Brevet FR2920042A1 — publié le 20090220

COMPOSANT STRUCTUREL ABSORBANT LES IMPULSIONS La présente invention concerne un composant structurel absorbant les impulsions, en particulier pour 5 un aéronef. On connaît d'après le document DE 101 29 576 Al, un élément structurel avec une couche absorbant l'énergie insérée entre deux couches de recouvrement, pour lequel au moins une couche de recouvrement porte les charges. La 10 couche absorbant l'énergie est reliée aux couches de recouvrement uniquement aux bords. La couche absorbant l'énergie est réalisée de manière plane et présente un allongement à la rupture plus élevé que les couches de recouvrement. Il est désavantageux sur cet ensemble que 15 celui-ci peut en effet absorber des impulsions, qu'il faut compter toutefois sur un poids plus élevé pour une résistance identique ou sur une résistance réduite pour un poids identique. En particulier, il faut compter sur un effet d'entaille pour ces couches de recouvrement à 20 cause de l'interruption de la couche absorbant l'énergie entre celles-ci en cas de charge. Comme couche absorbant l'énergie est utilisé un tissu d'Aramide sec ou pauvre en résine ou du PBO qui est relié à une coque porteuse de charges. Par là-même, des forces de traction ne peuvent 25 pas être transmises transversalement au plan du composant de sorte que ce composant est mis en danger lors de certaines charges de service. En outre, les deux couches de recouvrement peuvent également se voûter lors de l'apparition de forces de compression dans le plan des 30 coques de recouvrement. Le document DE 10 2004 029 485 B1 divulgue un composant structurel absorbant les impulsions d'un aéronef avec deux couches de recouvrement et une couche intermédiaire disposée entre celles-ci, le matériau de la couche intermédiaire étant choisi de telle sorte que celle-ci présente un allongement à la rupture plus élevé que celui des deux couches de recouvrement. La couche intermédiaire s'étend en alternance entre les couches de recouvrement de telle sorte que lors de l'impact d'un élément de masse, il se forme un sac collecteur avec lequel l'énergie cinétique de l'élément de masse est maîtrisée. Ce composant présente l'inconvénient d'être de fabrication coûteuse. Il est ressorti en outre d'essais que la fiabilité de fonctionnement du sac collecteur est partiellement restreinte, étant donné qu'il se produit dans un cas particulier des fissures dans le sac collecteur. La présente invention a par conséquent pour objectif de créer un composant structurel absorbant les impulsions, qui peut être fabriqué de manière peu coûteuse, et dont la fiabilité de fonctionnement peut être garantie très certainement. Cet objectif est atteint par l'objet de la revendication 1. Des réalisations avantageuses font l'objet des sous-revendications. Le composant selon l'invention présente une couche absorbant les impulsions tridimensionnelle qui présente un modèle régulier de saillies et de cavités. Une couche de recouvrement est appliquée sur les saillies de la couche absorbant l'énergie. Les zones restantes de la couche absorbant les impulsions sont décollées de la couche de recouvrement. Le matériau de la couche absorbant les impulsions présente un allongement à la rupture plus élevé que la couche de recouvrement. Lors del'impact d'un élément de masse sur la couche de recouvrement, il se forme dans la couche absorbant les impulsions un sac collecteur avec lequel l'énergie cinétique de l'élément de masse est maîtrisée. Selon l'invention, le composant structurel présente, vu en direction du déploiement du sac collecteur, derrière la couche absorbant les impulsions une structure ouverte de telle sorte que le sac collecteur peut se former sans interaction avec des éléments du composant structurel. Un endommagement du sac collecteur est ainsi exclu de sorte que sa fiabilité de fonctionnement n'est pas restreinte. La couche de recouvrement sert avant tout à recevoir et à transmettre les charges de service et à garantir la rigidité de forme du composant et présente par conséquent une résistance plus élevée que la couche absorbant les impulsions. La couche absorbant les impulsions contribue aussi toutefois par sa conception de façon importante à la rigidité du composant. Pour obtenir une rigidité suffisante de la structure, l'épaisseur de la couche de recouvrement peut être choisie en particulier entre 3 et 5 mm. La couche de recouvrement se compose avantageusement d'une matière synthétique renforcée par des fibres de carbone (CFK), de résistance élevée. Le matériau fibreux peut se présenter aussi bien de manière unidirectionnelle ou sous forme de tissu ou de tricot. La couche absorbant les impulsions se compose avantageusement d'une matière synthétique renforcée par des fibres de verre (GFK), à allongement