Brevet FR2955797A1 — publié le 20110805

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour dé-terminer la forme d'un outillage destiné à la fabrication d'une pointe arrière d'un avion, en particulier d'un avion de transport. Elle concerne également une méthode et un système pour réaliser un tel outillage. On sait que, notamment pour obtenir des avions de plus en plus respectueux de l'environnement, ainsi que pour maximiser le nombre de passagers transportés par vol tout en réduisant drastiquement la consommation de fuel, on cherche à diminuer le plus possible la masse des avions. Ces considérations de réduction de masse ont des effets sur la conception structurale 1 o des avions, et ont notamment permis d'aboutir à des structures de résistances équivalentes, voire meilleures, à partir de matériaux plus légers et/ou avec des arrangements structuraux bénéfiques pour la masse. Toutefois, une conséquence négative de ces modifications est l'apparition de déformations structurales de plus en plus importantes sur tous 15 les domaines de vol d'un avion. L'une de ces déformations est celle subie par la pointe arrière de l'avion. Dans le cadre de la présente invention, la pointe arrière représente la partie arrière du fuselage qui supporte habituellement les empennages horizontaux (stabilisateurs horizontaux) et l'empennage vertical (dérive). 20 Il a été constaté que la pointe arrière et les empennages qui s'y trou-vent se déformaient, d'une part, sous l'effet de l'inertie de la structure et des éléments rapportés sur celle-ci (fuel dans l'empennage horizontal, système hydraulique, passagers à l'arrière du fuselage, ...), et d'autre part, sous l'effet des efforts aérodynamiques subis par l'avion au cours du vol (par 25 l'intermédiaire de la portance des empennages notamment). Ces déformations peuvent avoir des conséquences négatives, en particulier sur les performances de l'avion. On sait que les déformations du fuselage de l'avion peuvent notamment engendrer de la traînée, qui est bien entendu pénalisante pour les per- 30 formances. De plus, les évolutions aérodynamiques engendrées par les dé- formations de la pointe arrière ont des conséquences sur l'équilibrage de l'avion et, et à travers cela, sur le niveau global de performances. Un autre aspect à considérer si on désire optimiser la forme de la pointe arrière d'un avion, concerne la prise en compte des systèmes qui sont prévus sur cette dernière. On sait que le plan horizontal d'un avion, qui permet son équilibrage longitudinal, est actionné par des systèmes qui subissent de nombreux cycles au cours de la vie de l'avion. Ainsi, au cours d'un vol, ce plan horizontal est soumis aérodynamiquement à des charges, et les systèmes d'actionnement agissent un certain nombre de fois par vol, et ceci avec un certain niveau de contraintes internes. Ces contraintes sont essentielles quant au dimensionnement des systèmes et des structures internes du plan horizontal et du fuselage. De même, les gouvernes de profondeur, qui sont situées à l'arrière du plan horizontal, sont également soumises à des efforts cycliques. On sait que toute imprécision sur les contraintes subies par les ac- tionneurs peut entraîner une sous-évaluation qui entraîne une usure accélérée des actionneurs. Pour éviter ce problème, il est donc nécessaire d'optimiser au mieux ces contraintes. Un autre aspect à prendre en compte si on désire optimiser la forme de la pointe arrière d'un avion, concerne la charge et la manoeuvrabilité. En particulier, les nouveaux concepts d'avion qui utilisent des turbopropulseurs montés sur la pointe arrière, présentent de nombreux problèmes en terme de charge et de manoeuvrabilité. En effet, dans cette situation, les moteurs non carénés sont sujets à des efforts qui naissent au niveau du plan de l'hélice, en raison de la différence de vitesse qui apparaît entre la pale montante et la pale descendante, lorsqu'elles sont mises en incidence. Cette différence de vitesse, créée par les compositions des mouvements de rotation et de translation, engendre des contraintes élevées au niveau des moyeux, et également des efforts globaux subis par l'avion, qui peuvent soit réduire sa performance globale, soit agir négativement sur sa manoeuvrabilité. La présente invention a pour objet la réalisation d'une pointe arrière d'un avion, qui permet de remédier aux inconvénients précités et qui est opti- misée, notamment, en termes de performance, de charge et/ou de manoeuvrabilité. La présente invention concerne, plus particulièrement, un procédé pour déterminer la forme d'un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière conforme d'un avion, notamment d'un avion de transport. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce que : a) on prévoit des moyens permettant à un opérateur de fournir des objectifs à réaliser par l'avion ; b) on détermine une forme optimisée de la pointe arrière de l'avion permettant de réaliser lesdits objectifs pour un domaine de vol donné ; c) on évalue des charges subies par ladite forme optimisée de la pointe ar- rière de l'avion pour un point de vol donné dudit domaine de vol ; d) on réalise une modélisation de la structure de la pointe arrière de l'avion représentative de ladite forme optimisée de la pointe arrière ; e) à l'aide de ladite modélisation de la structure de la pointe arrière et des charges évaluées à l'étape c), on calcule une déformation de la pointe arrière sous l'effet desdites charges audit point de vol ; f) à l'aide de cette déformation et de la forme optimisée déterminée à l'étape b), on détermine la forme de l'outillage destiné à fabriquer la partie arrière de l'avion, ladite forme de l'outillage étant telle qu'elle permet d'obtenir une pointe arrière correspondant en vol à ladite forme optimisée déterminée à l'étape b) ; et g) on prévoit des moyens permettant de fournir à un opérateur la forme de l'outillage déterminée à l'étape f). Dans le cadre de la présente invention, on entend - par outillage, un ensemble de moules, de bâtis et/ou d'autres moyens usuels, qui sont utilisés pour fabriquer la pointe arrière de l'avion, c'est-à-dire la partie arrière du fuselage de l'avion. Généralement, cet outillage comporte une pluralité de moules, ..., dont chacun est destiné à fabriquer un panneau particulier. Les panneaux ainsi obtenus sont ensuite assemblés pour former ladite pointe arrière ; et - par forme de l'outillage, le design ou le contour externe pris en compte par l'outillage pour réaliser une pointe arrière qui sera conforme à ce contour. Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un outillage présentant une forme optimale. Cette forme de l'outillage est telle que la pointe arrière fabriquée à partir dudit outillage présente en vol, c'est-à-dire suite à des déformations engendrées en vol, une forme correspondant à une forme optimisée. Cette forme optimisée est telle qu'elle permet à l'avion de réaliser, de façon optimale, une pluralité d'objectifs particuliers, précisés ci-dessous, pour un domaine de vol donné. Par conséquent, grâce à l'invention, on détermine la forme d'un outillage qui permet de fabriquer des éléments et des composants (panneaux, ...) de l'avion qui, une fois assemblés, se déforment, en vol, pour atteindre la 15 forme optimisée initialement visée. Ainsi, l'avion ne subit plus la déformation en vol, mais cette déformation est intégrée comme un paramètre dans la fabrication de la pointe arrière de l'avion, ce qui permet de réaliser un design robuste. De façon avantageuse, les objectifs prévus à l'étape a) sont relatifs à 20 au mois l'un des critères suivants : - la performance ; - la charge ; - la manoeuvrabilité ; - lecoût;et 25 - la maintenance. En outre, avantageusement : - à l'étape b), on met en oeuvre une optimisation tenant compte desdits objectifs et de contraintes auxquelles est soumis l'avion ; et/ou - à l'étape c), on évalue au moins certaines des charges suivantes : 30 • des charges provenant de l'inertie ; • des charges provenant de l'aérodynamique ; et • des charges provenant des moteurs ; et/ou - à l'étape f), pour déterminer la forme de l'outillage, on soustrait ladite déformation de ladite forme optimisée de la pointe arrière. La présente invention concerne également une méthode pour réaliser un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière d'un avion. Cette méthode est remarquable en ce que : N on détermine la forme dudit outillage, en mettant en oeuvre le procédé spécifié ci-dessus ; et B/ on fabrique un outillage présentant la forme déterminée à l'étape A. La présente invention concerne également un dispositif pour dé-terminer la forme d'un outillage (comprenant par exemple plusieurs moules) destiné à fabriquer une pointe arrière d'un avion, en particulier d'un avion de transport. Selon l'invention, ledit dispositif comporte : - des moyens permettant à un opérateur de fournir des objectifs à réaliser par l'avion ; - des moyens pour déterminer une forme optimisée de la pointe arrière de l'avion permettant de réaliser lesdits objectifs pour un domaine de vol donné ; - des moyens pour évaluer des charges subies par ladite forme optimisée de la pointe arrière de l'avion pour un point de vol donné dudit domaine de vol ; - des moyens pour réaliser une modélisation de la structure de la pointe arrière de l'avion qui est représentative de ladite forme optimisée de la pointe arrière ; - des moyens pour calculer, à l'aide de ladite modélisation de la structure de la pointe arrière et desdites charges évaluées, une déformation de la pointe arrière sous l'effet desdites charges audit point de vol ; - des moyens pour déterminer, à l'aide de cette déformation et de ladite forme optimisée, la forme de l'outillage destiné à fabriquer la pointe arrière de l'avion, ladite forme de l'outillage étant telle qu'elle permet d'obtenir une pointe arrière correspondant en vol à ladite forme optimisée ; et - des moyens permettant de fournir à un opérateur ladite forme de l'outillage. La présente invention concerne également un système pour réaliser un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière d'un avion, qui est remarquable en ce qu'il comporte : - un dispositif tel que celui spécifié ci-dessus, pour déterminer la forme dudit outillage ; et - des moyens pour fabriquer un outillage présentant cette forme. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. 1 o La figure 1 est le schéma synoptique d'un système conforme à l'invention. La figure 2 montre schématiquement une pointe arrière d'un avion, sur laquelle on a mis en évidence des exemples de déformations, susceptibles d'être prises en compte par la présente invention. 15 Le système 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur la figure 1 est destiné à la fabrication d'un outillage, formé notamment de moules et/ou de bâti, qui est destiné à la fabrication d'une pointe arrière 2 d'un avion AC, en particulier d'un avion de transport, telle que représentée à titre d'exemple sur la figure 2. 20 Cette pointe arrière 2 correspond à la partie arrière du fuselage 3 de l'avion AC. Cette partie arrière supporte les empennages horizontaux 4 et 5 (stabilisateurs horizontaux) et l'empennage vertical 6 (dérive), comme représenté sur la figure 2, sur laquelle est également visible une partie d'aile 7 (qui ne fait pas partie de la pointe arrière 2). 25 Ce système 1 comporte : - un dispositif 10 pour déterminer la forme de l'outillage destiné à fabriquer ladite pointe arrière 2 de l'avion AC ; et - des moyens 8 qui permettent de fabriquer, de façon usuelle, ledit outillage de telle sorte qu'il présente la forme telle que définie par ledit dispositif 1, 30 comme illustré schématiquement par une flèche 9 en traits interrompus sur la figure 1. Dans le cadre de la présente invention, on entend - par outillage, un ensemble de moules, de bâtis et/ou d'autres moyens usuels, qui sont utilisés pour fabriquer la pointe arrière 2 de l'avion AC, c'est-à-dire la partie arrière du fuselage 3 de l'avion AC. Généralement, cet outil- lage comporte une pluralité de moules, ..., dont chacun est destiné à fabriquer un panneau particulier. Les panneaux ainsi obtenus sont ensuite assemblés pour former ladite pointe arrière 2 ; et - par forme de l'outillage, le design ou le contour externe pris en compte par l'outillage pour réaliser une pointe arrière 2 qui est conforme à ce contour. Selon l'invention, ledit dispositif 10 comporte : - des moyens 11, notamment des moyens d'entrée de données, par exemple un clavier et/ou une souris d'ordinateur associés à un écran, qui permettent à un opérateur de fournir des objectifs à réaliser simultanément par l'avion AC. De préférence, ces objectifs sont relatifs à au moins certains des critères sui- vants : • la performance ; • la charge ; • la manoeuvrabilité ; • le coût ; et • la maintenance ; - des moyens 12 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 13 auxdits moyens 11 et qui sont formés de manière à déterminer une forme optimisée de la pointe arrière 2 de l'avion AC permettant de réaliser les objectifs entrés à l'aide desdits moyens 11, pour un domaine de vol donné. On entend par domaine de vol, des plages données de valeurs pour un ensemble de para-mètres (vitesse, altitude, configuration aérodynamique, ...) de l'avion AC ; - des moyens 14 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 15 auxdits moyens 12 et qui sont formés de manière à évaluer des charges subies par ladite forme optimisée de la pointe arrière 2 (reçue des moyens 12) pour un point de vol donné dudit domaine de vol. Ce point de vol correspond à des valeurs particulières des