Brevet FR2954269A1 — publié le 20110624

La présente invention se rapporte à un panneau structurant composite pour un bord de fuite d'un élément d'un aéronef. L'invention se rapporte également à un élément d'aéronef comportant un tel panneau. Les panneaux composites sont des panneaux utilisés fréquemment en aérospatial car ils permettent d'alléger considérablement l'aéronef. Certaines parties d'aéronef nécessitent des panneaux structurants assurant une bonne résistance mécanique. On peut citer tout particulièrement les bords de fuite, comme ceux des gouvernes d'avion. II est couramment utilisé des panneaux structurants composites de type sandwich, comprenant une structure à âme alvéolaire mise entre une peau interne et une peau externe. Typiquement, la peau interne et la peau externe sont constituées chacune d'un ou plusieurs plis fibreux pré-imprégnés de résine qui est ensuite 15 polymérisée lors d'une étape de cuisson. D'autres procédés utilisent des plis fibreux secs, c'est-à-dire non pré-imprégnés de résine, la résine étant appliquée ultérieurement lors d'une étape de cuisson au cours de laquelle elle est forcée par aspiration à se diffuser entre les plis fibreux. 20 Un panneau sandwich composite peut également comprendre plusieurs couches centrales, de même type ou de types différents, les couches centrales pouvant elles-mêmes être séparées par une couche de matériau composite. Les couches centrales peuvent, par exemple, être de type 25 alvéolaire, mousse ou encore comprendre un ou plusieurs inserts fusibles. Les panneaux sandwich composites utilisant une âme en nid d'abeille ou mousse, par exemple, aident à réduire la masse des objets tout en conservant ou en augmentant leurs propriétés mécaniques. Cependant, ces types de panneau ne sont généralement pas 30 adaptés pour la fabrication des bords de fuite. Afin de résoudre ce problème, dans la demande FR09/02579, on propose un panneau structurant composite de bord de fuite pour un élément d'un aéronef présentant une surface supérieure, une surface inférieure et un bord reliant lesdites surfaces supérieure et inférieure. 35 La surface supérieure et la surface inférieure sont reliées par des raidisseurs transversaux. Le panneau structurant est constitué d'une pièce monobloc formant la surface supérieure, la surface inférieure, le bord de fuite ainsi que les raidisseurs transversaux. Malgré les avantages qu'un tel panneau procure, il peut être souhaitable de limiter encore davantage le flambage des peaux supérieure et inférieure en garantissant une bonne rigidité en flexion et en torsion. Un but de la présente invention est donc de fournir un panneau permettant de limiter le flambage des peaux supérieure et inférieure et d'améliorer la tenue mécanique structurale tout en étant simple à réaliser. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention a pour objet un panneau structurant composite de bord de fuite pour un élément d'un aéronef présentant : - une surface supérieure, - une surface inférieure, et - un bord de fuite reliant lesdites surfaces supérieure et inférieure, la surface supérieure et la surface inférieure étant reliées par des raidisseurs transversaux, Caractérisé en ce qu'au moins un longeron longitudinal est disposé de sorte que l'axe directeur de chaque longeron longitudinal et l'axe directeur des raidisseurs transversaux ne sont pas colinéaires et en ce que le panneau structurant est constitué d'une pièce monobloc formant la surface supérieure, la surface inférieure, le bord de fuite, les raidisseurs transversaux et le ou les longerons longitudinaux. On entend par « axe directeur », l'axe dirigeant un longeron ou un raidisseur transversal suivant la plus grande dimension de ce dernier. La présence d'un ou de plusieurs longerons longitudinaux disposés de manière sensiblement perpendiculaire aux raidisseurs transversaux permet de limiter le flambage des peaux supérieure et inférieure et d'améliorer la tenue mécanique structurale du panneau de l'invention dans deux directions sensiblement perpendiculaires du panneau de l'invention. En outre, le panneau de l'invention étant entièrement réalisé de manière monobloc présente une fabrication simple à réaliser. Préférentiellement, l'axe directeur de chaque longeron longitudinal et l'axe directeur des raidisseurs transversaux sont sensiblement 35 perpendiculaires. Préférentiellement, au moins un longeron longitudinal est disposé entre deux raidisseurs transversaux ce qui permet de renforcer localement la tenue structurale du panneau de l'invention. Préférentiellement, la peau formant ledit panneau comporte une 5 pluralité de plis dont un ou plusieurs plis intérieurs forment le ou les longerons longitudinaux. Préférentiellement, le panneau de l'invention comporte des plis de renfort entre les plis intérieurs ce qui permet de renforcer le ou les longerons longitudinaux et les raidisseurs transversaux. 