Brevet FR2960178A1 — publié le 20111125

PROCEDE DE DEPOSE DE FIBRES POUR L'OBTENTION D'UNE STRUCTURE RAIDIE ET STRUCTURE AINSI OBTENUE La présente invention se rapporte à un procédé de dépose de fibres pour l'obtention d'une structure raidie ainsi qu'à une structure raidie obtenue à partir du procédé. Une structure raidie comprend généralement d'une part un panneau et d'autre 5 part un réseau de raidisseurs rapportés et solidarisés au niveau d'au moins une des faces du panneau. Un aéronef comprend de nombreuses structures raidies, ces dernières étant notamment utilisées pour former le fuselage. Ainsi, on connaît les structures raidies comportant une première série de 10 raidisseurs orientés selon une première direction, par exemple la direction longitudinale de l'aéronef, et une seconde série de raidisseurs orientés selon une seconde direction perpendiculaire à la première. Dans ce cas, la zone délimitée par les raidisseurs appelée également poche a une forme carrée ou rectangulaire. Pour réduire la masse embarquée, on tend à réaliser ces structures raidies en 15 matériau composite. A titre d'exemple, le document FR-2.901.240 décrit une telle structure. On connaît également des structures raidies comportant trois séries de raidisseurs orientés selon des directions à 60°. Ces structures possèdent un comportement isotrope ce qui leur confère des caractéristiques mécaniques 20 recherchées. Ainsi, la demande de brevet FR-2009/0056286 propose un procédé de dimensionnement par méthode analytique de telles structures. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1A, la structure comprend des nceuds au niveau desquels trois raidisseurs de différentes directions se croisent. Dans ce cas, toutes les poches ont une forme de triangle isocèle. Cette structure est également connue sous le nom de « Isogrid ». Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 2A, la structure comprend des nceuds au niveau desquels seulement deux raidisseurs de directions différentes se croisent. Dans ce cas, la structure comprend des poches triangulaires et d'autres hexagonales. Elle est connue sous le nom de « Anisogrid ». La structure de type « Isogrid » offre de meilleures caractéristiques mécaniques notamment en matière de flambage, les poches de formes hexagonales d'une structure de type « Anisogrid » procurant une moins bonne stabilité et ayant tendance à réduire la résistance au flambage de la structure. Les structures dites « Isogrid » ou « Anisogrid » métalliques sont utilisées dans la réalisation d'un aéronef. Comme pour les structures avec des poches rectangulaires ou carrées, on souhaite réaliser des structures dites « Isogrid » ou « Anisogrid avec des matériaux composites. Selon un mode opératoire, chaque raidisseur est obtenu par la superposition de différentes couches d'éléments longilignes comme par exemple des fibres. Dans le cas d'une structure « Isogrid », la superposition des couches d'éléments longilignes pour chaque raidisseur provoque au niveau des nceuds la superposition de trois éléments longilignes pour chaque couche prévue au niveau de chaque raidisseur, comme illustré sur la figure 1B. Ainsi, on obtient un facteur de superposition de trois pour chaque couche d'éléments longilignes au niveau des raidisseurs. Dans ce cas, la dépose de deux couches au niveau de chaque raidisseur conduit à une superposition de six éléments longilignes au niveau du noeud. La hauteur des raidisseurs au niveau des nceuds étant sensiblement identique à la hauteur des raidisseurs en dehors des nceuds cela conduit à obtenir pour chaque raidisseur une section avec un taux de remplissage en éléments longilignes réduit en dehors des nceuds ce qui restreint les caractéristiques mécaniques des raidisseurs et donc de la structure. bans le cas d'une structure « Anisogrid », la superposition des couches d'éléments longilignes pour chaque raidisseur provoque au niveau des nceuds la superposition de deux éléments longilignes pour chaque couche prévue au niveau de chaque raidisseur. Ainsi, on obtient un facteur de superposition de deux pour chaque couche d'éléments longilignes au niveau des raidisseurs. Par conséquent, bien qu'un panneau « Anisogrid » ait des caractéristiques mécaniques moindres que celles d'un panneau « Isogrid » avec un taux de remplissage équivalent, on privilégie ce type de structure lorsqu'elle