Brevet FR2977296A1 — publié le 20130104

PROCÉDÉ DE LIAISON ENTRE PIÈCES SE CHEVAUCHANT SUR PLUSIEURS PLANS ET APPLICATION A UN PANNEAU DE FUSELAGE D'AÉRONEF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE [0001] L'invention concerne un procédé de liaison entre des pièces qui 10 se chevauchent sur un plan de pose et hors de ce plan de pose, en particulier une semelle de cadre sur un panneau de fuselage d'aéronef lissé en matériau composite. [0002] Dans un fuselage métallique, le panneau de fuselage lissé et le cadre peuvent être usinés de manière à adapter leur forme à la surface de contact 15 entre les deux pièces. Mais lorsque ces pièces sont en matériau composite, elles ne sont pas usinées afin de préserver les propriétés de la technologie composite (légèreté, résistance à l'effort, etc.) qui seraient sinon anéanties par usinage ou découpage, en particulier lorsque le matériau est à base de fibres. [0003] Un panneau de fuselage composite muni de lisses ne présente 20 pas un plan de pose uniforme pour le cadre. En effet les semelles de lisses sont des surfaces différentes de la peau de fuselage elle-même. Elles drainent des efforts propres qui sont repris dans le cadre : les semelles de lisses sont donc liées au cadre pour réaliser cette reprise de drainage d'efforts. ÉTAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE 25 [0004] Des solutions ont été proposées pour permettre ce drainage d'efforts. Il est par exemple connu d'élargir sensiblement les semelles de lisses sous les cadres jusqu'à se toucher et permettre aux semelles de cadres transverses de reposer entièrement sur les semelles de lisses. Cependant cette solution génère une augmentation de masse non négligeable à mettre en oeuvre 30 dans la structure. De plus, elle entraîne une perte de matière importante lors de la fabrication des lisses et donc un surcoût.5 [0005] Une autre solution consiste à réaliser une mise en forme par soyage de la semelle du cadre afin qu'elle puisse s'adapter en se reposant sur la marche créée entre la semelle de lisse et la peau du fuselage. L'inconvénient de cette solution est de courber fortement les fibres de la semelle à l'endroit du soyage. Leur tenue mécanique est donc sensiblement diminuée et difficile à estimer. [0006] D'autres solutions consistent à injecter des patchs - pièces de raccord ou cales en matériau de souplesse appropriée - sous la semelle du cadre et entre les lisses, ou entre la peau et les lisses en longeant la semelle des cadres. Ces solutions augmentent encore la masse de manière importante pour mettre en oeuvre la structure. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0007] L'invention vise à réaliser une liaison entre des semelles de pièces qui se chevauchent notamment sur un plan de pose - en particulier des semelles de lisses et de cadres sur une peau de fuselage pour former un panneau en matériau composite - sans augmenter la masse de mise en oeuvre de la structure. Pour ce faire, il est prévu des extensions qui viennent exercer la fonction de reprise d'effort entre les semelles. [0008] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de liaison entre deux séries de pièces destinées à se chevaucher sur un plan de pose et hors de ce plan de pose, chaque pièce se projetant hors du plan de pose et présentant des semelles d'assemblage sur ce plan de pose, les pièces de chaque série étant sensiblement parallèles les unes aux autres. Dans une première étape, les semelles des pièces de la première série sont solidarisées au plan de pose. Puis, dans une deuxième étape, les pièces de la deuxième série sont ajourées à intervalle pour permettre ultérieurement un chevauchement entre les deux séries de pièces tout en assurant un contact des semelles des deux séries sur le plan de pose. Dans une étape ultérieure, les pièces de la deuxième série sont fixées sur une face frontale de leurs projections et leurs semelles à des extensions qui viennent obstruer partiellement les zones ajourées de ces pièces. Les extensions présentent des ouvertures centrales de sorte que, lors d'une étape de positionnement des semelles des pièces de la deuxième série sur le plan de pose, les ouvertures des extensions viennent en périphérie des projections des pièces de la première série. Dans une étape finale, les extensions solidarisées partiellement aux semelles des pièces de la deuxième série, et positionnées en appui partiel sur les semelles des pièces de la première série lors de l'étape précédente, sont solidarisées au plan de pose à travers ces semelles. [0009] En particulier, la co-injection comme fixation des pièces de la deuxième série aux extensions est un moulage