10 Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un panneau de l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte : - une première étape (A) dans laquelle on dépose des premiers noyaux et au moins un deuxième noyau, entourés chacun au moins partiellement par une peau de drapage sur une peau de base, suivant deux 15 directions non colinéaires, de sorte que ladite peau de base puisse être repliée sur elle-même; - une deuxième étape (B) dans laquelle on replie la peau de base sur les premiers et deuxième(s) noyaux drapés ; - une troisième étape (C) dans laquelle on polymérise le panneau 20 ainsi obtenu de sorte à intégrer les plis du drapage dans la peau de base pour former les raidisseurs transversaux et le ou les longerons longitudinaux ; et - une quatrième étape (D) dans laquelle on retire les premiers noyaux et le ou les deuxièmes noyaux afin d'obtenir le panneau structurant. Préférentiellement, le ou les deuxièmes noyaux ont une hauteur 25 décroissante suivant la section transversale desdits noyaux ce qui permet une bonne ligne aérodynamique du panneau de l'invention. Préférentiellement, chaque premier et deuxième noyaux sont drapés par une peau de drapage de type monolithique présentant une pluralité de plis. 30 Préférentiellement, dans l'étape A, on dispose des premiers noyaux avant le bord de fuite de sorte à former un espace entre le bord de fuite et les premiers noyaux, espace dans lequel on installe un ou plusieurs deuxièmes noyaux sensiblement parallèles au bord de fuite. Selon encore un autre aspect, l'invention a pour objet un élément 35 d'un aéronef comportant au moins un panneau structurant de l'invention ou obtenu selon le procédé de l'invention. Préférentiellement, l'élément de l'invention est une gouverne d'avion. L'invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées. - figure 1 est une vue en perspective d'un panneau de l'invention, - figure 2 est une vue de dessous en perspective d'une variante du mode de réalisation du panneau de la figure 1, - figure 3 est une vue de face agrandie du mode de réalisation de la figure 1, et - figures 4 à 6 sont des vues en perspective du procédé de fabrication d'un panneau selon l'invention. Comme illustré sur la figure 1, le panneau 1 de l'invention comporte une surface supérieure 3, une surface inférieure 5 et un bord 7 reliant les surfaces supérieure 3 et inférieure 5. Le panneau 1 de l'invention définit un bord de fuite 7 directement obtenu durant la cuisson du panneau 1 de l'invention ce qui simplifie la fabrication de ce dernier. La surface supérieure 3 et la surface inférieure 5 sont reliées par des raidisseurs transversaux 9 ainsi qu'au moins un ou plusieurs longerons longitudinaux 10, lesdits raidisseurs 9 et ledit ou lesdits longerons 10 étant intégrés à ces dernières. Au moins un longeron longitudinal 10 est disposé de sorte que l'axe directeur Alo de chaque longeron longitudinal 10 et l'axe directeur A9 des raidisseurs transversaux 9 ne sont pas colinéaires. Aisni, de manière avantageuse, le panneau de l'invention 1 présente une très bonne tenue structurale suivant deux directions non parallèles. Préférentiellement, l'axe directeur A10 de chaque longeron longitudinal 10 et l'axe directeur A9 des raidisseurs transversaux 9 sont sensiblement perpendiculaires. On entend par « longitudinal », une direction sensiblement colinéaire à l'axe directeur 8 du bord de fuite 7. Comme illustré sur les figures 1 et 2, l'axe directeur 8 du bord de fuite peut être sensiblement colinéaire à l'axe directeur Aio de chaque longeron longitudinal 10 et/ou sensiblement perpendiculaire à l'axe directeur A9 des raidisseurs transversaux 9. Selon une variante non représentée, l'axe directeur A9 des raidisseurs transversaux 9 peut être non colinéaire à la'xe directeur 8 du bord de fuite sans être perpendiculaire à ce dernier. De même, l'axe directeur ilo de chaque longeron longitudinal 10 peut être non colinéaire à l'axe directeur 8 du bord de fuite et également non coliénaire dé l'axe directeur O9 des raidisseurs transversaux 9. On entend par « transversal», une direction sensiblement 5 perpendiculaire aux plans formés par la surface supérieure 3 et la surface inférieure 5. Le ou les longerons longitudinaux 10 sont typiquement placés à l'extrémité des raidisseurs 9 transversaux en regard du bord de fuite 7. Pour ce faire, les raidisseurs transversaux 9 sont placés à une distance non nulle du 10 