Brevet FR2811959A1 — publié le 20020125

La présente invention concerne une peau extérieure de porte d'avion adaptée au contour de la surface extérieure du fuselage, cette peau étant reliée à l'ossature de la porte comportant des poutres di- rigées dans la direction longitudinale de l'avion, et écartées dans la direc- tion périphérique, et la peau extérieure étant exposée pendant le vol à une charge de pression exercée dans une direction. En position de fermeture, la peau extérieure d'une porte d'avion suit le contour de la surface extérieure voisine du fuselage. La peau extérieure correspond à la paroi extérieure de la porte. Son épaisseur de matière est pratiquement constante; cette peau assure l'étanchéité de l'ouverture de la porte en position de fermeture et s'adapte de manière continue au contour de la surface extérieure du fuselage. La peau est bombée de manière régulière dans la direction périphérique et elle ne pos- sède ni encoches ni gorges. Les cavités formant poignées sont fermées. La forme normale de la peau extérieure d'une porte d'avion correspond pour des conditions de fabrication données à la forme d'origine de la peau extérieure. La forme normale de la peau extérieure est celle avant ou après l'atterrissage de l'avion. La peau extérieure de la porte d'avion est fixée sur des poutres horizontales le long de la largeur de la porte. Les poutres sont ainsi alignées dans la direction longitudinale du fuselage. Ces poutres sont écartées les unes des autres dans la direction périphérique et sont solidarisées à la peau extérieure. A l'extrémité des poutres se trouvent des éléments d'appui qui viennent contre des moyens de fixation du cadre du fuselage, en position de fermeture de la porte. Ces éléments d'appui per- mettent de soutenir les poutres de la porte dans la direction opposée à la direction de la poussée, dans le cadre.du fuselage; ils évitent qu'en posi- tion de fermeture, la porte ne puisse changer de place dans la direction radiale. La peau extérieure de la porte d'avion constitue ainsi une partie de la surface extérieure de l'avion. Du côté de la porte tournée vers la ca- bine de l'avion, les poutres sont recouvertes d'un habillage. La peau extérieure forme une zone dite portante qui reçoit les poussées et les charges aérodynamiques et les transmet, alors que l'habillage intérieur fait partie des éléments non porteurs car les contraintes sont significativement plus faibles que celles appliquées sur la peau extérieure. Après le décollage de l'avion, les conditions de pression changent de manière progressive entre la cabine de l'avion et l'atmosphère extérieure. Alors que dans la cabine, la pression correspond pratiquement à la pression atmosphérique normale, la pression extérieure chute en fonction de l'altitude. Cette différence de pression entre la cabine de l'avion et l'environnement atmosphérique de l'avion conduit à une poussée croissante s'exerçant sur la porte de l'avion. A cela s'ajoutent les charges aérodynamiques liées à l'écoulement atmosphérique et aux tourbillons. Ces charges de pression sont absorbées par la structure de la porte; elles sont transmises au cadre de la porte et de là ces charges sont transmises à la structure du fuselage de l'avion par le couplage aux éléments d'appui et aux moyens de fixation. En particulier la poussée aspire la peau extérieure de la porte d'avion, vers l'extérieur dans la direction radiale par rapport à la po- sition du fuselage. Les charges de pression appliquées à la porte agissent dans le sens de la chute de pression, c'est-à-dire de l'intérieur du fuselage essentiellement en direction de l'extérieur du fuselage. Du fait de l'élasticité des éléments d'appui et des moyens de fixation, cela aboutit à un léger décalage de l'ensemble de la porte dans la direction radiale. Mais on a également un décalage, c'est-à-dire une déforma- tion bombée de la peau extérieure de la porte d'avion en direction de la chute de pression. Selon la réglementation en vigueur, de tels décalages de la peau extérieure d'une porte d'avion ne doivent pas dépasser au maximum une valeur déterminée par rapport à la forme normale de la peau extérieure. Ces décalages c'est-à-dire ces déformations bombées bien que relativement faibles, produisent des tourbillons qui influencent de manière gênante la résistance à l'air. Cela se répercute de manière mesu- rable sur la consommation de carburant de l'avion. L'exigence de faibles décalages autorisés de la peau exté- rieure est respectée si la peau à une rigidité suffisante. Pour cela on di- mensionne les poutres et la peau extérieure de la porte d'avion de manière relativement forte et la porte est montée dans un palier qui lui est propre par rapport au châssis. Cette grande rigidité de la porte à