Brevet FR2970945A1 — publié le 20120803

SIÈGE MONOPIÈCE ULTRA-LÉGER POUR AÉRONEF DOMAINE TECHNIQUE La présente invention appartient au domaine de la fabrication d'aménagements de cabines d'aéronefs, pour l'aviation générale, l'aviation commerciale ou l'aviation militaire. Elle concerne plus particulièrement 5 la réalisation d'un siège pour aéronef, supportant un ou plusieurs passagers. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les sièges d'aéronefs doivent répondre à des normes particulières, notamment en terme de résistance aux chocs. Un essai dynamique de résistance au crash soumet par exemple le siège à des accélérations de 16 g suivant l'axe longitudinal de l'aéronef (axe Y de la figure 1), 3 g suivant l'axe perpendiculaire dans le plan 10 horizontal de l'aéronef (axe X de 1a figure 1) et 6 g suivant l'axe vertical de l'aéronef (axe Z de la figure 1), où g est l'accélération de la pesanteur (g ^ 9,81 m.s-2). Pour répondre à ces contraintes, les sièges d'aéronefs destinés aux passagers ont été réalisés à l'aide d'un grand nombre de pièces, généralement en métal. Ces structures métalliques sont relativement solides, et confèrent ainsi une grande résistance au siège en cas de choc. Riais les structures métalliques sont denses, et 15 rendent les sièges particulièrement lourds. En sus de l'assise du siège, ce dernier est pourvu de multiples accessoires, tels la ceinture de sécurité, les accoudoirs, les plateaux pliables, les présentoirs de magazines ou d'instructions de sécurité. Beaucoup de ces accessoires sont arrimés au siège en utilisant des structures métalliques. Ces accessoires augmentent encore le poids des sièges. 20 La conception moderne de sièges d'aéronef cherche à diminuer le poids, le volume et la complexité du siège, tout en respectant les normes en vigueur. En effet, quand l'aéronef contient une centaine de sièges, la part des sièges dans le poids total de l'aéronef peut être importante, et le volume qu'ils occupent n'est pas commercialisable. Le poids est un problème de plus en plus prégnant dans la conception de sièges d'aéronefs, à la fois pour 25 des raisons économiques et pour des raisons environnementales. Une réduction du poids unitaire des sièges peut induire une diminution notable du poids de l'aéronef. L'aéronef peut ainsi diminuer sa consommation de carburant, la taille du réservoir et la puissance de ses moteurs, ou à l'inverse augmenter son rayon d'action. Au point de vue environnemental la diminution du poids des siège est très importante : elle permet à avion constant de diminuer la quantité de carburant consommée, et de diminuer ainsi le rejet de dioxyde de carbone 30 (CO2) ou d'oxydes d'azote (NOx) dans l'atmosphère. Le volume des sièges est une seconde préoccupation, qui cherche à répondre à l'augmentation du nombre de passagers transportés chaque année. En réduisant le volume unitaire des sièges, il est possible de diminuer l'espacement entre deux rangées de sièges, et d'augmenter le nombre de passagers pouvant prendre place au sein de l'aéronef, oua l'inverse d'augmenter l'espace dévolu à chaque passager ou celui dévolu aux 35 marchandises. Un meilleur remplissage de l'avion permet, à flux de passagers constant sur une ligne aérienne, de diminuer le nornbre de vols : le carburant économisé réduit d'autant les rejets de gaz à effet de serre. La complexité du siège soulève plusieurs problèmes, lors de sa fabrication, de son entretien, ou pour le suivi des différentes pièces. Plus le nombre de pièces composant le siège d'aéronef est élevé, plus la logistique et le processus de fabrication de ce siège sont complexes et coûteux. Les fixations de ces différentes pièces entre elles sont souvent métalliques (typiquement en acier inoxydable), pour satisfaire aux normes de sécurité, et alourdissent le siège. Une réduction du nombre de pièces permet ainsi une diminution du volume et du poids du siège. Par ailleurs, ces sièges intègrent historiquement des fonctions coûteuses, en poids et en valeur, qui ne sont plus adaptées aux configurations des cabines actuelles. L'inclinaison du dossier, par exemple, n'est plus utilisable quand l'espace entre les rangées de sièges est réduit. Les sièges d'aéronefs doivent adapter le confort offert aux besoins de compagnies aériennes. L'assise ou le dossier des sièges d'aéronef comportent un coussin qui peut être difficilement nettoyable. 