paramètres précités ; - des moyens 16 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 17 auxdits moyens 12 et qui sont formés de manière à réaliser une modélisation de la structure de la pointe arrière 2 de l'avion AC, qui est représentative de ladite forme optimisée de la pointe arrière 2 reçue desdits moyens 12 ; - des moyens 18 qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 19 et 20 respec- tivement auxdits moyens 14 et 16 et qui sont formés de manière : • à calculer, à l'aide de ladite modélisation de la structure de la pointe arrière (reçue des moyens 16) et desdites charges évaluées par les moyens 14, une déformation (globale) de la pointe arrière 2 sous l'effet desdites charges audit point de vol. Sur la figure 2, on a représenté en traits interrompus, différents exemples de déformations localisées Dl à D4 susceptibles d'être engendrées sur la pointe arrière 2. L'ensemble de ces déformations localisées Dl à D4 constitue ladite déformation globale ; et • à déterminer, à l'aide de cette déformation (globale) et de ladite forme optimisée (engendrée par les moyens 12), la forme de l'outillage per- mettant d'obtenir, en vol, une pointe arrière 2 correspondant à ladite forme optimisée ; et - des moyens 21, par exemple des moyens d'impression et/ou d'affichage, qui permettent de fournir à un opérateur la forme de l'outillage déterminée par les moyens 18 et reçus par l'intermédiaire d'une liaison 22. Lesdits moyens 12 mettent en oeuvre une optimisation, de préférence du type à « moindres carrés », en tenant compte des objectifs entrés par un opérateur à l'aide des moyens 11 et de contraintes auxquelles est soumis l'avion AC. Ces contraintes peuvent être déterminées de façon usuelle. En particulier, des contraintes de performance aérodynamique peuvent être dé-terminées à partir d'un moyen de type « Solver CFD type Fluent ». Cette optimisation est réalisée sur un certain domaine de vol, afin d'être représentative des conditions de vol réelles de l'avion AC, et non pas d'une seule situation unique. Lors de cette optimisation, lesdits moyens 12 s'assurent également que les variations de formes autour de la forme optimi- sée ne mènent pas à des évolutions fortes des caractéristiques recherchées sur l'avion AC, pour éviter d'obtenir un comportement peu robuste. Par ailleurs, les différentes charges à prendre en compte par les moyens 14 peuvent concerner celles provenant de l'inertie (effet massique tel que le poids de la structure, la répartition des masses commerciales, le fuel, les systèmes embarqués, ...), de l'aérodynamique (répartition de portance, de traînée, ...), et des moteurs {en cas de moteurs en pointe, des efforts seront transmis à la structure par l'intermédiaire des parties travaillantes (mâts, attaches, ...)}. ~o Lesdits moyens 14 évaluent donc une pluralité de charges susceptibles d'être appliquées sur la forme optimisée reçue des moyens 12, et ceci de préférence : - pour les charges aérodynamiques, à l'aide d'un moyen de type « Solver CFD type Fluent » ; 15 - pour les charges provenant des moteurs, à l'aide de moyens expérimentaux en soufflerie ; et - pour les charges inertielles, à l'aide de moyens de type « CAO CATIA ». En outre, lesdits moyens 16 créent un modèle structural de la pointe arrière 2, permettant de calculer la déformation de cet ensemble sous l'effet 20 des charges précitées. Par ailleurs, lesdits moyens 18 qui disposent des efforts ou contraintes s'appliquant sur la forme optimisée et du modèle structural de la pointe arrière 2, reçu des moyens 16, déterminent avec précision la déformation du fuselage et du plan au point de vol considéré. Cela permet ensuite, par sous- 25 traction, de définir la forme à fabriquer pour retomber, sous l'effet de contraintes, sur la forme optimisée déterminée par les moyens 12. Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention permet d'obtenir un outillage présentant une forme optimale. Cette forme de l'outillage est telle que la pointe arrière 2 fabriquée à partir dudit outillage présente en vol, c'est-à-dire 30 suite à des déformations dues au vol, une forme correspondant à une forme optimisée. Cette forme optimisée est telle qu'elle permet à l'avion AC de réali- ser, de façon optimale, une pluralité d'objectifs particuliers, pour un domaine de vol donné. Par conséquent, grâce à l'invention, on détermine la forme d'un outillage qui permet de fabriquer des éléments et des composants (panneaux, ...) de l'avion AC, qui une fois assemblés, se déforment, en vol, pour atteindre la