l'inconvénient de ne pas permettre de réaliser les portes actuelles en construction légère. La peau extérieure représente environ 25 % du poids total de la porte. La présente invention a pour but de développer une porte d'avion dans le sens d'une construction légère de la peau extérieure, di- mensionnée de manière significativement plus réduite et en évitant les dé- calages possibles de la peau extérieure. A cet effet l'invention concerne une porte d'avion du type défini cidessus caractérisée en ce qu'une peau extérieure est prédéformée dans la direction opposée à la direction des charges de pression et est re- liée aux poutres de l'ossature de porte. A l'altitude de croisière, la charge de pression exercée sur la peau extérieure fait que cette peau extérieure s'adapte avantageusement du point de vue de l'écoulement du fluide au contour environnant de la surface extérieure de l'avion. Les décalages engendrés sont compensés par la peau extérieure prédéformée et ne peuvent pas influencer de manière négative la résistance de l'air présentée par la peau extérieure. Cela abou- tit à des économies de carburant mesurables, pendant le vol. L'invention permet de réaliser la peau extérieure avec une épaisseur plus faible pour un même matériau que les portes connues tout en évitant pratiquement les décalages connus de la peau extérieure. L'invention permet ainsi une réduction du poids. Avec moins de matière pour la peau extérieure pour un coût de fabrication sensiblement égal, on a une porte ayant des pro- priétés améliorées de manière significative. Selon un développement de l'invention, il est avantageux de bomber de manière essentiellement concave la peau extérieure dans une zone médiane suivant l'axe longitudinal et de réaliser un bord bombé en direction de l'intérieur du fuselage. Le profil d'une prédéformation le long de la largeur de la porte correspond qualitativement, de manière principale à la courbe tracée Vv(b). Les valeurs ponctuellement différentes d'une pré- déformation dépendent de l'épaisseur de la matière formant la peau exté- rieure et de la géométrie de la porte. Dans le cas d'une porte coulée en une seule pièce, il est avantageux de fraiser le contour de la surface extérieure préformée de la face extérieure de la peau extérieure. Dans le cas d'une peau extérieure fabriquée en matière composite renforcée par des fibres, on réalise le contour de la surface extérieure préformée par laminage. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de la structure d'une porte d'avion, - la figure 2 montre le profil des décalages de la peau extérieure suivant la largeur d'une porte d'avion, à l'altitude de vol, la figure 3 montre le profil de la prédéformation de la peau extérieure de la porte d'avion avant le décollage, - la figure 4 montre un exemple de peau extérieure préformée, - la figure 5 est une coupe selon A-A de la figure 4. La figure i montre schématiquement la structure d'une porte d'avion 1 notamment de la peau extérieure 2 et de l'ossature de porte 3 fixée à la peau extérieure 2. La peau extérieure 2 est bombée dans la direction périphérique UR suivant le contour de la surface extérieure du fuselage de l'avion (celui-ci n'est pas représenté). L'ossature 3 d'une porte de passagers est par exemple formée des poutres 40, 41, 42, 43, 44 ali- gnées dans la direction longitudinale du fuselage. Les poutres s'étendent pratiquement sur la largeur de la porte en laissant un petit bord R de la peau extérieure 2 qui s'étend le long de la périphérie. Les poutres sont écartées les unes des autres dans la direction périphérique UR. Les extré- mités des poutres sont délimitées par une nervure 5, 6. A l'endroit ou une poutre touche une nervure on a en général un élément d'appui (non repré- sente). De tels éléments d'appui sont connus de l'état de la technique et sont ainsi décrits. La peau extérieure a une épaisseur de matière constante; elle a une forme essentiellement symétrique par rapport à son axe longi- tudinal AT. Lorsqu'on atteint l'altitude de vol, la porte d'avion est expo- sée aux charges de pression pendant la durée du vol de croisière. On a constaté que les décalages de la peau extérieure de la porte sont accen- tués de manière variable dans les limites autorisées. Les décalages se pro- duisent de manière permanente après le décollage de l'avion; elles atteignent leur maximum à l'altitude de croisière. La figure 2 montre de tels décalages qui se produisent sur les portes connues à l'altitude de vol (environ 11000 mètres). Ces portes ont une peau d'une épaisseur importante pour que la peau présente la rigidité nécessaire et pour que le décalage de la peau extérieure n'atteigne pas la valeur limite. Si l'on considère les décalages dans le plan horizontal dans le sens de la largeur