de l'aile aux condi- tions de vol respectives, ce qui se traduit par une plus grande souplesse d'utilisation. Pour cela, il est particulièrement avantageux d'utiliser des moyens d'actionnement qui, à la place des ner- vures, traversent les découpes des entretoises de la struc- ture entretoise/peau et permettent de modifier la courbure de5 la structure. Les moyens ou installations d'actionnement dont les efforts développés agissent à l'intérieur de la structure conservent extérieurement l'aérodynamisme du profil, contrai- rement à des dispositifs d'actionnement installés extérieure- ment sur l'aile portante. Dans ce dernier cas, il faut un habillage aérodynamique, se traduisant par un écoulement d'air défavorable au niveau de l'aile portante. Toutefois, dans une telle construction, les contraintes de poussée et de traction élevées agissent sur les entretoises, car le rapport de levier défavorable entre l'installation d'actionnement et la structure entretoise/peau, à la fois pour la transmission des charges aérodynamiques et pour le bombement de la struc- ture, nécessite la transmission d'efforts importants. En cas de courbure supplémentaire de la structure entretoise/peau, en plus des charges aérodynamiques, il y aura également les forces de rappel de la structure élastique, c'est-à-dire une charge supplémentaire exercée sur la matière. Pour de telles contraintes élevées exercées sur les entretoises, il est né- cessaire d'adapter les entretoises par l'utilisation de métal au niveau des découpes des entretoises, selon les allonge- ments maximum prévisibles. Cela s'applique toutefois égale- ment déjà aux réalisations avec des installations d'actionnement agissant à travers les découpes d'entretoise et à celles dans lesquelles les nervures passent dans les dé- coupes d'entretoise lorsqu'on veut maintenir la courbure constante de la structure pour ne transmettre que les charges aérodynamiques. Les forces d'aspiration et de pression exer- cées sur les peaux respectives doivent être transmises aux nervures ou installations d'actionnement par l'intermédiaire des entretoises. Les entretoises sont ainsi sollicitées prin- cipalement le long de leur extension. Lorsqu'on utilise des peaux métalliques, on peut souder les peaux dans les zones métalliques des entretoises. De même indépendamment de la matière des peaux, les zones mé- talliques des entretoises peuvent être collées aux peaux mais il est avantageux, pour une bonne transmission des efforts entre les peaux et les entretoises, de riveter les zones mé- talliques des entretoises et les peaux. Cela permet d'absorber le mieux d'éventuelles forces de cisaillement en- tre les composants, si bien que les peaux des zones métalli- ques les plus fortement sollicitées ne se décollent pas des entretoises. De manière préférentielle, les zones métalliques des entretoises sont en titane. Le titane présente une limite d'allongement maximale très élevée, si bien que les entretoi- ses résistent aux contraintes élevées au niveau des découpes d'entretoise, dans la zone des surfaces de contact avec les nervures ou les installations d'actionnement. De plus, le ti- tane possède une grande souplesse si bien qu'en cas de varia- tions de courbure, il permet un cintrage facile des entretoises sans rupture de la matière. Les peaux de la structure entretoise/peau peuvent être en un métal ou en alliage mais il est particulièrement avantageux d'utiliser des peaux en matière composite renfor- cée par des fibres. Cela garantit un poids extrêmement faible à l'ensemble de la structure. De plus, en cas d'utilisation d'installations d'actionnement pour bomber la structure, on bénéficiera de la grande souplesse des peaux liées à une grande résistance; dans ce cas, les fibres des peaux seront alignées pour que les contraintes s'exercent dans la direc- tion des fibres. Cela autorise un allongement élevé pour les peaux. Comme la charge des entretoises à l'extérieur de leurs zones découpées diminue avec la section de l'entretoise, ces entretoises sont essentiellement en matière composite renforcée par des fibres au niveau de ces segments. Cela se traduit par une nouvelle réduction du poids de la structure entretoise/peau. Lorsqu'on utilise des peaux en ma- tière composite renforcée par des fibres, il est de plus pos- sible dans le procédé de fabrication, de réaliser simultanément les peaux et les segments d'entretoise en ma- tière composite renforcée par des fibres et d'insérer séparé- ment les zones d'entretoise métalliques. Les segments d'entretoise formés de matière com- posite renforcée par des fibres et les zones métalliques des entretoises sont de préférence décalés dans la direction de5 l'écoulement. Cela interrompt certes le tracé de l'ensemble de l'entretoise dans la direction de l'envergure mais dans la zone transitoire, entre le métal et la matière composite ren- forcée par des fibres, on ne rencontre pas de problèmes de contact qui pourraient conduire à une corrosion de la zone10 métallique. Le tracé des entretoises dans la direction de l'envergure ne sera interrompu que de manière imperceptible si les zones d'entretoise ne sont décalées que d'une largeur d'entretoise et cela est corrigé successivement dans la di- rection de l'écoulement ou dans la direction opposée. De plus un tel mode de