est réalisée en matériau composite en raison notamment de son facteur de superposition plus faible (deux au lieu de trois) qui permet d'obtenir des raidisseurs avec de meilleures caractéristiques mécaniques en raison d'un plus important taux de remplissage en éléments fibreux. La présente invention propose une alternative aux solutions existantes qui tend à réduire le facteur de superposition au niveau des nceuds d'un réseau de raidisseurs, notamment d'une structure de type « Isogrid ». A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs pour l'obtention d'une structure raidie comportant au moins deux séries de raidisseurs disposés selon au moins deux directions distinctes, avec des zones de croisement au niveau de chacune desquelles se croisent au moins deux raidisseurs, ledit procédé comprenant au moins une étape consistant à déposer pour chaque raidisseur des éléments longilignes selon la direction dudit raidisseur, caractérisé en ce que les éléments longilignes des raidisseurs orientés selon des directions différentes se croisant en un point de concours sont déposés de telle sorte que les éléments longilignes de chaque raidisseur sont écartés du point de concours au niveau de la zone de croisement d'un premier côté du point de concours ou de l'autre côté du point de concours de manière alternée. Cette solution permet de réduire le facteur de superposition au niveau des zones de croisement et d'obtenir ainsi en dehors de ces zones un taux de remplissage élevé. 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 1A est une vue en perspective d'une structure raidie de type « Isogrid », - la figure 1B est un schéma illustrant la superposition de trois éléments longilignes au niveau d'un nceud d'une structure de type « Isogrid selon l'art antérieur, - la figure 2A est une vue en perspective d'une structure raidie de type «Anisogrid », - la figure 2B est un schéma illustrant la superposition des éléments longilignes pour une structure raidie de type « Anisogrid », - les figures 3 à 9 sont des schémas illustrant les différentes étapes de dépose d'éléments longilignes au niveau d'un nceud pour obtenir une structure de type « Isogrid » selon l'invention, et - la figure 10 est une vue illustrant en détails un nceud d'une structure de type « Isogrid » obtenu selon l'invention. L'invention se rapporte à un procédé de dépose d'éléments longilignes afin d'obtenir un réseau de raidisseurs rapportés et solidarisés au niveau d'au moins une des faces d'un panneau de manière à former une structure raidie. Le panneau et le mode d'assemblage de ce dernier avec les raidisseurs ne sont pas décrits car ils sont connus de l'homme de l'art et ne constituent pas les éléments essentiels de l'invention qui traite plus particulièrement de la dépose d'éléments longilignes en vue d'obtenir un réseau de raidisseurs. Chaque raidisseur est disposé de préférence sensiblement perpendiculaire au panneau et a une section rectangulaire. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 1A, la structure comprend trois séries de raidisseurs 10.1, 10.2, 10.3, chaque série comportant des raidisseurs parallèles entre eux et espacés selon un pas de préférence régulier, les raidisseurs de la première série étant orientés selon une première direction 12.1, les raidisseurs de la deuxième série étant orientés selon une deuxième direction 12.2 et les raidisseurs de la troisième série étant orientés selon une troisième direction 12.3. Les première, deuxième, troisième directions forment entre elles un angle de 60° par exemple. L'invention se rapporte plus particulièrement à une structure de type « Isogrid ». Par conséquent, la structure comprend des noeuds 14 au niveau de chacun desquels trois raidisseurs se croisent. Chaque raidisseur comprend des éléments longilignes noyés dans une matrice en résine. Chaque raidisseur est obtenu par la dépose successive de couches d'éléments longilignes, une couche comportant au moins un élément longiligne. Pour la suite de la description, on entend par éléments longilignes, un élément qui a une section dont la plus grande dimension est nettement inférieure à sa longueur. Ainsi, la section peut avoir différentes formes. Dans le cas d'une section sensiblement ronde, l'élément longiligne peut être une fibre par exemple. Dans le cas d'une section rectangulaire, l'élément longiligne peut être