de la porte mais que l'on décale le plan verticalement, le long de la hauteur de la porte, on obtient des lieux de plus forts décala- ges autorisés ainsi que des lieux de décalages minimum. Une courbe V (b) représente les décalages autorisés d'une porte dans un système de coordonnées. En abscisses on a représenté la largeur (b) de la porte. La largeur de la porte correspond pour l'essentiel également à la largeur de la peau extérieure et elle est définie par la lon- gueur du chemin entre les points bi et b2. Comme la peau extérieure est de forme essentiellement symétrique par rapport à son axe longitudinal AT, l'origine des coordonnées a été placée sur l'axe longitudinal AT pour des raisons pratiques. s Les ordonnées représentent le décalage V de la peau exté- rieure par rapport à la forme normale de la peau extérieure et ainsi par rapport à la position initiale de la peau extérieure. La position initiale est représentée par l'abscisse à Vo = O. Selon l'état de la technique, la position initiale de la forme normale de la peau extérieure correspond à un état qui existe à la pression atmosphérique normale connue. A l'altitude de croi- sière, au lieu de la position initiale Vo on utilise la position de décalage comme base d'examen concernée. La courbe V(b) n'est pas à l'échelle et ne fournit que des informations qualitatives. La courbe V(b) montre que l'ensemble de la porte a été dé- calé du fait de l'élasticité des éléments d'appui et des éléments de fixation, très légèrement, dans la direction radiale par rapport à sa position d'origine Vo dans une nouvelle position V1, décalée. Si partant de la posi- tion décalée V1 on observe les décalages V de la peau extérieure suivant la largeur (b) de la porte, on voit que l'on a un décalage relativement impor- tant au bord de la porte par exemple bl; ce décalage diminue en direction de l'élément d'appui. Il n'y a aucun décalage là o l'élément d'appui est relié à la porte c'est-à-dire avec la poutre (bîl). En poursuivant à partir de là en direction du milieu de la porte (c'est-à-dire dans la direction de l'axe longitudinal AT), le décalage augmente et peut atteindre sa valeur maxi- male autorisée. En poursuivant en direction de l'autre bord, le décalage di- minue et près de l'élément d'appui (b21) de l'autre côté, il est à peine per- ceptible pour augmenter de nouveau très rapidement en direction de l'autre bord par exemple b2. L'épaisseur de la matière formant la peau extérieure des portes connues est choisie pour que fondamentalement la rigidité de la peau extérieure soit assurée et que des tensions de matière génèrent uni- quement des décalages maximum autorisés. Pour réduire ces décalages, l'invention propose de mettre la peau extérieure en position normale selon l'état de la technique dans un état prédéformé différent de la forme nor- male. Cette forme différente de la forme normale connue est appelée forme prédéformée. Le résultat d'une fabrication est une porte avec une peau extérieure prédéformée. La peau extérieure prédéformée ne correspond pas à la forme normale connue de la peau extérieure comme celle qui apparaît dans sa position d'origine. La peau extérieure prédéformée correspond maintenant à une forme initiale de la peau extérieure, donnée en technique de fabrica- tion. Avant le décollage ou après l'atterrissage de l'avion, la peau extérieure est toujours dans sa forme prédéformée. Cette forme prédéfor- o10 mée présente des déformations différentes de la position d'origine qui sont opposées aux déformations pendant le vol de sorte que les déformations engendrées pendant le vol à partir de la position décalée, se compensent par les prédéformations générées en technique de fabrication. Le résultat pendant le vol à l'altitude de croisière est une porte qui ne présente prati- quement pas de décalages par rapport au contour de la surface extérieure du fuselage et n'entraîne de manière idéale aucun décalage par rapport à la position décalée, prise. La figure 3 montre dans quelle direction il faut réaliser les prédéformations de la peau extérieure au moment de la fabrication pour obtenir la forme prédéformée. La courbe Vv(b) montre le profil de la peau extérieure suivant la largeur de la porte pour une forme prédéformée. La courbe Vv(b) montre qualitativement la direction de la prédéformation qu'il faut réaliser lors de la fabrication de la peau exté- rieure. Il apparaît que les deux bords sont déformés de fabrication, vers l'intérieur (en direction de l'intérieur du fuselage) alors que la zone o sont fixés les éléments d'appui contre la porte ou l'extrémité de poutre, reste sans déformation. Cette zone de l'extrémité de poutre constitue la base de départ (c'est-à-dire la position initiale ou position de décalage) pour dé- terminer l'ordre