réalisé dans des conditions connues et permettant d'obtenir une solidarisation complète entre les éléments coinjectés. Avantageusement, l'invention réalise une fonction supplémentaire de renforcement des zones ajourées de passage de pièces par la présence des extensions. La co-injection regroupe les méthodes de co-collage et de co-cuisson. En variante, la fixation peut être réalisée par collage, vissage, rivetage ou équivalent. [0010] Selon une variante, le procédé comporte également une étape de renforcement de la liaison entre les pièces par fixation - co-injection, collage, rivetage ou équivalent - d'extensions supplémentaires sur une face dorsale des projections des pièces de la deuxième série opposée à la face frontale, ces extensions supplémentaires étant ensuite solidarisées aux semelles des pièces de la première série. [0011] Avantageusement, les extensions présentent une face inférieure de profil adapté respectivement aux épaisseurs des pièces des deux séries en appui sur le plan de pose pour assurer des contacts respectifs maximisés avec ces pièces. [0012] Le procédé s'applique plus particulièrement à un panneau de fuselage d'aéronef en matériau composite comportant des lisses munies de semelles solidarisées à la peau du fuselage et des cadres disposés en travers des lisses et formés d'une paroi principale ou âme présentant deux faces opposées, l'âme étant prolongée par des semelles fixées à la peau du fuselage. Les cadres présentent des orifices de passage des lisses pour permettre leur chevauchement hors du panneau. Des colliers, comportant une paroi solidarisée à une face frontale des cadres et deux semelles solidarisées partiellement aux semelles des cadres, obstruent partiellement les orifices pour venir entourer les lisses en périphérie par une ouverture formée entre les deux semelles. Les semelles des colliers, partiellement solidarisées aux semelles des cadres, sont en appui de manière complémentaire sur les semelles des lisses et fixés à la peau du fuselage à travers les semelles des cadres et des lisses. La fixation peut être réalisée par collage, cuisson ou rivetage. [0013] Selon un mode de réalisation particulier, d'autres colliers sont solidarisés à la face opposée des âmes des cadres. Ces colliers supplémentaires présentent des semelles qui s'étendent en direction opposée aux semelles des premiers colliers et sont fixées aux semelles des lisses. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0014] D'autres aspects, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématique et partielle en coupe avant d'un panneau selon l'invention dans un plan de paroi principale de cadre ; - les figures 2a et 2b, des vues perspectives partielles avant et arrière d'un panneau selon l'invention ; - la figure 3, une vue perspective arrière du cadre de panneau au niveau d'un orifice de passage de lisse ; - la figure 4, une vue avant focalisé sur le positionnement d'une semelle de collier sur les semelles de cadres et de lisses du panneau, et - la figure 5, une vue perspective arrière d'un mode de réalisation alternatif de liaison entre cadre et lisses de panneau selon l'invention. EXPOSÉ DETAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION [0015] Les termes « supérieur » et « inférieur » utilisés en description des figures qualifient des éléments tournés respectivement vers des espaces externe EXT et interne INT définis hors et dans la peau du fuselage. Le présent texte définit par ailleurs des positionnements « avant » ou « frontal » et « arrière » ou « dorsal » en se rapportant à des faces respectivement frontale et dorsale d'un cadre, la semelle d'un cadre étant en regard de sa face dite frontale. [0016] En référence à la figure 1 illustrant une vue schématique partielle en coupe avant d'un panneau de fuselage d'aéronef 1, la face frontale 21a de la paroi principale ou âme 21 d'un cadre 2 apparaît avec, en prolongement, une semelle 22 solidarisée directement à la peau du fuselage 3. Le cadre 2 est préalablement ajouré à intervalle par détourage, la semelle 22 étant alors interrompue en conséquence pour permettre le passage des projections supérieures 41 et des semelles 42 (identifiés par les références 42a et 42b) des lisses 4. Les lisses 4 et les cadres 2 se chevauchant par croisement dans le plan de l'âme 21 hors du panneau 1, les lisses 4 s'étendant sensiblement perpendiculairement au cadre 2. Les semelles des lisses 4 sont préalablement solidarisées à la peau 3 par cuisson avec la peau du fuselage, les lisses et la peau du fuselage étant en matériau composite. Alternativement, la solidarisation peut être opérée par collage. [0017] Des colliers 5 