forme optimisée initialement visée. Ainsi, l'avion AC ne subit plus la déformation en vol, mais cette déformation est intégrée comme un paramètre dans la fabrication de la pointe arrière 2 de l'avion AC, ce qui permet de réaliser un design robuste. REVENDICATIONS1. Procédé pour déterminer la forme d'un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière (2) conforme d'un avion (AC), caractérisé en ce que : a) on prévoit des moyens (11) permettant à un opérateur de fournir des objectifs à réaliser par l'avion (AC) ; b) on détermine une forme optimisée de la pointe arrière (2) de l'avion (AC) permettant de réaliser lesdits objectifs pour un domaine de vol donné ; c) on évalue des charges subies par ladite forme optimisée de la pointe ar- rière (2) de l'avion (AC) pour un point de vol donné dudit domaine de vol ; d) on réalise une modélisation de la structure de la pointe arrière (2) de l'avion (AC), représentative de ladite forme optimisée de la pointe arrière (2) ; e) à l'aide de ladite modélisation de la structure de la pointe arrière (2) et des charges évaluées à l'étape c), on calcule une déformation de la pointe ar- 15 rière (2) sous l'effet desdites charges audit point de vol ; f) à l'aide de cette déformation et de la forme optimisée déterminée à l'étape b), on détermine la forme de l'outillage destiné à fabriquer la partie arrière (2) de l'avion (AC), ladite forme de l'outillage étant telle qu'elle permet d'obtenir une pointe arrière (2) correspondant en vol à ladite forme optimi- 20 sée déterminée à l'étape b) ; et g) on prévoit des moyens (21) permettant de fournir à un opérateur la forme de l'outillage déterminée à l'étape f). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les objectifs prévus à l'étape a) sont relatifs à au mois 25 l'un des critères suivants : - la performance ; - la charge ; - la manoeuvrabilité ; - lecoût;et 30 - la maintenance. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape b), on met en oeuvre une optimisation tenant compte desdits objectifs et de contraintes auxquelles est soumis l'avion (AC). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on évalue au moins certaines des charges suivantes : - des charges provenant de l'inertie ; - des charges provenant de l'aérodynamique ; et - des charges provenant des moteurs. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape f), pour déterminer la forme de l'outillage, on soustrait ladite déformation de ladite forme optimisée de la pointe arrière (2). 6. Méthode pour réaliser un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière d'un avion, caractérisée en ce que : N on détermine la forme dudit outillage, en mettant en oeuvre le procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 5 ; et B/ on fabrique un outillage présentant la forme déterminée à l'étape A. 7. Dispositif pour déterminer la forme d'un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière (2) conforme d'un avion (AC), caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens (11) permettant à un opérateur de fournir des objectifs à réaliser par l'avion (AC) ; - des moyens (12) pour déterminer une forme optimisée de la pointe arrière (2) de l'avion (AC) permettant de réaliser lesdits objectifs pour un domaine de vol donné ; - des moyens (14) pour évaluer des charges subies par ladite forme optimisée de la pointe arrière (2) de l'avion (AC) pour un point de vol donné dudit domaine de vol ; - des moyens (16) pour réaliser une modélisation de la structure de la pointe arrière (2) de l'avion (AC), qui est représentative de ladite forme optimisée de la pointe arrière ; - des moyens (18) pour calculer, à l'aide de ladite modélisation de la structure de la pointe arrière (2) et desdites charges évaluées, une déformation de la pointe arrière (2) sous l'effet desdites charges audit point de vol ; - des moyens (18) pour déterminer, à l'aide de cette déformation et de ladite forme optimisée, la forme de l'outillage destiné à fabriquer la pointe arrière (2) de l'avion (AC), ladite forme de l'outillage étant telle qu'elle permet d'obtenir une pointe arrière (2) correspondant en vol à ladite forme optimisée ; et - des moyens (21) permettant de fournir à un opérateur ladite forme de l'outillage. 8. Système pour réaliser un outillage destiné à fabriquer une pointe arrière d'un avion, caractérisé en ce qu'il comporte : - un dispositif (1) tel que celui spécifié sous la revendication 7, pour déterminer la forme dudit outillage ; et - des moyens (8) pour fabriquer un outillage présentant cette forme.