à la rupture élevé. Le matériau fibreux se présente avantageusement sous la forme de tissus ou de tricots. L'épaisseur de la couche absorbant les impulsions est de préférence choisie dans la plage comprise entre 0,5 et 1 mm. Des résines époxy et des matières thermoplastiques conviennent en particulier comme matériaux de matrice pour les couches citées, comme également pour toutes les autres couches renforcées par des fibres décrites dans cette demande de brevet. Dans une réalisation particulièrement avantageuse, une autre couche de forme identique est appliquée sur la couche absorbant les impulsions. En d'autres termes : il apparaît par là-même une couche globale tridimensionnelle, présentant des saillies et des cavités, qui se compose de deux couches partielles, à savoir de la couche absorbant les impulsions et de l'autre couche, l'autre couche présentant un allongement à la rupture plus faible que la couche absorbant les impulsions. L'autre couche est ainsi disposée entre la couche de recouvrement et la couche absorbant les impulsions. Elle sert en particulier à augmenter la rigidité du composant et peut correspondre à la couche de recouvrement en ce qui concerne les matériaux utilisés et leur allongement à la rupture. L'autre couche présente de préférence une épaisseur de couche comprise entre 0,5 et 1,5 mm. Elle se compose en particulier d'une matière synthétique renforcée par des fibres de carbone (CFK), de résistance élevée. Le matériau fibreux peut se présenter de manière unidirectionnelle ou multidirectionnelle sous la forme de tissu ou de tricot. La couche absorbant les impulsions peut présenter, dans une telle réalisation, les mêmes propriétés que dans la réalisation décrite ci-dessus sans autre couche, c'est-à-dire qu'elle présente en particulier une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm et se compose avantageusement d'une matière synthétique renforcée par des fibres de verre (GFK), à l'allongement à la rupture élevé, le matériau fibreux se présentant avant tout sous la forme de tissus ou de tricots. La couche absorbant les impulsions et éventuellement l'autre couche disposée dessus peuvent être réalisées en particulier de manière ondulée, les sommets et les creux d'ondulation individuels pouvant également être réalisés, outre de forme arrondie (par exemple semi-circulaire, sinusoïdale), de forme triangulaire ou trapézoïdale. Dans d'autres réalisations, la couche absorbant les impulsions est réalisée en forme de nopes ou d'emballage à veuf. Le composant structurel selon l'invention permet d'éviter de détériorer les éléments essentiels au fonctionnement d'aéronefs, de véhicules routiers ou de bateaux ou d'appareillage, de machines, d'installations et de parties de bâtiments suite à la transmission d'impulsions dues à l'impact d'oiseau, au coup de bélier ou aux ondes de pression hydrodynamiques, en particulier dues à des explosions. Par la suite, l'invention est expliquée en détail au moyen d'exemples de réalisation concrets en référence aux 25 figures sur lesquelles on peut voir que : la figure 1 représente en perspective un mode de réalisation du composant structurel absorbant les impulsions selon l'invention dans l'état non déformé, qui est réalisé comme un composant plan ; la couche absorbant 30 les impulsions est réalisée selon une forme ondulée avec une section d'onde en forme de trapèze ; la figure 2 représente une autre réalisation du composant structurel selon l'invention en représentation en coupe dans l'état non déformé, c'est-à-dire avant l'impact d'un élément de masse sur le composant structurel ; la couche absorbant les impulsions est réalisée de manière ondulée avec une section d'onde arrondie ; la figure 3 représente le composant structurel selon la figure 2 dans une représentation en coupe après l'impact de l'élément de masse sur le composant structurel ; la figure 4 représente en coupe schématique un détail d'un autre mode de réalisation d'un composant structurel plan dans l'état non déformé, pour lequel la couche absorbant les impulsions est réalisée de manière ondulée avec une section d'onde triangulaire ; la figure 5 représente en coupe schématique un détail d'un autre mode de réalisation d'un composant structurel plan dans l'état non déformé, pour lequel la couche absorbant les impulsions est réalisée en forme de nopes ; la figure 6 représente en perspective schématique un détail d'un autre mode de réalisation d'un composant structurel plan dans l'état non déformé, pour lequel la couche absorbant les impulsions est réalisée en forme d'emballage à oeuf ; la figure 7 représente une structure en fils métalliques en perspective d'un autre mode de réalisation du composant structurel selon l'invention, qui est utilisé ici comme une partie de coque avant d'une aile