sont préalablement co-injectés aux cadres 2 au niveau des zones ajourées. En variantes, les colliers peuvent être fixés par collage, vissage, rivetage ou équivalent. Chaque collier 5 comporte une paroi 51, ainsi solidarisée à la face frontale 21a du cadre 2 et deux semelles 52, identifiées par les références 52a et 52b. Ces semelles sont solidarisées partiellement à la semelle 22 du cadre, de part et d'autre de la projection 41 de chaque lisse 4. [0018] La paroi 51 de chaque collier 5 présente une ouverture 53 qui vient entourer chaque lisse 4 en périphérie. Les ouvertures 53 permettent à chaque lisse 4 de traverser chaque cadre 2 et donc le chevauchement ou croisement des lisses et cadres hors du panneau 3. Les semelles 52a et 52b du collier 5 sont en appui partiel, de manière complémentaire à la partie solidarisée à la semelle 22 du cadre 2, sur les semelles respectives 42a et 42b de part et d'autre de la lisse 4. Les semelles 52 des colliers 5 présentent avantageusement une face inférieure 54 de profil adapté respectivement aux épaisseurs des semelles du cadre et des lisses pour assurer des contacts respectifs maximisés. [0019] Les semelles 52a et 52b de chaque collier 5 sont avantageusement doublement fixées à la peau du fuselage 3 via la semelle de cadre 22, qui est ainsi également fixée au fuselage, et les semelles 42a et 42b de la lisse 4. La fixation est réalisée par des rivets 6. La fixation est alternativement effectuée par vissage, collage, cuisson, co-injection ou équivalent. [0020] Alternativement, les semelles des cadres sont préalablement solidarisées à la peau du fuselage 3 par tout moyen connu, par exemple par cocuisson en même temps que les lisses dans le cas où les cadres sont en matériau composite. Dans ce cas, le rivetage est optionnel. [0021] En référence aux vues partielles avant et arrière des figures 2a et 2b du même panneau de fuselage 1, apparaissent en perspective le cadre 2 comportant la semelle 22 (figure 2a) et l'âme 21, respectivement en faces frontale 21a et dorsale 21b, les colliers 5 qui viennent entourer les projections 41 des lisses 4, et les zones ajourées ou orifices 23 (figure 2b) du cadre 2 obstruées partiellement par les colliers 5. [0022] De manière plus précise, les figures 3 et 4 illustrent respectivement des vue arrière et avant du positionnement d'un collier 5. [0023] En référence à la figure 3, il est montré que l'épaisseur de l'âme 21 du cadre 2 est augmentée par l'épaisseur du collier 5. Le collier 5 renforce donc l'âme 21 du cadre dans la zone de passage de la lisse. L'ouverture 53 pour le passage de lisse est découpée dans le collier 5 pour former une découpe dans la paroi 51 ainsi que deux semelles 52a et 52b dans une semelle unique 52 avant découpage. [0024] En référence à la figure 4, il ressort que le collier 5 - paroi 51 et semelle 52a - réalise une liaison entre le cadre 2 - âme 21 et semelle 22 - et la semelle 42 de la lisse 4, assurant ainsi la transmission des efforts entre la semelle de lisse et le cadre. La semelle 22 du cadre 2 reste directement accostée sur la peau de fuselage 3 par une surface unique : les fibres du matériau composite restent rectilignes et travaillent de manière optimale. [0025] La face inférieure 54 de la semelle 52a et, plus généralement, de toutes les semelles 52 du collier 5, présente un profil en marche d'escalier. La différence d'épaisseurs entre les semelles 22 et 42, respectivement du cadre 2 et de la lisse 4, est ainsi rattrapée sans adjonction de pièce car la « cale » est ainsi co-injectée : l'avantage de la pièce unique est préservée sans complexifier l'assemblage. Alternativement, la « marche » peut être usinée avec des plis sacrificiels. [0026] Il convient de noter que le cadre 2 est en une seule pièce, sans montage de pièce intermédiaire avec la peau 3 : cette solution permet donc un gain en nombre de références à approvisionner et de cycles d'assemblage. [0027] Afin de renforcer la liaison entre la semelle de lisse et le cadre, une variante de réalisation est maintenant décrite en liaison avec la vue perspective arrière de la figure 5. Dans cette variante, des colliers supplémentaires 7 sont également fixés (par co-injection, rivetage, vissage, collage ou équivalent) en face dorsale 21b du cadre 2. Ces colliers 7 sont équipés de semelles 71 tournés vers l'arrière - en sens opposé à celui des semelles 52 des premiers colliers - et fixés également sur les semelles 42 des lisses 4 par des rivets 6. Les colliers 7 présentent également des ouvertures 72 pour permettre le passage des lisses 4. [0028] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible d'appliquer cette invention à