une bandelette. De plus, selon l'invention, un élément longiligne peut comprendre un seul élément distinct ou plusieurs éléments distincts accolés, déposés en même temps. Selon les applications et en fonction des caractéristiques recherchées, l'élément longiligne est en un matériau adapté. Ainsi, l'invention n'est pas limitée à un type de matériau. Après la dépose, les éléments longilignes peuvent être noyés dans une matrice en résine polymérisée. Toutefois, d'autres modes de réalisation pourraient être envisagés. Cette phase n'est pas plus détaillée car elle est maitrisée par l'homme du métier. Sur les figures 3 à 10, on a décrit l'invention appliquée à un seul nceud. Bien entendu, le procédé de dépose peut s'appliquer à tous les noeuds. Sur la figure 3, on a représenté un dispositif permettant la dépose des éléments longilignes pour la réalisation du réseau de raidisseurs. Selon l'invention, ce dispositif comprend une surface de référence qui peut être le panneau à raidir (correspondant au plan de la feuille sur la figure 3) et au niveau d'un nceud 14 un pion central 16 ayant une hauteur au-dessus de la surface de référence au moins égale à la hauteur du raidisseur à réaliser et pour chaque raidisseur des guide-fils permettant d'orienter les éléments longilignes selon la direction désirée de part et d'autre du pion central 16. De préférence, pour chaque raidisseur, le dispositif comprend un premier guide-f il et un second guide-fil diamétralement opposé par rapport au pion central 16. Comme illustré sur la figure 3, pour obtenir un raidisseur 10.1 de la première série, le dispositif comprend un premier guide-fil 18.1 et un second guide-fil 20.1 diamétralement opposés. Pour obtenir un raidisseur 10.2 de la deuxième série, le dispositif comprend un premier guide-fil 18.2 et un second guide-fil 20.2 diamétralement opposé. Pour obtenir un raidisseur 10.3 de la troisième série, le dispositif comprend un premier guide-fil 18.3 et un second guide-fil 20.3 diamétralement opposé. Selon un mode de réalisation, chaque guide-fil comprend deux pions espacés d'une distance adaptée à la largeur souhaitée du raidisseur entre lesquels passent les éléments longilignes. Sur la figure 4, on a illustré la dépose d'un premier élément longiligne 22.1 orienté selon une première direction 12.1 en vue d'obtenir un raidisseur 10.1 de la première série. Au niveau du nceud, le premier élément longiligne 22.1 contourne le pion central 16 de manière à s'écarter du point de concours A des différentes directions 12.1 à 12.3. Avantageusement, le premier élément longiligne 22.1 est guidé par les guide-fils 18.1 et 20.1 en amont et en aval du pion central 16 de manière à être correctement orienté selon la première direction 12.1 de part et d'autre du pion central 16. En suivant, comme illustré sur la figure 5, on dépose un deuxième élément longiligne 24.1 orienté selon une deuxième direction 12.2 en vue d'obtenir un raidisseur 10.2 de la deuxième série. Au niveau du nceud, le deuxième élément longiligne 24.1 contourne le pion central 16 de manière à s'écarter du point de concours A. Avantageusement, le deuxième élément longiligne 24.1 est guidé par les guide-fils 18.2 et 20.2 en amont et en aval du pion central 16 de manière à être correctement orienté selon la deuxième direction 12.2 de part et d'autre du pion central 16. En suivant, comme illustré sur la figure 6, on dépose un troisième élément longiligne 26.1 orienté selon une troisième direction 12.3 en vue d'obtenir un raidisseur 10.3 de la troisième série. Au niveau du nceud, le troisième élément longiligne 26.1 contourne le pion central 16 de manière à s'écarter du point de concours A. Avantageusement, le troisième élément longiligne 26.1 est guidé par les guide-fils 18.3 et 20.3 en amont et en aval du pion central 16 de manière à être correctement orienté selon la troisième direction 12.3 de part et d'autre du pion central 16. En suivant, comme illustré sur la figure 7, on dépose un quatrième élément longiligne 22.2 superposé au premier élément 22.1 orienté selon la première direction 12.1 pour obtenir un raidisseur 10.1 de la première série. Au niveau du nceud, le quatrième élément 22.2 contourne le pion central 16 de manière à s'écarter du point de concours A à l'opposé du premier élément longiligne 22.1. Comme pour le premier élément longiligne 22.1, le quatrième