10 L'ajout du coussin sur le siège d'aéronef contribue à l'augmentation du poids de l'avion, à l'augmentation du temps de nettoyage des sièges entre les vols, et diminue l'hygiène à bord de l'avion. W08502384 décrit une structure de siège d'avion composée au minimum de deux parties en utilisant de la fibre de carbone et non de l'acier pour réduire le poids du siège sans diminuer sa résistance aux chocs. W02007136578 propose d'utiliser des matériaux composites, moins onéreux que la fibre de carbone, toujours 15 dans le but de réduire le poids du siège. Enfin, W02010112875 propose de réduire le nombre d'attaches dans la structure du siège en moulant un squelette composé de plusieurs pièces dans des matériaux composites. Tous ces brevets cherchent à réduire de façon peu onéreuse le poids du siège, mais ils proposent toujours un siège impliquant la réalisation ou l'utilisation de plusieurs pièces et ne possédant pas une structure sur laquelle le passager peut s'asseoir directement. 20 La présente invention propose ainsi un siège monopièce de très faible poids. La forme du siège allie le confort du passager, notamment l'assise et le dossier, et la résistance mécanique, afin de respecter les normes en vigueur dans le transport de passagers par voie aérienne. Le passager peut s'asseoir directement sur le siège, sans ajout de pièce supplémentaire. EXPOSÉ DE L'INVENTION 25 La présente invention a été conçue dans l'esprit des problématiques citées ci-dessus : simplification de la conception du siège, diminution de son poids et de son volume, respect de l'environnement. Le siège selon l'invention est formé d'une seule pièce, qui peut être moulée ou formée selon le choix du matériau. Un siège pour le transport de passager par aéronef remplit plusieurs fonctions : résistance dynamique aux chocs et aux fortes accélérations, assise et dossier du passager, support de divers accessoires 30 (tablette pliable, range-revue, accoudoirs, ... ). Afin de minimiser le volume et le poids du siège, il convient de répondre séparément à chacune de ces fonctions. La première fonction du siège est la résistance structurale. Le siège selon l'invention a une structure relativement simple : une façon d'augmenter la résistance du siège est en effet de rigidifier la structure en ne permettant plus une articulation entre le dossier et l'assise. La structure en un seul élément rigide permet 35 ainsi une circulation des contraintes dans tout le siège, sans point de faiblesse liés à une articulation. La partie structurale peut ainsi être allégée. Les points de faiblesse au niveau des angles dossier/assise et assise/pieds peuvent être renforcés en recourrant à des arcs de cercle au lieu d'utiliser des angles droit. Les efforts sont ainsi drainés sur tout l'arc de cercle au lieu de se concentrer au niveau de l'angle. Lors des tests de résistance dynamique, l'angle entre l'assise et le dossier ne doit pas trop diminuer, sans quoi le passager risque d'être pris en étau entre ces deux structures. Afin de limiter l'affaissement du dossier lors d'une accélération suivant l'axe longitudinal de l'aéronef (axe Y de la figure 1), il convient de relier directement le dossier aux points d'attache du siège à la carcasse de l'aéronef. Ces points d'attache sont situés au niveau du plancher de l'aéronef. En opérant ainsi, on limite les efforts drainés par l'angle entre le dossier et l'assise du siège, et par conséquent l'affaissement du dossier dans le cas d'une accélération suivant l'axe longitudinal de l'aéronef. La figure 1 montre le squelette minimal du siège (1), formé d'une structure tubulaire creuse. Les points d'attache sont situés sur la partie du siège liée au plancher de l'aéronef. Les angles sont systématiquement arrondis en arc de cercle, même légèrement. Les deux barres verticales au centre du dossier sont directement reliées aux points d'attache du siège au plancher de l'aéronef. En cas d'utilisation d'un matériau non moulable, tel le bois par exemple, la structure de siège est réalisée en une seule opération, sans passage préalable par un squelette. La figure 2 montre directement la structure entière (7) du siège. La figure 5 montre comment le dossier est solidairement lié aux points d'attache du siège au plancher de l'aéronef. La seconde fonction du siège d'aéronef est l'accueil du passager. Le dossier et l'assise du siège sont les parties directement en contact avec le passager, et qui peuvent ne pas participer à la résistance structurale du siège, ou, à. tout le moins, de façon limitée. Le siège étant constitué d'une seule pièce, ces parties sont solidaires de la structure proprement dite, mais peuvent être beaucoup plus fines, afin de minimiser le poids total du siège. Selon le choix du matériau, ces parties peuvents être affinées ou surmoulées avec un profilé très fin (épaisseur de l'ordre de quelques millimètres). Le dossier et l'assise du siège peuvent être très légers, car il ne participent pas à la résistance structurale, mais doivent satisfaire à certaines contraintes. Étant en contact direct avec le passager, ils doivent être confortables, facilement lavables et suffisamment rugueux. La facilité de lavage s'obtient en utilisant des matériaux hydrofuges. Enfin la rugosité concerne l'assise principalement. Si le matériau constituant l'assise est hydrofuge et glissant, le risque est que le passager n'adhère pas suffisamment au siège, et ne soit sans cesse déporté vers l'avant lors de décélération de l'aéronef. Pour éviter cet inconfort, des stries peuvent être usinées au niveau de l'assise, afin d'augmenter sa rugosité (stries de l'ordre du millimètre en largeur, et du dixième de millimètre en profondeur). L'assise reste hydrofuge, facilement lavable, mais la force de frottement solide entre l'assise et le passager augmente. Les arêtes des stries sont émoussées après usinage pour éviter les risques de coupure du passager. La figure 3 montre l'ajout d'un dossier (2) et d'une assise (3) au squelette (1) du siège. Ces parties sont très fines, et le dossier comme l'assise possèdent des motifs striés permettant d'augmenter leur rugosité. Pour les matériaux non moulables, tel le bois par exemple, la structure est pleine. Elle peut être très fine, ou affinée spécifiquement au niveau de l'assise et du dossier, à l'exclusion du squelette (1) de la figure 1. La figure 2 et la figure 5 montre une structure pleine (8) d'épaisseur constante sur le squelette, et affinée au niveau de l'assise et du dossier. La dernière fonction du siège d'aéronef est la fixation des divers accessoires, tels la ceinture de sécurité, les accoudoirs, les plateaux pliables, les présentoirs de magazines ou d'instructions de sécurité. Toujours dans un soucis de réduction du poids, ces accessoires doivent être très légers, à la fois pour diminuer le poids global du siège et la complexité de leur mode de fixation à la structure. Pour les accessoires fixes, tels les présentoirs de magazine ou d'instructions de sécurité, la même technique que pour l'assise ou le dossier peut être utilisée : simple surmoulage ou intégration à la structure selon le choix du matériau. L'utilisation d'un profilé très fin, ou un affinage du matériau jusqu'à des épaisseurs de l'ordre du millimètre, suffit. Pour les accessoires articulés, tels la tablette pliable ou l'accoudoir, seul l'axe de rotation doit être arrimé au siège, l'accessoire se fixant ensuite à cet axe de rotation. 4 nouveau, cet axe de rotation doit être le plus léger possible : un support creux, d'épaisseur très fine, et situé le plus près possible du siège permet de limiter son poids. Les figures 3 et 4 montrent l'ajout d'accessoires au siège soit au moyen d'un surmoulage direct, tel que pour le présentoir d'instructions de sécurité (6), soit au moyen du surmoulage d'un axe de rotation (5) pour la tablette pliante (4) ou pour les accoudoirs (7). Pour les matériaux non moulable, tel le bois par exemple, la fixation des accessoires ou des axes de rotation peuvent être intégrés à la structure, tel qu'indiqué sur la figure 6. PRÉSENTATION DES FIGURES Fig 1 : Vue en perspective du squelette d'une structure moulée en un seul élément selon l'invention, et repère orthogonal direct utilisé. Fig 2 : Vue en perspective d'une structure en bois plié en un seul élément selon l'invention. Fig 3 : Vue éclatée en perspective d'une structure moulée, avec le squelette et les différents accessoires 25 surmoulés. Fig 4 : Vue éclatée de dos du siège de la figure 3. Fig 5 : Vue de dos d'une structure en bois plié en un seul élément, avec différents accessoires fixés. EXPOSÉ D'UN MODE DE FABRICATION Le matériau choisi doit respecter les normes en vigueur en terme de toxicité, d'inflammabilité et de 30 transmission de chaleur. Dans le cas d'un matériau moulable, une résine de Polyétherimide (PEI) par exemple, renforcée ou non, satisfait à ces contraintes. La réalisation du siège commence par la réalisation d'une structure (1), soit pleine et relativement fine (de l'ordre de quelques millimètres), soit creuse et un peu plus épaisse (de l'ordre du centimètre). 35 Dans le cas d'une structure creuse et épaisse (diamètre des tubes de l'ordre du centimètre, épaisseur des parois de l'ordre de quelques millimètres), la structure (1) peut être réalisée par rotomoulage : le polymère en poudre est disposé au sein d'un moule, et le moule est mis en mouvement autour de trois axes de rotation formant un trièdre. Un chauffage permet de faire fondre la poudre, qui s'agglomère sur les bords du moule, de façon homogène, formant ainsi une structure creuse. Dans le cas d'une structure pleine, un moulage par injection directe peut être envisagé, mais la complexité relative de la structure impose d'effectuer cette injection en plusieurs étapes. Les axes qui ne doivent pas présenter de discontinuité sont ceux situé dans le plan contenant un axe vertical et l'axe longitudinal de