Brevet FR2901240A1 — publié le 20071123

POUTRE INTERNE COMPOSITE POUR RENFORCER LA STRUCTURE D'UN AERONEF La présente invention se rapporte à une poutre interne composite pour renforcer la structure d'un aéronef. La structure d'un aéronef comprend des poutres pour la rigidifier et pour assurer la reprise d'effort. Ainsi, comme illustré sur la figure 1, le tronçon central 10 chargé de la reprise des efforts de la voilure et dans lequel est ménagée la case pour les trains d'atterrissage comprend une poutre ventrale 12, disposée à l'intérieur du fuselage 14, pour certains types d'aéronefs. Le fuselage 14 comprend par ailleurs des zones P pressurisées et d'autres zones 16 telles que le caisson central de voilure et la case pour les trains d'atterrissage non pressurisées. Pour délimiter ces zones, des parois étanches 18 sont prévues à l'intérieur du fuselage 14. Par conséquent, pour les aéronefs incorporant la poutre ventrale à l'intérieur du fuselage, ladite poutre 12 et les parois étanches 18 sont sécantes. Ainsi, les parois étanches 18 traversent la poutre ventrale 12 qui est réalisée en plusieurs tronçons 12', 12", 12"'. Comme illustré en détails sur la figure 2, pour assurer la reprise des efforts, notamment de traction/compression, des ferrures 20 sont prévues de part et d'autre de la paroi étanche 18, pour relier les tronçons de la poutre deux à deux. Selon un mode de réalisation, le tronçon de la poutre ventrale 12" est positionné entre les parois étanches et éclissé à ses extrémités grâce à des ferrures de compression disposées en vis-à-vis de ferrures d'amortissement placées à l'extérieur des zones 16 non pressurisées. Comme visible sur la figure 2, chaque ferrure comprend une première plaque 22 susceptible d'être mise en appui contre la paroi étanche 18 et une seconde plaque 24 sensiblement perpendiculaire à la première plaque 22, reliée au tronçon de poutre correspondant par tous moyens appropriés. Avantageusement, au moins un renfort 26 peut relier les deux plaques 22 et 24 et les maintenir sensiblement perpendiculaires. L'assemblage est assuré par des boulons 28 de traction et des fixations 28' travaillant en cisaillement. Ce type d'assemblage est parfaitement adapté dans le cas de poutres métalliques, en alliage d'aluminium, les ferrures assurant la continuité de la poutre et la transmission des efforts entre les différents tronçons. Cependant, afin de réduire la consommation des aéronefs, on tend à remplacer les éléments métalliques par des éléments en matériaux composites afin de réduire la masse de l'appareil. bans le cas de la poutre ventrale, les tronçons en alliage d'aluminium de la poutre travaillant notamment en traction/compression peuvent être remplacés par des tronçons en matériaux composites qui sont particulièrement adaptés pour supporter ce type de sollicitations. Toutefois, une ferrure métallique susceptible de travailler en flexion au niveau de la jonction des deux plaques 22, 24 ne peut pas être remplacée par un élément de même forme en matériaux composites car un tel élément ne pourrait pas assurer la transmission des efforts entre les deux plaques sensiblement perpendiculaires, les matériaux composites, notamment à base de fibres de carbone, n'étant pas particulièrement adaptés pour travailler en flexion. Une solution hybride consistant à prévoir des tronçons en matériaux composites et des ferrures métalliques n'est pas satisfaisante. En effet, la combinaison de pièces en ces matériaux engendre des problèmes en matière de dilatation et de corrosion. Ainsi, il est nécessaire de renforcer les pièces métalliques, notamment en les surdimensionnant, pour compenser les contraintes internes produites en raison de la dilatation de l'alliage d'aluminium nettement supérieure à celle du carbone. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant une poutre interne permettant de renforcer la structure d'un aéronef, compatible avec les parois étanches prévues à l'intérieur du fuselage, susceptible d'être réalisée en matériaux composites. A cet effet, l'invention a pour objet une poutre pour renforcer la structure d'un aéronef, ladite poutre étant disposée à l'intérieur du fuselage dudit aéronef, ledit fuselage comportant au moins une zone pressurisée séparée par au moins une paroi étanche d'au moins une autre zone non pressurisée, la poutre et ladite au moins une paroi étanche étant sécantes, caractérisée en ce que ladite poutre traverse ladite au moins une paroi étanche qui comprend une découpe adaptée à la section de ladite poutre, des moyens d'étanchéité étant prévus pour assurer l'étanchéité entre la poutre et la paroi étanche traversée. Cette solution permet d'utiliser une poutre en matériaux composites sans avoir besoin d'éléments métalliques pour transférer les charges d'un côté à l'autre de la paroi étanche. Ainsi, selon l'invention, on privilégie la pièce la plus sollicitée (dans le cas présent la poutre) qui est continue et traverse la pièce la moins sollicitée (la paroi étanche). D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant une coupe