élément longiligne est guidé par les guide-fils 18.1 et 20.1. En suivant, comme illustré sur la figure 8, on dépose un cinquième élément longiligne 24.2 superposé au second élément 24.1 orienté selon la deuxième direction 12.2 pour obtenir un raidisseur 10.2 de la deuxième série. Au niveau du nceud, le cinquième élément 24.2 contourne le pion central 16 de manière à s'écarter du point de concours A à l'oppose du deuxième élément longiligne 24.1. Comme pour le deuxième élément longiligne 24.1, le cinquième élément longiligne 24.2 est guidé par les guide-fils 18.2 et 20.2. En suivant, comme illustré sur la figure 9, on dépose un sixième élément longiligne 26.2 superposé au troisième élément 26.1 orienté selon la troisième direction 12.3 pour obtenir un raidisseur 10.3 de la troisième série. Au niveau du nceud, le sixième élément 26.2 contourne le pion central 16 de manière à s'écarter du point de concours A à l'opposé du troisième élément longiligne 26.1. Comme pour le troisième élément longiligne 26.1, le sixième élément longiligne 26.2 est guidé par les guide-fils 18.3 et 20.3. Selon ce mode opératoire, on constate que pour deux couches d'éléments longilignes 22.1 et 22.2 ou 24.1 et 24.2 ou 26.1 et 26.2 au niveau des raidisseurs en dehors de la zone du nceud, la zone du nceud comprend douze superpositions 28.1 à 28.12 de deux éléments longilignes réparties autour du pion central, lesdites superpositions étant décalées dans le plan de dépose, parallèle au panneau, comme illustré sur la figure 10. Ainsi selon l'invention, on obtient un facteur de superposition de 2 pour deux couches, soit un facteur de superposition de 1 pour une couche au niveau des raidisseurs. Si les superpositions ne sont pas suffisamment écartées, elles ne sont pas disposées dans le même plan mais légèrement décalées en hauteur si bien que dans le cas le plus défavorable on obtient un taux de superposition de 3 pour deux couches, soit un facteur de superposition de 1,5 pour une couche au niveau des raidisseurs. Ainsi, l'invention permet d'obtenir un taux de remplissage en éléments longilignes au niveau des raidisseurs en dehors de la zone des noeuds supérieur à celui d'une structure de type « Anisogrid » tout en conservant les propriétés mécaniques liées à une structure de type « Isogrid » possédant un comportement isotrope. Le pion central 16 doit avoir un diamètre adapté. En effet, si le pion central a un diamètre trop important le caractère isotrope de la structure peut être altéré et/ou le volume et donc la masse de la structure peut être augmenté significativement. A contrario, si le pion central a un diamètre trop réduit, les superpositions ne sont pas suffisamment écartées ce qui tend à augmenter le facteur de superposition et donc à réduire le taux de remplissage des raidisseurs. Pour obtenir un bon compromis, le pion central a un diamètre adapté à la section des éléments longilignes compris entre 2 et 25 mm. Avantageusement, la distance séparant le centre du pion central et chaque guide-fil doit être supérieure à 10 mm pour limiter les éventuelles contraintes mécaniques appliquées aux éléments longilignes en raison de l'entrelacement. De préférence, la distance séparant le centre du pion central et chaque guide fil doit être inférieure ou égale à min(al,..ai,...a6)/8, avec ai la distance séparant le centre du pion central considéré avec le centre d'un pion central adjacent (voir figure 1B). Cet agencement permet d'obtenir une distance L où les éléments longilignes sont regroupés entre deux nceuds adjacents, supérieure ou égale à 75% de la distance séparant lesdits deux nceuds afin de ne pas trop altérer le caractère isotrope de la structure. Après la dépose des éléments longilignes, le pion central 16 et les guide-fils sont 5 retirés. On obtient un agencement comme illustré sur la figure 10. Le vide créé par le retrait du pion central peut être utilisé comme logement pour un insert. Bien que décrite appliquée à une structure de type « Isogrid », l'invention n'est pas limitée à ce type de structure. 