l'aéronef (plan YZ de la figure 1). Un de ces plans contient une des barres reliant le dossier au point d'attache du siège au plancher de l'aéronef, la barre reliée au plancher, ainsi qu'un pied du siège et une barre formant l'assise. La rigidité de cet assemblage est cruciale pour la tenue du siège aux tests de résistance dynamique. Une fois le squelette (1) réalisé, il faut y intégrer l'assise (2), le dossier (3) et les divers accessoires. Le dossier et l'assise sont réalisés en partant de profilés de polyétherimide, d'épaisseur de l'ordre du millimètre. Ces profilés sont dans un premier temps recoupés pour obtenir la forme désirée, puis mis en forme à chaud : un creux est réalisé dans le dos et au niveau de l'assise, afin d'obtenir un siège confortable et ergonomique. Des micro-stries sont réalisées par incision au niveau de l'assise pour accroître sa rugosité, puis émoussée par ponçage. Enfin, le dossier et l'assise sont reliés au squelette (1) par surmoulage au niveau de bords. Un traitement additionnel peut être réalisé au niveau de l'assise et du dossier, en les recouvrant d'un matériau plus mou, tels des dérivés siliconés hydrofuges, afin d'accroître le confort du siège. Ce traitement de surface doit être relativement fin, de quelques millimètres à un centimètre d'épaisseur, afin de ne pas trop grêver le poids total du siège. Les accessoires sont arrimés de la même manière au siège par surmoulage. Dans un premier temps, l'accessoire est mis en forme à partir d'un profilé de polyétherimide ou de dérivé siliconé, éventuellement traité en surface pour un contact plus agréable, puis fixé au siège par surmoulage. Il en est ainsi pour le porte-revue (6), pour les accoudoirs (7) ou pour les axes de rotation de la tablette pliante (5). Cette tablette pliante (4) peut également être réalisée en polyétherimide pour un gain supplémentaire de poids. Si les polymères peuvent être recyclés, la préservation de l'environnement peut conduire à privilégier des matériaux naturels, tel le bois. Nous présentons ainsi alternativement un mode de réalisation du siège en matériau non moulable thermiquement. Dans ce cas, le squelette, l'assise et le dossier sont réalisés en une seule étape. Pour que le bois épouse la forme (8) de la structure du siège, on peut utiliser par exemple la technique du bois moulé. Pour le bois moulé, de fines lamelles de bois d'épaisseur de l'ordre du millimètre sont découpées et assemblées dans un moule de la forme du siège. Les lamelles sont croisées, afin d'avoir alternativement des fibres dans des directions orthogonales. Ces différentes lamelles sont ensuite collées à l'aide d'une résine époxy, sous vide d'air. Une étape de ponçage permet d'éliminer l'époxy' excédentaire. Cette structure peut ensuite être usinée. La première étape est un ponçage au niveau de l'assise et du dossier afin de diminuer l'épaisseur du siège aux endroits qui ne participent pas à la résistance structurale du siège, et d'aménager des creux ergonomiques. S'ensuivent des incisions au niveau de l'assise pour créer des micro-stries, lesquelles sont ensuite émoussées par ponçage. L'arrimage des accessoires fixes peut se faire soit dès l'étape initiale afin que les lamelles soutenant les accessoires soient reliées au coeur de la structure (cas des accoudoirs (7)), soit après l'usinage de l'ensemble ($), si la résine époxy peut suffire à supporter leur poids (cas du présentoir (6) ou des axes de rotation (5)). APPLICATION INDUSTRIELLE Le siège d'aéronef selon l'invention permet une grande économie de poids du fait de la faible densité 5 de la structure par rapport à une structure conventionnelle. Il est particulièrement destiné au transport de passagers civils par aéronef en catégorie économique. REVENDICATIONS1. Dispositif de siège pour aéronef caractérisé en ce qu'il est composé d'une unique pièce, moulée ou pliée, dans laquelle le passager peut s'asseoir directement. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le siège pour aéronef est réalisé par moulage 5 de polymère, par exemple de type polyetherimide (PEI). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la forme du siège possède une structure tubulaire de plus grande épaisseur, afin d'augmenter sa résistance mécanique. 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la forme du siège possède une assise et un dossier de très faible épaisseur, afin de minimiser le poids du siège. 10 5. Dispositif selon la revendication caractérisé en ce que le siège pour aéronef est réalisé par moulage ou pliage de matériaux non thermoformables, par exemple en bois moulé. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la forme du siège possède une assise et un dossier de très faible épaisseur, afin de minimiser le poids du siège.