d'avion et est réalisé ainsi comme un composant courbé ; et la figure 8 représente en coupe schématique un détail d'un autre mode de réalisation du composant structurel selon l'invention sous la forme non déformée, pour laquelle une couche supplémentaire est disposée sur la couche absorbant les impulsions. Le composant structurel 1 selon l'invention est formé, comme il ressort par exemple de la figure 1, d'une couche de recouvrement 2 en CFK et d'une couche 4 absorbant les impulsions, disposée dessus, en GFK. La couche 4 absorbant les impulsions est réalisée en trois dimensions sous la forme d'une onde plane continue, les sommets et les creux d'ondulation individuels présentant une section en trapèze. La fixation entre la couche de recouvrement 2 et la couche 4 absorbant les impulsions est effectuée sur le côté de trapèze tourné vers la couche de recouvrement au moyen de colle. Le collage peut déjà être effectué lors de la fabrication des deux couches 2, 4, et ce, avant le durcissement du matériau de matrice. Le matériau de la couche 4 absorbant les impulsions est choisi de telle sorte que celle-ci présente un allongement à la rupture supérieur à celui de la couche de recouvrement 2. La couche de recouvrement 2 est tournée vers le côté sur lequel l'impact d'un élément de masse doit être attendu. La couche 4 absorbant les impulsions forme la terminaison arrière du composant structurel 1 de sorte que le sac collecteur se formant lors de l'impact d'un élément de masse puisse se réaliser et se déployer sans être gêné par d'autres éléments structurels. Il n'y a ainsi aucun risque que le sac collecteur soit endommagé par la collision avec d'autres éléments structurels. Différentes manières de concevoir la couche 4 absorbant les impulsions sont représentées sur les figures 2, 4, 5 et 6. Dans une première variante, la couche 4 absorbant les impulsions peut être formée selon une forme ondulée (figures 2 à 4). Les sections des ondes individuelles peuvent être arrondies (figures 2, 3) ou triangulaires (figure 4). Dans d'autres modes de réalisation, la couche absorbant les impulsions peut également présenter des saillies (figure 5) en forme de nopes, réparties régulièrement sur toute la surface ou être réalisée comme un emballage à veuf (figure 6). La forme de la couche 4 absorbant les impulsions ainsi que son allongement à la rupture par rapport à la couche de recouvrement 2 permettent d'augmenter la ligne de retard dans le cas de l'action d'un élément de masse M sur le composant structurel. En même temps on obtient qu'en fonctionnement normal, le composant structurel ou la couche 4 absorbant les impulsions peut transmettre des forces de poussée venant des charges de service. L'élément de masse M est généralement une structure spatiale qui se déplace lors de l'impact à une vitesse relative non négligeable par rapport au composant structurel 1. L'élément de masse M peut être une partie ou un élément de corps solide avec une structure ou une forme fixe ou indéterminée. En outre, l'élément de masse peut également être une quantité d'un fluide, donc d'un gaz ou d'un liquide. Lors de l'application du composant selon l'invention pour un avion, il peut s'agir pour le fluide par exemple d'un oiseau, d'un projectile, d'un combustible tel que du kérosène ou de fluide hydraulique. Le combustible peut agir sur le composant structurel depuis l'extérieur ou l'intérieur de la structure de l'avion. Ce peut être le cas par exemple si du kérosène exerce à l'intérieur d'un réservoir de kérosène en raison du mouvement de l'avion, une impulsion sur la structure absorbant les impulsions qui peut être la paroi du réservoir. Le composant structurel 1 selon l'invention peut présenter en outre d'autres éléments ou constituants tels que des nervures de renfort ou des raidisseurs (voir figure 7). Le fonctionnement du composant structurel 1 selon l'invention est décrit par la suite lors de l'arrivée d'un élément de masse M au moyen des figures 2 et 3 : il est supposé que l'élément de masse M se déplace dans une direction de déplacement 10 vers le composant structurel 1 selon l'invention (figure 2). L'allongement à la rupture de la couche de recouvrement 2 qui est tournée vers l'élément de masse M s'approchant, est plus faible que l'allongement à la rupture de la couche 4 absorbant les impulsions. Lors de l'impact de l'élément de masse M, l'allongement à la rupture de la couche de recouvrement 2 est dépassé et ainsi une partie de l'énergie cinétique de l'élément de masse M est maîtrisée. Pour une impulsion maximale supposée de l'élément de masse M, la couche de recouvrement 2 est conçue de sorte à être percée. De par la défaillance de la couche de recouvrement 2, une ouverture 11 se réalise (figure 3). Par là-même, l'élément de masse M agit sur la couche 