bord de fuite 7. Le panneau 1 de l'invention peut comporter ainsi un unique longeron longitudinal ou, au contraire, une pluralité de longerons longitudinaux. L'utilisation d'une pluralité de longerons 10, notamment placés entre deux raidisseurs transversaux 9 (voir figure 2), permet de limiter de manière locale 15 tout flambage du panneau 1 de l'invention. Ledit longeron 10 présentant alors une longueur au plus égale à l'écartement des deux raidisseurs transversaux 9 suivant l'axe directeur 8. Typiquement, la longueur d'un longeron longitudinal 10 suivant l'axe directeur Alo de ce dernier peut prendre toute valeur inférieure ou égale à 20 la longueur du panneau 1 de l'invention. Dans le cas où le longeron longitudinal 10 n'a pas son axe directeur & c, sensiblement parallèle à l'axe directeur 8 du bord de fuite, la longueur dudit longeron 10 peut être supérieure à la longueur du panneau 1 de l'invention sans que ledit longeron 10 ne dépasse dudit panneau 1. 25 De même, la longueur d'un raidisseur transversal 9 suivant l'axe directeur A9 de ce dernier peut prendre toute valeur inférieure ou égale à la largeur du panneau 1 de l'invention. Dans le cas où le raidisseur transversal 9 n'a pas son axe directeur A9 sensiblement perpendiculaire à l'axe directeur 8 du bord de fuite, la longueur dudit raidisseur 9 peut être supérieure à la largeur 30 du panneau 1 de l'invention sans que ledit raidisseur 9 ne dépasse dudit panneau 1. Par ailleurs, le panneau de l'invention 1 est constitué d'une unique pièce monobloc formant la surface supérieure 3, la surface inférieure 5, le bord 7 ainsi que les raidisseurs transversaux 9 et le ou les longerons 10. Pour ce 35 faire, le panneau 1 de l'invention peut être constitué d'une unique peau monolithique. La peau monolithique peut être réalisée en tout type de tissus ou fibres adaptés et connus de l'homme du métier qui peuvent être imprégnés de résine époxy ou autre. A cet effet, on peut citer des fibres de carbone, de verre ou de kevlars. Comme illustré sur la figure 3, l'unique peau monolithique est formée d'une pluralité de plis 18 fusionnés les uns sur les autres par l'intermédiaire d'une résine polymérisable, telle que la résine époxy, disposée entre les plis 18. Plus précisément, la partie supérieure 15 de la peau formant la surface supérieure 3 et la partie inférieure 17 de la peau formant la surface inférieure 5 peuvent comprendre une pluralité de plis 18 dont les plis intérieurs 19, 21 disposés vers l'intérieur du panneau 1 peuvent s'étendre continûment le long dudit panneau 1 à partir d'une section droite jusqu'à une deuxième section droite. Le fait que les raidisseurs transversaux 9 et le ou les longerons 10 soient constitués de plis 18 permet d'obtenir un panneau structurant 1 composite très résistant pour absorber un choc sensiblement transverse à la surface supérieure 3 ou inférieure 5. En effet, le panneau 1 de l'invention est avantageusement renforcé mécaniquement suivant deux directions non colinéaires, notamment sensiblement perpendiculaires, par rapport au plan formé par le panneau 1 de l'invention. Les plis intérieurs 19 peuvent s'étendre continûment depuis la partie inférieure 17, en traversant le panneau 1 de manière sensiblement perpendiculaire à la surface inférieure 5 en venant constituer une partie des plis d'un raidisseur transversal 9 ou d'un longeron 10 et avant de s'étendre au niveau de la surface supérieure 3 à nouveau le long de la section droite. Il en va de même pour les autres plis intérieurs 21 de l'autre section droite. Ainsi, le raidisseur transversal 9 et le ou les longerons 10 sont formés par les plis intérieurs 19 et 21 provenant des sections droites. Bien évidemment, les plis 18 utilisés peuvent être de nature identique ou différente selon les propriétés recherchées. Comme nature de plis classiquement utilisés, on peut citer entre autres les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres de kevlar. Dans le cas où les plis 19, 21 participants aux renforts ne présenteraient pas à eux seuls une tenue suffisante ou devraient être renforcés, on peut notamment coudre la totalité ou une partie de ces plis 19, 21 entre eux. On peut également insérer, entre les plis 19, 21, des plis de renforts, comme des plis de fibres de carbones par exemple, qui peuvent être présents dans les raidisseurs transversaux 9 et/ou dans le ou les longerons 10. En outre, selon l'invention, le panneau 1 de l'invention est obtenu par le procédé de fabrication comportant : - une première étape (A) dans laquelle on dépose des premiers noyaux 11 et au moins un deuxième noyau 12, entourés chacun au moins partiellement par une peau de drapage 15, sur une peau de base 13, suivant deux directions non colinéaires A10 et A9, notamment respectivement sur une longueur et sur une largeur de ladite peau de base 13, de sorte que cette dernière puisse être repliée sur elle-même (voir figure 4); - une deuxième étape B dans laquelle on replie la peau de base 13 sur les premiers 11 et deuxième(s) 12 noyaux drapés (figure 5); - une troisième étape C dans laquelle on polymérise le panneau ainsi obtenu de sorte à intégrer les plis du drapage dans la peau de base 13 pour former les raidisseurs transversaux 9 et le ou les longerons 10; et - une quatrième étape D dans laquelle on retire les premiers noyaux 11 et le ou les deuxièmes noyaux 12 afin d'obtenir le panneau structurant (voir figure 6). Par la suite, les expressions « entouré au moins partiellement » et « drapé » sont synonymes. Ainsi, le terme « drapage » désigne le fait d'entourer au moins partiellement un noyau. Grâce au procédé de l'invention, il est possible d'ajuster le nombre de plis entre deux raidisseurs transversaux 9 et également au niveau du ou des longerons 10. Il est alors possible d'optimiser la masse du panneau 1 de l'invention tout en garantissant une importante raideur longitudinale et transversale. En outre, grâce au procédé de l'invention, le panneau 1 est formé d'une seule pièce par fusion de la peau de base 13 repliée sur elle-même et de 30 la peau du drapage. De plus, le procédé permet d'introduire le nombre de raidisseurs et de longeron(s) souhaité en fonction de la tenue structurale désirée en augmentant ou en diminuant le nombre de noyaux ou les dimensions de ceux- ci. En outre, le procédé n'impose pas de contrainte pour le positionnement des raidisseurs et celui du ou des longerons. Ces derniers sont placés de sorte à améliorer leur utilité structurelle. Plus particulièrement, dans l'étape A, les premiers noyaux 11 sont 5 entourés chacun au moins partiellement par une peau de drapage 15 sur les cotés latéraux desdits noyaux 11. Le ou les deuxièmes noyaux 12 sont entourés chacun au moins partiellement par une peau de drapage 15 sur au moins une partie d'un côté longitudinal desdits noyaux 12. 10 Les premiers noyaux 11 et le ou les deuxièmes noyaux 12 employés ont une forme appropriée pour former les raidisseurs transversaux 9 ainsi que le ou les longerons 10. Pour ce faire, ils ont typiquement une section transversale de forme sensiblement triangulaire, rectangulaire, carré, voire trapézoïdale. 15 Typiquement, des premiers noyaux 11 permettant de former les raidisseurs transversaux 9 sont disposés avant le bord 7 de sorte à former un espace dans lequel on installe un ou des deuxièmes noyaux 12 parallèles au bord 7 permettant de former le ou les longerons 10 (voir figure 4). Avantageusement, les premiers noyaux 11 ont une hauteur 20 décroissante suivant la longueur desdits premiers noyaux 11 de sorte à épouser le faible rayon de courbure du bord 7. En outre, le ou les deuxièmes noyaux 12 ont une section transversale avec une hauteur décroissante sur la section transversale du ou desdits deuxièmes noyaux 12 de sorte à épouser le faible rayon de courbure 25 du bord 7. Ainsi, il est possible d'avoir un excellent profil aérodynamique du panneau structurant 1. Avantageusement, les premiers 11 et deuxième(s) 12 noyaux sont placés sur la peau de base 13 sur une longueur de cette dernière appropriée pour permettre de replier la peau de base 13 sur elle-même. Ainsi, les premiers 30 11 et deuxième(s) 12 noyaux peuvent être placés sur une distance inférieure à la moitié de la longueur de ladite peau 13 ce qui permet d'avoir une surface supérieure 3 de longueur sensiblement égale à celle de la surface inférieure 5. Le drapage est effectué typiquement avant la pose des premiers noyaux 11 et du ou des deuxièmes noyaux 12 sur la peau de base 13. Le 35 drapage est alors réalisé par une peau de drapage de type monolithique 15 présentant une pluralité de plis, par exemple deux ou trois plis de sorte à obtenir un drapage optimum. Typiquement, la peau de drapage 15 comporte un nombre de plis inférieur à celui de la peau de base 13 La peau de base 13 peut comprendre un nombre de plis supérieur à 2, égal à 3, à 5 ou plus. La peau de drapage 15 peut comprendre un nombre de plis supérieur à 2, égal à 3, à 5 ou plus. Les plis de la peau de base 13 et de la peau de drapage 15 sont imprégnés de résine polymérisable telle que la résine époxy. Dans l'étape B, on replie la peau de base 13 sur elle-même par tout 10 moyen connu de l'homme du métier de sorte à former un bord 7, une surface supérieure 3 et une surface inférieure 5. Typiquement, la polymérisation de l'étape C est réalisée par chauffage à une température de cuisson. La température de cuisson dépend du type de résine utilisée pour réaliser le panneau monobloc 1 de l'invention. A 15 titre d'exemple, si la peau de base 13 et/ou de drapage 15 est(sont) réalisée(s) avec de la résine époxy, la température de cuisson est comprise entre 60°C et 200°C. Cette étape est typiquement réalisée dans un autoclave ou tout moyen chauffant. 