réalisation offre des avantages de fabrica- tion, car les tolérances de l'installation des zones métalli- ques et des segments d'entretoise peuvent être réciproquement plus grandes. De manière avantageuse entre les entretoises, on utilise des raidisseurs parallèles aux entretoises dans la direction de l'envergure et fixés soit sur la peau de l'intrados, soit sur celle de l'extrados. Ces raidisseurs s'étendent des peaux jusque dans une zone de la structure si- tuée entre les peaux. Comme les raidisseurs du côté de l'intrados et du côté de l'extrados ne se touchent pas, ils peuvent être fixés à des endroits correspondants dans la di- rection de l'écoulement, au niveau des deux peaux ou être dé- calés partiellement. Pour permettre en outre aux nervures ou aux installations d'actionnement d'agir sur la structure en- tretoise/peau à travers les découpes des entretoises, on peut interrompre les raidisseurs au niveau des découpes des entre- toises. Pour un tel mode de réalisation, on arrive à un flux modifié des efforts à la fois dans le cas d'une structure ri- gide et dans une structure susceptible d'être cintrée; ce flux des forces décharge les découpes des entretoises. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans le dessin annexé qui comprend une unique figure. L'unique figure montre une partie d'une structure entretoise/peau 10 selon l'invention appliquée à une aile portante. Cette structure est délimitée par une peau 11 du côté de l'intrados et une peau 12 du côté de l'extrados; cette peau est en matière composite renforcée par des fibres; les peaux sont reliées par plusieurs entretoises 20 décalées dans la direction de l'écoulement II-II; dans un but de clarté du dessin, une seule entretoise est représen- tée. Les entretoises 20 sont dirigées dans la direction de l'envergure I-I et elles ont la forme d'une double poutre en T. Ces entretoises ont une alternance de zones métalliques 21 en titane et de segments d'entretoise 22 en matière composite renforcée par des fibres. Les zones métalliques 21 ont des découpes 30 dans l'entretoise qui vont de la peau 11 de l'intrados jusqu'à la peau 12 de l'extrados et ont essentiel- lement une forme ronde. Les installations d'actionnement (non représentées) dirigées en fonctionnement dans la direction d'écoulement, traversent ces découpes; elles évitent toute torsion accidentelle de la structure dans la direction de l'écoulement sous l'effet des charges aérodynamiques; ces installations induisent également les efforts dans les seg- ments porteurs de l'aile portante en réalisant en même temps un cintrage de la structure pour adapter le profil aux condi- tions de vol respectives. Les zones métalliques 21 des entretoises 20 sont, au niveau de leur surface de recouvrement 23, reliées avec le côté intérieur de la peau 12 du côté de l'extrados et de la peau 11 du côté de l'intrados à l'aide de rivets 16. Les en- tretoises 20 sont collées aux peaux 11, 12 au niveau des seg- ments d'entretoise 22 en matière composite renforcée de fibres. Des raidisseurs 15 sont dirigés parallèlement aux entretoises dans la direction de l'envergure; ces raidis- seurs sont en matière composite renforcée par des fibres et font corps avec les peaux 11, 12. Toutefois, on peut égale- ment envisager un mode de réalisation dans lequel les raidis- seurs 15 sont reliés par collage ou rivetage aux peaux 11, 12. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Structure entretoise/peau (10) applicable à des profils d'écoulement, notamment des ailes portantes ou leurs compo- sants, comprenant une peau d'intrados (12) et une peau d'extrados (11), reliées par des entretoises (20) essentiel- lement en matière composite renforcée par des fibres, diri- gées dans la direction de l'envergure, ces entretoises ayant une ou plusieurs découpes (30) dirigées essentiellement de la peau d'extrados vers la peau d'intrados, caractérisée en ce que les entretoises (20) sont métalliques au niveau des découpes d'entretoise (30). 2 ) Structure (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est souple. 3 ) Structure (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que des installations d'actionnement passent dans les découpes d'entretoise (30) pour cintrer la structure entretoise/peau (10). 4 ) Structure (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les zones métalliques (21) des entretoises (20) sont rivetées aux peaux (11, 12). 5 ) Structure (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les zones métalliques (21) des entretoises (20) sont en ti- tane. 6 ) Structure (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les peaux (11, 12) sont en matière composite renforcée par des fibres. 7 ) Structure (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les zones métalliques (21) et les segments (22) des entretoi- ses (20) essentiellement en matière composite renforcée de fibres sont décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de l'écoulement.10 8 ) Structure (10) selon la revendication 1, caractérisée par des raidisseurs (15) prévus entre les entretoises (20), ces raidisseurs étant dirigés dans la direction de l'envergure et ils s'étendent de la peau d'extrados (11) et/ou d'intrados (12) jusque dans une zone entre les peaux et sont interrompus au niveau des découpes d'entretoise (30).