4 absorbant les impulsions. En raison de la forme et de l'allongement à la rupture plus élevé de la couche 4 absorbant les impulsions, celle-ci est comprimée élastiquement sans toutefois se rompre. La liaison entre la couche de recouvrement 2 et la couche 4 absorbant les impulsions peut être contrôlée de sorte qu'un sac collecteur 12 se forme. Par la libération progressive d'un nombre de plus en plus grand de liaisons entre la couche de recouvrement 2 et la couche 4 absorbant les impulsions, le sac collecteur 12 s'élargit de plus en plus et l'énergie cinétique est maîtrisée progressivement. Pour une impulsion maximale prescrite, les constituants du composant structurel, donc la couche de recouvrement et la couche 4 absorbant les impulsions, sont conçus dans leur forme et dans leur allongement à la rupture de sorte que l'énergie cinétique de l'élément de masse M soit complètement maîtrisée ou au moins maîtrisée à une telle valeur que le dommage ne dépasse pas une valeur prédéterminée pour des zones ou des installations se trouvant derrière la structure. Dans une autre réalisation selon la figure 8, une autre couche 5 est présente, laquelle est appliquée sur la couche 4 absorbant les impulsions (et ce sur son côté tourné vers la couche de recouvrement 2) et présente ainsi la même forme que celle-ci. Cette autre couche 5 correspond en ce qui concerne les matériaux utilisés et leur allongement à la rupture et résistance, essentiellement à la couche de recouvrement 2. Elle sert en particulier à augmenter encore la rigidité du composant sans nuire à la fonction de la couche absorbant les impulsions. Elle se compose avantageusement de CFK à cette fin. L'épaisseur de la couche de recouvrement 2 peut être choisie dans cette réalisation, plus faible (1 à 2 mm) que dans la réalisation décrite ci-dessus (3 à 4 mm), dans laquelle cette autre couche 5 n'est pas présente. Toutes les réalisations représentées sur les figures 1 à 7 qui se rapportent aux réalisations sans l'autre couche 5, peuvent également être modifiées de telle sorte que la couche 4 non plane, tridimensionnelle représentée soit réalisée à deux couches, c'est-à-dire se composant d'une couche absorbant les impulsions avec un allongement à la rupture élevé en GFK comme décrit plus haut et de l'autre couche à l'allongement à la rupture plus faible de préférence en CFK. REVENDICATIONS 1. Composant structurel (1) absorbant les impulsions avec - une couche (4) absorbant les impulsions, - une couche de recouvrement (2) montée sur la couche absorbant les impulsions, le matériau de la couche (4) absorbant les impulsions présentant un allongement à la rupture plus élevé que la couche de recouvrement (2), et la couche (4) absorbant les impulsions présentant un modèle régulier de saillies et de cavités de sorte que lorsqu'un élément de masse (M) atteint la couche de recouvrement (2), il se forme dans la couche (4) absorbant les impulsions un sac collecteur (12) avec lequel l'énergie cinétique de l'élément de masse (M) est maîtrisée, le composant structurel (1) présentant, vu en direction du déploiement du sac collecteur (12), derrière la couche (4) absorbant les impulsions, une structure ouverte de telle sorte que le sac collecteur (12) peut se former sans autre interaction avec le composant structurel (1). 2. Composant structurel (1) d'un aéronef absorbant les impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de recouvrement (2) présente une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm. 3. Composant structurel (1) absorbant les impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une autre couche (5) de forme identique mais à l'allongement à la rupture plus faible est disposée sur la couche (4) absorbant les impulsions. 4. Composant structurel (1) absorbant les impulsions selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre couche (5) est disposée entre la couche de recouvrement (2) et la couche (4) absorbant les impulsions. 5. Composant structurel (1) absorbant les impulsions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (4) absorbant les impulsions se compose d'une matière synthétique renforcée par des fibres de verre. 6. Composant structurel (1) absorbant les impulsions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres de la couche (4) absorbant les impulsions se présentent comme un tricot ou un tissu. 7. Composant structurel (1) absorbant les impulsions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de recouvrement (2) et/ou l'autre couche (5) se compose d'une matière synthétique renforcée par des fibres de carbone. 8. Composant structurel (1) absorbant les impulsions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (4) absorbant les impulsions est réalisée selon une forme ondulée avec une section d'ondes en forme de trapèze.