tout type d'encadrement de plan de pose renforcé par des nervures ou équivalents (par exemple : aux voilures ou caissons de voilure, empennage, etc.). Les nervures et cadres ne sont pas de forme prédéterminée ni nécessairement agencés perpendiculairement entre eux. REVENDICATIONS1. Procédé de liaison entre deux séries de pièces (4, 2) destinées à se chevaucher sur un plan de pose (3) et hors de ce plan de pose, chaque pièce se projetant (41, 21) hors du plan de pose et présentant des semelles d'assemblage (42, 22) sur ce plan de pose (3), les pièces de chaque série (4, 2) étant sensiblement parallèles les unes aux autres, caractérisé en ce que, dans une première étape, les semelles (42) des pièces de la première série (4) sont solidarisées au plan de pose (3) puis, dans une deuxième étape, les pièces de la deuxième série (2) sont ajourées (23) à intervalle pour permettre ultérieurement un chevauchement entre les deux séries de pièces tout en assurant un contact des semelles des deux séries (42, 22) sur le plan de pose (3) puis, dans une étape ultérieure, les pièces de la deuxième série (2) sont fixées sur une face frontale (21a) de leurs projections (21) et leurs semelles (22) à des extensions (5) qui viennent obstruer partiellement les zones ajourées (23) de ces pièces, en ce que les extensions (5) présentent des ouvertures centrales (53) de sorte que, lors d'une étape de positionnement des semelles (22) des pièces de la deuxième série (2) sur le plan de pose (3), les ouvertures (53) des extensions (5) viennent en périphérie des projections (41) des pièces de la première série (4), et en ce que, dans une étape finale, les extensions (5) solidarisées partiellement aux semelles (22) des pièces de la deuxième série (2), et positionnées en appui partiel sur les semelles (42) des pièces de la première série (4) lors de l'étape précédente, sont solidarisées au plan de pose (3) à travers ces semelles (42). 2. Procédé de liaison selon la revendication 1, dans lequel une étape supplémentaire de renforcement de la liaison entre les pièces (4, 2) est réalisée par fixation d'extensions supplémentaires (7) sur une face dorsale (21b) des projections (21) des pièces de la deuxième série (2) opposée à la face frontale (21a), ces extensions supplémentaires (7) étant ensuite solidarisées aux semelles (42) des pièces de la première série (4). 3. Procédé de liaison selon l'une des revendications 1 ou 2, dans le quel les extensions (5) présentent une face inférieure (54) de profil adapté respectivement aux épaisseurs des pièces des deux séries (4,2) en appui sur le plan de pose pour assurer des contacts respectifs maximisés avec ces pièces. 4. Panneau de fuselage d'aéronef en matériau composite (1) comportant des lisses (4) munies de semelles (42 ; 42a, 42b) solidarisés à la peau du fuselage (3) et des cadres (2) disposés en travers des lisses (4) et formés d'une âme (21) présentant deux faces opposées (21a, 21b), l'âme (21) étant prolongée par des semelles (22) fixées à la peau du fuselage (3), caractérisé en ce que les cadres (2) présentent des orifices (23) de passage des lisses (4), en ce que des colliers (5), comportant une paroi (51) solidarisée à une face frontale (21a) des cadres (2) et deux semelles (52 ; 52a, 52b) solidarisées partiellement aux semelles (22) des cadres (2), obstruent partiellement les orifices (23) pour venir entourer les lisses (4) en périphérie par une ouverture (53) formée entre les deux semelles (52a, 52b), et en ce que les semelles (52) des colliers (5), partiellement solidarisées aux semelles (22) des cadres (2), sont en appui de manière complémentaire sur les semelles (42) des lisses (4) et fixés à la peau du fuselage (3) à travers les semelles (22, 42) des cadres (2) et des lisses (4). 5. Panneau de fuselage selon la revendication précédente, dans lequel les semelles (52) sont fixés à la peau du fuselage (3) par des moyens choisis parmi des moyens de rivetage (6), vissage, de collage, cuisson et coinjection. 6. Panneau de fuselage selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel d'autres colliers (7) sont solidarisés à la face opposée (21b) des âmes (21) des cadres (2), ces colliers supplémentaires (7) présentent des semelles (71) qui s'étendent en direction opposée aux semelles (52) des premiers colliers (5) et sont fixées aux semelles (42) des lisses (4). 7. Panneau de fuselage selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel la semelle (52) du collier (5) présente une face inférieure (54) de profilen marche d'escalier de sorte à rattraper la différence d'épaisseurs entre les semelles (22, 42), respectivement du cadre (2) et de la lisse (4).