longitudinale verticale d'une 25 partie du fuselage d'un aéronef, - la figure 2 est une coupe longitudinale verticale illustrant la liaison entre deux tronçons de poutre disposés de part et d'autre d'une paroi étanche selon l'art antérieur, - la figure 3 est une coupe longitudinale verticale illustrant une poutre traversant une paroi étanche selon l'invention, - les figures 4A à 4F sont des représentations schématiques illustrant en coupe transversale une poutre selon différentes variantes de l'invention, - les figures 5A et 5B sont des coupes illustrant des variantes de réalisation d'une poutre selon l'invention traversant une paroi étanche, - la figure 6 est une vue en perspective illustrant une poutre et une paroi étanche traversée, selon une première direction d'un côté de ladite paroi étanche, - la figure 7 est une vue en perspective illustrant une poutre et une paroi étanche traversée, selon une seconde direction de l'autre côté de ladite paroi étanche, et - la figure 8 est une vue en perspective illustrant la partie inférieure d'une poutre selon l'invention avec une pluralité de nervures transversales. Sur la figure 1, on a représenté en 10 le tronçon central d'un aéronef chargé de la reprise de la voilure. Une poutre dite ventrale 12 est prévue pour rigidifier la structure de l'aéronef et notamment celle du tronçon central 10, ladite poutre étant disposée en partie inférieure du fuselage de l'aéronef référencé 14. La poutre ventrale est ainsi plaquée contre la partie inférieure du fuselage appelée également barque. La poutre ventrale est solidarisée à la barque au moins à chacune de ses extrémités, par tous moyens appropriés. Au niveau du tronçon central, au moins une zone P du fuselage est pressurisée et séparée par au moins une paroi étanche 18 d'au moins une autre zone 16 non pressurisée telle que par exemple la case pour les trains d'atterrissage ou le caisson central de voilure. Même si elle est plus particulièrement adaptée à la poutre ventrale, la présente invention n'est pas limitée à cette poutre et pourrait s'appliquer à d'autres poutres comme par exemple les longerons latéraux bordurant les cases de train d'atterrissage avant et arrière. Aussi, pour l'invention, on entend par poutre, tout élément utilisé pour rigidifier la structure d'un aéronef. La présente invention concerne les poutres dites internes disposées à l'intérieur du fuselage susceptibles d'être sécantes avec les parois étanches 18. Selon l'invention, la poutre 12 est monobloc et s'étend sur toute sa longueur et traverse au moins une paroi étanche 18 qui comprend une découpe adaptée à la section de ladite poutre 12, des moyens 30 d'étanchéité étant prévus pour assurer l'étanchéité entre la poutre 12 et la paroi étanche 18 traversée. Contrairement à l'art antérieur, la poutre ventrale ne comprend pas plusieurs tronçons. Selon un mode de réalisation, la poutre est creuse et comprend une section sensiblement rectangulaire ou carrée. bans le cas de la poutre ventrale, elle s'étend depuis son extrémité avant située à l'avant du longeron avant du caisson central de voilure jusqu'à son extrémité arrière située derrière la paroi étanche arrière de la case de train d'atterrissage. Selon un mode de réalisation, les extrémités de la poutre ventrale 12 sont en 20 biseau, la surface supérieure de la poutre rejoignant la surface inférieure aux extrémités. Avantageusement, au moins une cloison étanche 32 est prévue à l'intérieur de la poutre, sensiblement dans le même plan que la ou les paroi(s) étanche(s) 18 traversée(s) par la poutre afin de ne pas pressuriser tout l'intérieur de la poutre 25 ventrale. Dans la mesure où la cloison étanche 32 est entourée par une section de poutre aux parois rigides, elle n'a pas besoin d'être renforcée, par exemple pour résister à des efforts de compression. Faiblement sollicitée mécaniquement, la cloison étanche 32 se comporte en pure membrane. L'invention n'est pas limitée à des structures en matériaux composites. Ainsi, la poutre ventrale 12 et la paroi étanche 18 peuvent être en matériaux composites ou être métalliques, la poutre 12 en matériaux composites et la paroi étanche 18 métallique ou vice versa. Enfin, chacun des différents éléments pourrait comprendre des parties métalliques et d'autres en matériaux composites. De préférence, la poutre ventrale est réalisée en matériaux composites. Selon les variantes, la poutre ventrale 12 peut être composée de plusieurs sous éléments. Selon les variantes illustrées sur les figures 4A, 4C, 4E, 5A et 5B, la poutre comprend (selon une section transversale) une semelle 34 inférieure en U dont les branches sont surmontées par deux longerons 36 latéraux en L renversés sur lesquels repose une semelle supérieure plane 38. Selon d'autres variantes illustrées sur les figures 4B, 4D et 4F, la poutre comprend (selon une section transversale) une semelle inférieure 40 en U et une 15 semelle supérieure 42 en U renversée. Selon les variantes, des éléments de renfort de la poutre peuvent être prévus. Ainsi, au moins une nervure longitudinale 44 peut s'étendre sur au moins une partie de la longueur de la poutre. De préférence, une nervure longitudinale 44 est solidarisée à la semelle inférieure 34 ou 40 et/ou à la semelle supérieure 38 20 ou 42. Selon les modes de réalisation illustrés, la nervure longitudinale 44 est disposée au niveau du plan longitudinal médian de la poutre. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 4C, 4D, 5A, la nervure longitudinale 44 se présente sous la forme d'un T rapporté sur l'élément auquel elle est solidarisée. Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 5B, 25 la nervure longitudinale est venue d'un seul tenant avec l'élément auquel elle est solidarisée, la semelle supérieure dans l'exemple illustré. Selon une autre caractéristique de l'invention, la poutre 12 comprend au moins une nervure transversale 46 de renfort, comme illustré sur les figures 4E, 4F, 5A et 5B. Avantageusement, comme illustré sur la figure 8, la poutre comprend une pluralité de nervures transversales 46 judicieusement réparties sur la longueur de la poutre. Ces nervures permettent de renforcer la poutre en cas de contraintes agissant dans un plan sensiblement transversal à la poutre. Elles permettent également de renforcer la poutre dans les zones où sont susceptibles de se greffer des éléments tels qu'une trappe de train d'atterrissage. Avantageusement, certaines nervures transversales 46 peuvent avoir la fonction de cloison étanche 32. Selon les variantes, une nervure transversale 46 peut être réalisée d'un seul 10 tenant ou comprendre plusieurs sous éléments, comme illustré sur les figures 5A et 5B. Les moyens 30 d'étanchéité peuvent se présenter sous la forme d'au moins une cornière en L, comme illustré sur la figure 6, notamment lorsque la paroi étanche 18 est en matériaux composites. En variante, ils peuvent se présenter sous la 15 forme d'un bord recourbé et usiné, ménagé au niveau de la paroi étanche 18 lorsque cette dernière est métallique. Généralement, les moyens d'étanchéité 30 entre la paroi étanche et la poutre peuvent être identiques aux moyens d'étanchéité 48 prévus entre la paroi étanche et la barque, comme illustré en détail sur la figure 7. Ainsi, selon l'exemple illustré sur les figures 6 et 7, des 20 cornières en L assurent l'étanchéité d'une part entre la poutre et la paroi étanche, et d'autre part, entre la paroi étanche et la barque. Avantageusement, comme illustré sur la figure 6, les moyens 30 d'étanchéité sont disposés dans la zone pressurisée P, l'une des branches du L de la cornière étant solidarisée à la paroi étanche alors que l'autre branche est solidarisée à la 25 poutre. Selon un mode de réalisation, la cornière en L est continue le long des trois faces de la poutre susceptibles d'être orientées vers la paroi étanche. REVENDICATIONS 1. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef, ladite poutre étant disposée à l'intérieur du fuselage dudit aéronef, ledit fuselage comportant au moins une zone (P) pressurisée séparée par au moins une paroi étanche (18) d'au moins une autre zone (16) non pressurisée, la poutre et ladite au moins une paroi étanche étant sécantes, caractérisée en ce que ladite poutre 12 traverse ladite au moins une paroi étanche (18) qui comprend une découpe adaptée à la section de ladite poutre (12), des moyens (30) d'étanchéité étant prévus pour assurer l'étanchéité entre la poutre (12) et la paroi étanche (18) traversée. 2. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poutre a une section creuse et comprend à l'intérieur au moins une cloison étanche (32) sensiblement dans le même plan que la ou les paroi(s) étanche(s) (18) traversée(s) par la poutre. 3. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en matériaux composites. 4. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une semelle (34) inférieure en U dont les branches sont surmontées par deux longerons (36) latéraux en L renversés sur lesquels repose une semelle supérieure plane (38). 5. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une semelle inférieure (40) en U et une semelle supérieure (42) en U renversée. 6. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une nervure longitudinale (44) s'étendant sur au moins une partie de la longueur de la poutre. 7. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une nervure transversale (46) de renfort. 8. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de nervures transversales (46) judicieusement réparties sur la longueur de la poutre de manière à la renforcer dans des zones soumises à des contraintes agissant notamment dans un plan sensiblement transversal à la poutre. 9. Poutre pour renforcer la structure d'un aéronef selon l'une quelconque 10 des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (30) d'étanchéité comprennent au moins une cornière en L. 10. Poutre ventrale pour renforcer la structure d'un aéronef réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Structure d'aéronef comprenant au moins une paroi étanche (18) et au 15 moins une poutre (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes.