Brevet FR2863198A1 — publié le 20050610

PANNEAUX AUTO-RAIDIS EN COMPOSITE PRÉ-IMPRÉGNÉ ET PROCÉDÉS DE MISE EN PLACE DES ÉLÉMENTS DE TELS PANNEAUX La présente invention se rapporte à la fabrication de panneaux autoraidis constitués à partir de nappes de fibres pré-imprégnées et destinées notamment à la réalisation de panneaux de voilure et de caissons de fuselage par exemple. Plus précisément, les panneaux auto-raidis visés par l'invention sont du type constitué d'une peau formée généralement d'une pluralité de plis superposés de fibres de carbone pré-imprégnées, sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage. Plus précisément encore, la présente invention vise à simplifier et perfectionner le type de panneau à raidisseurs en U illustré en figure 1 des dessins annexés dont la structure d'interfaçage comprenant un clou formé de deux demi-clous disposés symétriquement et une tête de clou interposée entre les bords en regard des demi-clous, implique une étape particulière de formage des demi-clous. A cet effet, l'invention a pour objet un panneau auto-raidi en composite 20 pré-imprégné du type constitué d'une peau de base, sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage, caractérisé en ce que ledit clou est formé d'une bande de section rectangulaire dont la tranche, côté peau, est directement en contact avec la face en regard de ladite peau et en ce que la tête de clou est constituée de deux demi-têtes disposées symétriquement dans l'angle formé entre la peau et le clou. Suivant un premier mode de réalisation, ladite bande formant le clou est monobloc et constituée d'au moins un pli de fibres de carbone préimprégnées. Suivant un second mode de réalisation, ladite bande formant le clou est constituée de deux éléments ou demi-clous, accolés, formés chacun d'au 15 moins un pli de fibres de carbone pré-imprégnées. L'invention a également pour objet des procédés de mise en place des éléments constitutifs de ces deux modes de réalisation. C'est ainsi que l'invention a pour objet un procédé de mise en place des éléments d'un panneau auto-raidi en composite pré-imprégné du type constitué d'une peau de base sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage, ledit clou étant monobloc et ladite tête de clou étant constituée de deux demi-têtes disposées symétriquement dans l'angle formé entre la peau et ledit clou, caractérisé par les étapes suivantes: drapage d'une pluralité de plis superposés de fibres de carbone préimprégnées pour constituer ladite peau de base; - mise en place et formage sur des poinçons individuels à section en U et arêtes arrondies et de longueur correspondant à celle des raidisseurs en U du panneau à réaliser, d'au moins un pli de renfort en fibres de carbone pré-imprégnées; réalisation par drapage d'au moins un pli de fibres de carbone préimprégnées d'un clou constitué d'une bande de longueur correspondant à celle des raidisseurs en U et de largeur égale à la hauteur des branches dudit U; - positionnement côte à côte des poinçons en position de U renversé avec interposition dudit clou; - mise en place de part et d'autre de chaque clou entre ce dernier et ledit pli de renfort des deux demi-têtes de clou susdites; - compactage de l'ensemble des poinçons ainsi accolés; - retournement à 180 de l'ensemble des poinçons compactés; positionnement de cet ensemble sur ladite peau de base en sorte de plaquer contre cette dernière une surface plane continue définie, d'une part, par la face externe des parties de liaison des branches des U des raidisseurs et, d'autre part, par l'ensemble clou + têtes de clou séparant deux raidisseurs adjacents; - et, enfin, retrait desdits poinçons en U. L'invention a également pour objet un procédé de mise en place des éléments d'un panneau auto-raidi en composite pré-imprégné du type constitué d'une peau de base sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage, ledit clou étant constitué de deux demi- clous accolés et ladite tête de clou étant constituée de deux demi-têtes disposées symétriquement dans l'angle formé entre la peau et ledit clou, caractérisé par les étapes suivantes: - mise en place et formage sur des poinçons individuels à section en U et arêtes arrondies et de longueur correspondant à celle 10 15 des raidisseurs en U du panneau à réaliser, d'au moins un pli de renfort en fibres de carbone pré-imprégnées; réalisation par drapage d'au moins un pli de fibres de carbone préimprégnées de demi-clous constitués d'une bande de longueur correspondant à celle des raidisseurs en U et de largeur égale à la hauteur des branches dudit U; - mise en place sur les deux flancs de chaque poinçon revêtu dudit pli de renfort et en position de U renversé, d'un demi-clou, et d'une demi-tête de clou insérée entre ledit pli de renfort et le demi-clou, à hauteur d'une arête arrondie du poinçon; compactage individuel de chaque poinçon ainsi revêtu; - retournement individuel à 180 des poinçons; puis, positionnement des poinçons côte à côte sur ladite peau de base en sorte de plaquer contre cette dernière une surface plane continue définie, d'une part, par la face externe des parties de liaison des branches des U des raidisseurs et, d'autre part, par l'ensemble clou + têtes de clou séparant deux raidisseurs adjacents; et, enfin, retrait desdits poinçons en U. Un tel processus de mise en place des éléments du panneau est particulièrement approprié à la réalisation de panneaux de très grandes dimensions. En effet, comme on le verra en détail plus loin, les panneaux du type selon ledit premier mode de réalisation impliquent, lors de leur fabrication, une phase de retournement d'un ensemble, à savoir l'outillage portant l'ensemble des raidisseurs en U, qui pose des problèmes de manutention et également d'outillage, du fait de leurs encombrements. Le processus de mise en place de panneaux selon ledit second mode de réalisation évite toute manipulation d'ensembles lourds et encombrants puisque les opérations de retournement consistent à manipuler, et notamment retourner, uniquement des poinçons individuels, les uns après les autres. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de mise en oeuvre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un panneau autoraidi à raidisseurs en U rapportés sur une peau de base; - figure 2 est une vue en coupe transversale partielle d'un panneau de l'invention selon un premier mode de réalisation; - figure 3 illustre la mise en place d'un pli sur un poinçon à section en U; - figure 4 illustre la mise en place du clou et des deux demi-têtes de clou entre deux poinçons; - figure 5 illustre le retournement à 180 de l'ensemble des poinçons de la figure 4; - figures 6, 7 et 8 illustrent les étapes finales de mise en place de l'ensemble raidisseurs-clous-têtes de clou de la figure 5 sur une peau de base et de retrait des poinçons; - figure 9 est une vue en coupe transversale partielle d'un panneau de l'invention selon un second mode de réalisation; - figure 10 illustre la mise en place des demi-clous et des demi-têtes de clou du panneau de la figure 9 sur un poinçon; figure 1 1 illustre le retournement individuel à 180 du poinçon; - figure 12 illustre le placement côte à côte après retournement des poinçons, et figures 13 à 15 illustrent les étapes finales de mise en place de l'ensemble raidisseurs-clous-têtes de clou de la figure 12 sur une peau de base et de retrait des poinçons. Sur la figure 1 on a représenté en coupe transversale un panneau autoraidi en composite pré-imprégné constitué d'une peau de base 1 sur l'une des faces de laquelle sont rapportés des raidisseurs 2 en forme de U disposés côte à côte parallèlement et séparés entre eux par une structure d'interfaçage comprenant un clou 3 et une tête de clou 4, le clou étant formé de deux demi- clous 3a, 3b disposés symétriquement, la tête de clou 4 comblant l'espace subsistant entre la peau 1, d'une part, et les bords en regard des demi- clous 3a, 3b, d'autre part. La peau 1, de même que les raidisseurs 2 en forme de U et les demi- clous 3a, 3b, sont constitués d'un empilement de plis formés de tissus ou nappes de fibres de carbone pré-imprégnées d'une résine appropriée. Les raidisseurs 2, les demi-clous 3a, 3b et les têtes de clou 4 courent généralement sur toute la longueur du panneau. L'objet de l'invention vise à simplifier et perfectionner le type de 10 panneau représenté en figure 1. A cet effet, il est proposé de remplacer l'ensemble des clous 3a, 3b qui nécessite une étape de formage spécial le long d'un de leurs bords longitudinaux par un clou plat réalisé suivant une première variante illustrée par la figure 2 ou suivant une seconde variante illustrée par la figure 9. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le panneau comprend une peau de base 5, sur l'une des faces de laquelle sont rapportés des raidisseurs 6 en forme de U, entre lesquels est disposé un clou monobloc 7 de section rectangulaire dont la tranche 8 est plaquée directement contre la face en regard de la peau 5, des demi-têtes de clou 9, 10 comblant les espaces ménagés dans les angles formés entre la peau 5 et les clous 7, sous les raidisseurs 6. On va décrire maintenant le procédé selon l'invention de mise en place des éléments constitutifs du panneau de la figure 2, lors de sa fabrication. Sur la figure 3 on a représenté en 1 1 un poinçon dont la section est en forme de U définissant trois surfaces externes planes orthogonales ou parallèles entre elles, respectivement des surfaces 12 et 13 correspondant aux deux branches parallèles du U et une surface 14 de liaison. Le poinçon 11 présente une longueur au moins égale à celle des raidisseurs 6 à réaliser et est placé dans la position renversée du U pour la mise en place des plis superposés en forme de bandes rectangulaires devant constituer les raidisseurs. En 15 est représenté en coupe transversale un tel empilement réalisé par drapage et formant une bande de longueur égale à celle du raidisseur en U à obtenir. Sur le poinçon Il, préalablement revêtu d'un film de polyéthylène (non représenté) pour éviter le collage de la bande 15 et permettre le retrait ultérieur du poinçon, la bande 15 est posée à cheval comme illustré, en sorte de former sous infra-rouge le raidisseur en U en plaquant les bords de la bande 15 sur les flancs 12, 13 du poinçon, les bords longitudinaux de la bande étant recoupés en fonction de la hauteur desdits flancs. La figure 4 illustre l'étape suivante de mise en place côte à côte sur un outillage 16 des poinçons 11 ainsi revêtus de la bande 15, avec interposition, entre deux poinçons Il, d'un clou 7, préalablement réalisé par drapage d'un ou plusieurs plis de fibres de carbone pré-imprégnées et recoupage aux dimensions des ailes 12, 13 des poinçons. Les demi-têtes de clou 9, 10 sont placées en dernier. Ensuite, une vessie (non représentée) est placée sur l'ensemble et le vide est fait pour compacter les éléments 7, 9, 10, 15, afin d'avoir une surface la plus uniformément plane que possible et une absence d'espaces ou interstices vides à hauteur de l'ensemble clou-tête de clou. L'étape suivante consiste à retourner à 180 (figure 5) l'ensemble des poinçons, puis à amener (figure 6) la plaque 16 de montage des poinçons 11 au dessus de la peau de base 5 en place sur son marbre d'attente 17. Puis, l'ensemble des poinçons 1 1 est déposé sur la peau 5 (figure 7) et, enfin, les poinçons 1 1 sont enlevés les uns après les autres (figure 8) en sorte d'obtenir une structure d'ensemble, selon la figure 2, qu'il conviendra ensuite de consolider en autoclave à la manière habituelle. La figure 9 représente un panneau de l'invention selon le second mode de réalisation. Le panneau de la figure 9 comprend une peau de base 18, sur l'une des faces de laquelle sont rapportés des raidisseurs 19 en forme de U, entre lesquels sont disposés deux demi-clous 20, 21 accolés sur toute leur largeur, les tranches des demi-clous étant plaquées directement contre la face en regard de la peau 18, les demi-têtes de clous 22, 23 comblant les espaces ménagés dans les angles formés entre la peau 18 et les demi-clous 20, 21 sous les raidisseurs 19. On va décrire maintenant le procédé selon l'invention de mise en place des éléments constitutifs du panneau de la figure 9 lors de sa fabrication. Après mise en place d'une bande 15 à cheval sur un poinçon 11 pour constituer un raidisseur 19, cette mise en place s'effectuant comme illustré par la figure 3, on met en place (figure 10) sur les deux flancs du poinçon 11 ainsi revêtu de la bande 15, un demi-clou 20, 21 préalablement