20 Typiquement, la peau de base 13 et la peau de drapage 15 comprennent des plis à base de fibres telles que les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres de kevlar, lesdites fibres étant imprégnées de résine polymérisable lors de la cuisson du matériau. Dans l'étape D, on retire les premiers noyaux 11 et le ou les 25 deuxièmes noyaux 12 du panneau ainsi formés par tout moyen connu de l'homme du métier, notamment par extracteurs manipulés manuellement ou automatiquement. Le retrait des noyaux 11 et 12 est typiquement réalisé selon une direction sensiblement colinéaire à la direction que prennent les raidisseurs transversaux 9 ou du ou des longerons 10, le cas échéant. 30 Le panneau 1 de l'invention peut être avantageusement utilisé dans un élément d'un aéronef, tel qu'une gouverne d'avion. 35 REVENDICATIONS1. Panneau structurant (1) composite de bord de fuite pour un élément d'un aéronef présentant : - une surface supérieure (3), - une surface inférieure (5), et - un bord de fuite (7) reliant lesdites surfaces supérieure (3) et inférieure (5), la surface supérieure (3) et la surface inférieure (5) étant reliées par 10 des raidisseurs transversaux (9), Caractérisé en ce qu'au moins un longeron longitudinal (10) est disposé de sorte que l'axe directeur (Alo) de chaque longeron longitudinal (10) et l'axe directeur (A9) des raidisseurs transversaux (9) ne sont pas colinéaires et en ce que le panneau structurant (1) est constitué d'une pièce monobloc 15 formant la surface supérieure (3), la surface inférieure (5), le bord de fuite (7), les raidisseurs transversaux (9) et le ou les longerons longitudinaux (10). 2. Panneau (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'axe directeur (Alo) de chaque longeron longitudinal (10) et l'axe directeur (A9) des raidisseurs transversaux (9) sont sensiblement perpendiculaires. 20 3. Panneau (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un longeron longitudinal (10) est disposé entre deux raidisseurs transversaux (9). 4. Panneau (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la peau formant ledit panneau (1) comporte 25 une pluralité de plis (18) dont un ou plusieurs plis intérieurs (19, 21) forment le ou les longerons longitudinaux (10). 5. Panneau (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des plis de renfort entre les plis intérieurs (19, 21). 6. Procédé de fabrication d'un panneau (1) selon l'une quelconque 30 des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une première étape (A) dans laquelle on dépose des premiers noyaux (11) et au moins un deuxième noyau (12), entourés chacun au moins partiellement par une peau de drapage (15) sur une peau de base (13), suivant deux directions non colinéaires (Alo, A9), de sorte que ladite peau de 35 base 13 puisse être repliée sur elle-même;- une deuxième étape (B) dans laquelle on replie la peau de base (13) sur les premiers (11) et deuxième(s) (12) noyaux drapés ; - une troisième étape (C) dans laquelle on polymérise le panneau ainsi obtenu de sorte à intégrer les plis du drapage dans la peau de base (13) pour former les raidisseurs transversaux (9) et le ou les longerons longitudinaux (10); et - une quatrième étape (D) dans laquelle on retire les premiers noyaux (11) et le ou les deuxièmes noyaux (12) afin d'obtenir le panneau structurant (1). 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le ou les deuxièmes noyaux (12) ont une hauteur décroissante suivant la section transversale desdits noyaux (12). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque premier (11) et deuxième (12) noyaux sont drapés par une peau de drapage (15) de type monolithique présentant une pluralité de plis. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, dans l'étape A, on dispose des premiers noyaux (11) avant le bord de fuite (7) de sorte à former un espace entre le bord de fuite (7) et les premiers noyaux (11), espace dans lequel on installe un ou plusieurs deuxièmes noyaux (12) sensiblement parallèles au bord de fuite (7). 10. Elément d'un aéronef comportant au moins un panneau structurant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenu selon l'une quelconque des revendications 6 à 9. 11. Elément selon la revendication précédente étant une gouverne d'avion.