de grandeur quantitatif de la prédéformation. En poursui- vant en direction du milieu de la porte, on renforce également la peau extérieure vers l'intérieur en direction de l'intérieur de la cabine, c'est-à- dire qu'on la prédéforme dans la direction opposée de la future direction de la charge de pression. La figure 3 montre avec la courbe Vv(b) la pré- déformation suivant la largeur de la porte en profil. Ces prédéformations s'étendent en fonction du profil, dans la peau extérieure suivant l'axe lon- gitudinal Ar de la porte à partir de l'arête supérieure jusqu'à l'arête infé- rieure. La figure 4 montre une peau extérieure 20 préformée, ré- sultant de la fabrication; cette peau est reliée par sa face intérieure 21 à une ossature de porte 30. La face extérieure 22 de la peau extérieure 20 présente une prédéformation concave à proximité de l'axe longitudinal AT (dans la zone médiane 200); la peau extérieure 20 est en outre bombée dans la direction périphérique UR. Le bord R est bombé en direction Z de l'intérieur du fuselage. La figure 5 montre une coupe correspondante selon A-A. L'ossature de porte 30 est adaptée par exemple au contour de la peau ex- térieure 20. Cela apparait sur la poutre 400 et la nervure 60 faisant partie de l'ossature de porte 30. La poutre 400 et la nervure 60 sont par exemple rivetées à la peau extérieure 20. On peut également utiliser d'autres pro- cédés de liaison. Il existe différentes possibilités de fabrication pour prédé- former la peau extérieure. La possibilité de fabrication technique dépend de la fabrication de la porte. Une porte classique assemblée par le rivetage de pièces permet de riveter la matière de la peau extérieure en position prédéformée sur les poutres. La poutre a dans ces conditions un creux pour recevoir la prédéformation de la peau extérieure, de manière adaptée par la forme. Il n'y a aucune limitation de fixation de la peau extérieure prédéformée sur l'ossature de la porte. Il n'y a pas non plus de limitation quant à la matière à prédéformer. Dans le cas d'une porte fabriquée en technique de fonderie, coulée en une seule pièce, le côté intérieur de la peau extérieure a en gé- néral le contour souhaité; le contour de la peau extérieure (sur la face extérieure) est encore à fraiser. L'épaisseur de la peau extérieure doit res- ter constante. Si l'on fabrique la peau extérieure dans une matière compo- site renforcée par des fibres, il faut laminer de manière correspondante la prédéformation dès qu'on lamine la peau extérieure. La présente invention offre l'avantage que la peau extérieure de la porte ne présente pratiquement pas de décalages pendant tout le vol à l'altitude de croisière, qui pourraient être gênants du point de vue de l'écoulement des fluides ce qui permet d'abaisser de manière significative la résistance à l'écoulement de la porte. Cela se traduit par des économies de carburant significatives. L'invention permet de réaliser une peau extérieure plus fai- ble dans un même matériau que les portes connues tout en réduisant de manière significative les décalages gênants de la peau extérieure. L'invention permet ainsi une réduction du poids. Grâce à une moindre consommation de matière pour la peau extérieure, pour un travail de fa- brication pratiquement identique on réalise une porte ayant des propriétés significativement améliorées. REVENDICATIONS ) Peau extérieure de porte d'avion adaptée au contour de la surface exté- rieure du fuselage, cette peau étant reliée à l'ossature de la porte compor- tant des poutres dirigées dans la direction longitudinale de l'avion, et écartées dans la direction périphérique, et la peau extérieure étant exposée pendant le vol à une charge de pression exercée dans une direction, caractérisée en ce qu' une peau extérieure (20) est prédéformée dans la direction opposée à la direction des charges de pression et est reliée aux poutres (400) de l'ossature de porte (30). 2 ) Peau extérieure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est bombée de manière essentiellement concave dans une zone mé- diane suivant son axe longitudinal (AT) et elle comporte un bord (R) bombé dans la direction (Z) de l'intérieur du fuselage. 3 ) Peau extérieure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil d'une prédéformation suivant la largeur (b) de la porte correspond pour l'essentiel à une courbe Vv(b). 4 ) Peau extérieure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' un contour de surface prédéformée est fraisé dans la face extérieure de la peau extérieure d'une porte coulée en une seule pièce. ) Peau extérieure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' on lamine un contour de surface prédéformée d'une peau extérieure fabri- quée d'une matière composite renforcée par des fibres.