drapé et découpé. Une fois les demi-clous 20, 21 en place, on positionne les deux demitêtes de clous 22, 23 dans les espaces vides existant entre la bande 15 et les demi-clous 20, 21. Ensuite, une vessie (non représentée) est placée sur l'ensemble et le 15 vide est fait pour compacter les éléments 20, 21, 22, 23 et 15. Ces mêmes opérations sont effectuées sur autant de poinçons 11 que de raidisseurs 19 à positionner sur la peau 18. L'étape suivante est le retournement individuel des poinçons 1 1 à 180 illustré par le passage de la figure 10 à la figure 11 en vue de leur placement 20 côte à côte (figure 12) sur un marbre 24. Puis, l'ensemble des poinçons 11 est pris en charge et soulevé à l'aide d'un pont roulant (figure 13) pour être déposé (figure 14) sur la peau 18 préalablement préparée par drapage à la manière connue et en attente sur son marbre 25 et, enfin, les poinçons 11 sont enlevés les uns après les autres (figure 15) en sorte d'obtenir une structure d'assemblage selon la figure 9, qu'il conviendra ensuite de consolider en autoclave à la manière habituelle. Un tel processus de mise en place des éléments du panneau selon la figure 9 présente par rapport à celui nécessaire à la réalisation du panneau selon la figure 1, les avantages substantiels suivants: le rassemblement (figure 12) des éléments raidisseurs (19) dans la position (poinçons 11' en U dans la position normale du U) correspondant à leur placement par dépose sur la peau de base 18 se fait par retournement des poinçons individuellement après l'étape de compactage sur chaque poinçon des éléments 20, 21, 22, 23 et 15. Une telle manipulation se fait aisément et ne nécessite pas un outillage exceptionnel. au contraire, dans la cas du panneau de la figure 1, les têtes de clous 4 ne peuvent être mises en place puis soumises à compactage que sur l'ensemble complet des poinçons de conformation des raidisseurs qui doivent être alors dans la position du U renversé et disposés côte à côte. II est alors nécessaire, après compactage en bloc de tous les poinçons, de les retourner de 180 pour les mettre en position de dépose sur la peau de base 1. Cette manipulation nécessite des moyens d'envergure et un espace suffisant pour effectuer le retournement d'un ensemble de grandes dimensions quand il s'agit d'un panneau de grande taille. - les demi-clous 20, 21 sont de simples bandes rectangulaires plates plus simples et faciles à réaliser que les demi-clous 3a, 3b à bords tombés à hauteur des têtes de clou 4, nécessitant une phase de compactage préalable. Il est à noter que l'étape illustrée par la figure 12 de placement des poinçons 11 côte à côte sur le marbre 24 pourrait être supprimée en positionnant directement les poinçons 11 les uns après les autres sur la peau 18 en place sur son marbre 25 (figure 14). Il est également à noter que le type de panneau de la figure 2 est de préférence réservé à la fabrication de panneaux n'ayant pas de trop grandes dimensions du fait que le processus de mise en place des éléments constitutifs est analogue à celui du panneau de la figure 1, avec les inconvénients que l'on vient de rappeler. Lorsqu'il s'agira de réaliser des panneaux de plus grandes dimensions 30 c'est le type de structure de la figure 9 qui sera donc préféré. Enfin, d'une manière générale la tenue mécanique des panneaux de l'invention, quel que soit le mode de réalisation choisi, est identique, 10 notamment à hauteur des zones d'arrêt de raidisseur, à celle de panneaux conformes à la figure 1. 11 REVENDICATIONS 1. Panneau auto-raidi en composite pré-imprégné du type constitué d'une peau de base (5;18), sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs (6;19) en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage, caractérisé en ce que ledit clou est formé d'une bande (7;20; 21) de section rectangulaire dont la tranche, côté peau (5;18), est directement en contact avec la face en regard de ladite peau et en ce que la tête de clou est constituée de deux demi-têtes (9;10;22;23) disposées symétriquement dans l'angle formé entre la peau (5;18) et le clou (7;20; 21). 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bande formant le clou est monobloc (7) et constituée d'au moins un pli de fibres de 15 carbone pré-imprégnées. 3. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bande formant le clou est constituée de deux éléments ou demi-clous (20;21), accolés, formés chacun d'au moins un pli de fibres de carbone préimprégnées. 4. Procédé de mise en place des éléments d'un panneau auto-raidi en composite pré-imprégné du type constitué d'une peau de base (5) sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs (6) en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage, ledit clou étant monobloc (7) et ladite tête de clou étant constituée de deux demi- têtes (9, 10) de clou disposées symétriquement dans l'angle formé entre la peau (5) et ledit clou (7), caractérisé par les étapes suivantes: - drapage d'une pluralité de plis superposés de fibres de carbone pré- imprégnées pour constituer ladite peau de base (5) ; - mise en place et formage sur des poinçons individuels (11) à section en U et arêtes arrondies et de longueur correspondant à celle des raidisseurs en U du panneau à réaliser, d'au moins un pli de renfort (6) en fibres de carbone pré-imprégnées; réalisation par drapage d'au moins un pli de fibres de carbone préimprégnées d'un clou (7) constitué d'une bande de longueur correspondant à celle des raidisseurs (6) en U et de largeur égale à la hauteur des branches dudit U; - positionnement côte à côte des poinçons (11) en position de U renversé avec interposition dudit clou (7) ; - mise en place de part et d'autre de chaque clou (7) entre ce dernier et ledit pli de renfort (6) des deux demi-têtes de clou (9, 10) susdites; - compactage de l'ensemble des poinçons (11) ainsi accolés; - retournement à 180 de l'ensemble des poinçons (Il) compactés; - positionnement de cet ensemble sur ladite peau de base (5) en sorte de plaquer contre cette dernière une surface plane continue définie, d'une part, par la face externe des parties de liaison des branches des U des raidisseurs (6) et, d'autre part, par l'ensemble clou + têtes de clou séparant deux raidisseurs (6) adjacents; - et, enfin, retrait desdits poinçons (11) en U. 5. Procédé de mise en place des éléments d'un panneau auto-raidi en composite pré-imprégné du type constitué d'une peau de base (18) sur l'une des faces de laquelle sont rapportés et disposés côte à côte des raidisseurs (19) en forme de U dont les parties de liaison des branches du U sont plaquées contre ladite peau, avec interposition, entre les branches en regard R de deux raidisseurs adjacents, d'une structure d'interfaçage communément appelée clou , complétée par une tête de clou constituée par un cordon de résine de remplissage, ledit clou étant constitué de deux demiclous (20, 21) accolés et ladite tête de clou étant constituée de deux demi-têtes (22, 23) disposées symétriquement dans l'angle formé entre la peau (18) et ledit clou (20, 21), caractérisé par les étapes suivantes: mise en place et formage sur des poinçons individuels (Il) à section en U et arêtes arrondies et de longueur correspondant à celle des raidisseurs en U du panneau à réaliser, d'au moins un pli de renfort (15) en fibres de carbone pré-imprégnées; - réalisation par drapage d'au moins un pli de fibres de carbone pré- imprégnées de demi-clous (20, 21) constitués d'une bande de longueur correspondant à celle des raidisseurs (19) en U et de largeur égale à la hauteur des branches dudit U; - mise en place sur les deux flancs de chaque poinçon (Il) revêtu dudit pli de renfort (15) et en position de U renversé, d'un demi-clou (20, 21), et d'une demi-tête de clou (22, 23) insérée entre ledit pli de renfort (15) et le demi-clou (20, 21), à hauteur d'une arête arrondie du poinçon; - compactage individuel de chaque poinçon (Il) ainsi revêtu; - retournement individuel à 180 des poinçons (Il) ; puis, positionnement des poinçons (Il) côte à côte sur ladite peau de base (18) en sorte de plaquer contre cette dernière une surface plane continue définie, d'une part, par la face externe des parties de liaison des branches des U des raidisseurs (15) et, d'autre part, par l'ensemble clou + têtes de clou séparant deux raidisseurs adjacents; et, enfin, retrait desdits poinçons (Il) en U.