10 Ainsi, elle peut convenir à des structures de type « Anisogrid », « orthogrid » ou autre. De manière générale, le procédé de dépose peut s'appliquer à toutes les structures comprenant chacune au moins deux séries de raidisseurs disposées selon au moins deux directions distinctes, avec des zones de croisement des 15 raidisseurs au niveau de chacune desquelles se croisent au moins deux raidisseurs. Bien que le mode de réalisation privilégié décrive l'utilisation de pion central 16 et de guide-fils, le procédé de dépose peut être réalisé sans ces éléments. Ainsi, selon l'invention, les éléments longilignes des raidisseurs orientés selon des 20 directions différentes se croisant en un point de concours sont déposés de telle sorte que les éléments longilignes selon la même direction sont écartés du point de concours au niveau de la zone de croisement d'un premier côté du point de concours ou de l'autre côté du point de concours de manière alternée (le premier élément longiligne étant écarté d'un premier côté, le second de l'autre côté, le 25 suivant du premier côté, ainsi de suite ). De préférence, l'écartement entre les deux éléments longilignes orientés selon la même direction et écartés au niveau du point de concours est compris entre 2 et 25 mm. Avantageusement, les éléments longilignes sont déposés successivement selon les différentes directions (selon la première direction, selon la deuxième direction,..selon la nième direction, selon la première direction, selon la deuxième direction, ..., selon la nième direction, ainsi de suite dans le cas de n directions), De préférence, les éléments longilignes sont déposés successivement toujours dans le même ordre. Bien que l'invention prévoit plusieurs éléments longilignes, ces éléments longilignes peuvent en fait constituer les tronçons d'un seul et unique élément longiligne. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs (10.1, 10.2, 10.3) pour l'obtention d'une structure raidie comportant au moins deux séries de raidisseurs disposés selon au moins deux directions distinctes (12.1, 12.2, 12.3), avec des zones de croisement au niveau de chacune desquelles se croisent au moins deux raidisseurs (10.1, 10.2, 10.3), ledit procédé comprenant au moins une étape consistant à déposer pour chaque raidisseur (10.1, 10.2, 10.3) des éléments longilignes (22.1, 22.2, 24.1, 24.2, 26.1, 26.2) selon la direction dudit raidisseur, caractérisé en ce que les éléments longilignes (22.1, 22.2, 24.1, 24.2, 26.1, 26.2) des raidisseurs orientés selon des directions différentes se croisant en un point de concours sont déposés de telle sorte que les éléments longilignes (22.1, 22.2, 24.1, 24.2, 26.1, 26.2) de chaque raidisseur sont écartés du point de concours au niveau de la zone de croisement d'un premier côté du point de concours ou de l'autre côté du point de concours de manière alternée. 2. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un pion central (16) au niveau de la zone de croisement contourné par les éléments longilignes (22.1, 22.2, 24.1, 24.2, 26.1, 26.2). 3. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser pour chaque raidisseur deux guide-fils (18, 20) diamétralement opposés par rapport au pion central (16). 4. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distance séparant le pion central et chaque guide-fil est telle que la distance L où les éléments longilignes sont regroupés entre deux nceuds adjacents est supérieure ou égale à 75% de la distance séparant lesdits deux nceuds. 5. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque guide-fil comprend deux pions entre lesquels passent les éléments longilignes. 6. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écartement entre les éléments longilignes d'un même raidisseur écartés au niveau du point de concours est compris entre 2 et 25 mm. 7. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments longilignes (22.1, 22.2, 24.1, 24.2, 26.1, 26.2) sont déposés successivement selon les différentes directions. 8. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments longilignes (22.1, 22.2, 24.1, 24.2, 26.1, 26.2) sont déposés successivement toujours dans le même ordre. 9. Procédé de réalisation d'un réseau de raidisseurs selon l'une quelconque des revendications précédentes pour l'obtention d'une structure raidie de type « Isogrid » comportant trois séries de raidisseurs disposés selon trois directions distinctes (12.1, 12.2, 12.3), avec des zones de croisement au niveau de chacune desquelles se croisent trois raidisseurs (10.1, 10.2, 10.3). 10. Structure raidie comprenant un réseau de raidisseurs obtenu à partir du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.