Brevet FR2990410A1 — publié le 20131115

POUTRE EN MATERIAU COMPOSITE INTEGRANT UNE LIAISON RENFORCEE AVEC UN AUTRE ELEMENT La présente invention se rapporte à une poutre en matériau composite intégrant une liaison renforcée avec un autre élément. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 1, une poutre 10 d'une structure d'un aéronef a une section transversale en I avec une âme 12 et deux talons (également appelés semelles) 14, 14' disposés aux extrémités de l'âme 12. Ces talons 14, 14' sont perpendiculaires à l'âme et disposés de manière symétrique par rapport au plan de l'âme. Pour la suite de la description, on entend par direction longitudinale la direction correspondant à la plus grande longueur de la poutre. Un plan transversal est un plan perpendiculaire à la direction longitudinale. Pour réduire la masse embarquée, les éléments de la structure, comme par exemple les poutres, tendent à être réalisés en matériau composite. Selon un mode de réalisation, une poutre en matériau composite comprend un assemblage de préformes, deux préformes en U accolées l'une contre l'autre au niveau des bases des U, et deux préformes sous forme chacune d'une bande plaquées contre les branches des U. bes éléments peuvent être reliés à la poutre et introduire localement des efforts, comme par exemple des efforts de traction ou de compression. Sur la figure 2, on a représenté un moyen de liaison 16 fixé sur la face 20 extérieure d'un talon 14 permettant de relier un élément non représenté à la poutre. Ce moyen de liaison 16 a une section en T inversé dont la tête sous forme d'une platine 18 est plaquée et fixée contre la face extérieure du talon 14 de la poutre et dont le pieds 20 comprend un orifice 22 pour solidariser l'élément à relier à la poutre. Cet élément de liaison 16 va introduire localement soit des efforts de traction qui au-delà d'un certain seuil peuvent engendrer une décohésion des couches de 5 fibres du talon ou/et de la semelle, soit des efforts de compression qui au-delà d'un certain seuil peuvent engendrer des phénomène de déversement de l'âme. Pour résister à ces contraintes, la poutre 10 comprend au moins un renfort 24, appelé gousset, illustré sur la figure 2. Une poutre métallique réalisée par usinage ou par moulage peut intégrer tous ces 10 renforts. Il suffit lors de l'usinage de laisser de la matière aux endroits à renforcer. bans le cas d'une pièce en matériau composite, les renforts 24 métalliques, distincts de la poutre, sont plaqués contre l'une des faces de l'âme et intercalés entre les talons. Selon un mode de réalisation, un renfort 24 a une forme 15 parallélépipédique avec un fond 26 plaqué contre l'âme, deux petites parois latérales 28 et 28' opposées plaquées contre les talons et au moins deux grandes parois latérales 30 disposées dans des plans transversaux. La présence de renforts permet de retarder l'apparition du phénomène de décohésion mais ne le supprime pas. 20 Selon un autre aspect, la mise en place des renforts 24 nécessite une opération d'ajustage de chaque renfort 24 afin que la hauteur de chaque renfort soit égale à la distance séparant les faces intérieures des talons à chaque emplacement. Cette opération d'ajustage comprend plusieurs phases consistant à : - Présenter le renfort, 25 - Mesurer le jeu entre le renfort et les talons, - Mettre en place une résine de calage, - Epingler le renfort, - Attendre la polymérisation de la résine de calage, - Retirer le renfort, - Mesurer l'épaisseur de la cale obtenue après la polymérisation de la résine de calage, - Epingler le renfort, - Percer les trous de fixation, et - Mettre en place les fixations définitives. Compte tenu de ces nombreuses phases à réaliser pour chaque renfort, la mise en place des renforts est une opération longue et couteuse qui représente 30% du coût de la poutre. Aussi, la présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose une poutre en matériau composite d'une structure d'un aéronef, ladite poutre ayant une section transversale en I et comportant une âme, deux talons et un élément de liaison permettant de relier un élément à la poutre, caractérisée en ce que l'élément de liaison comprend une partie comportant une plaque plaquée et fixée à l'âme, une aile reliée à la plaque et plaquée contre un talon, au moins un point d'ancrage relié à la plaque et une nervure qui s'étend entre le point d'ancrage et l'aile. Cette configuration permet de simplifier l'assemblage qui ne comprend plus de phase d'ajustement dans la mesure où élément de liaison ne prend appui que contre l'âme et un seul talon qui offrent des surfaces d'appui sensiblement perpendiculaire ce qui conduit à une liaison isostatique ne nécessitant pas d'ajustement. be préférence, l'élément de liaison comprend deux parties disposées de part et d'autre de l'âme, les parties de l'élément de liaison étant avantageusement 25 symétriques par rapport à l'âme. Selon une première variante, une partie de l'élément de liaison comprend deux ailes reliées à la plaque, lesdites ailes étant reliées par la nervure, et le point d'ancrage est prévu au niveau d'un prolongement relié à une face extérieure d'une des ailes, l'autre aile étant plaquée contre la face intérieure Fi d'un des talons, l'autre talon comprenant une découpe permettant le passage du prolongement. Selon une autre variante, chaque partie comprend un bossage de forme cylindrique avec un axe perpendiculaire à la plaque dans lequel est ménagé de manière coaxiale un trou traversant, l'âme comprenant un orifice disposé dans le prolongement des trous des deux parties qui sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre. Selon cette variante, de préférence, le bossage de chaque partie comprend une face terminale, les faces terminales étant distantes d'une largeur L supérieure à la largeur I du talon. Avantageusement, la plaque comprend des trous pour des fixations disposés de manière symétrique de part et d'autre de la nervure. 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 1 est une vue en perspective d'une poutre sans moyen de liaison, ni renfort, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie d'une poutre comportant un moyen de liaison et un renfort métalliques selon l'art antérieur, - la figure 3A est une vue en perspective d'une poutre intégrant des moyens de liaison selon une première variante de l'invention, - la figure 3B est une coupe transversale de la poutre illustrée sur la figure 3A, - la figure 4A est une vue en perspective d'une poutre intégrant des moyens de liaison selon une autre variante de l'invention, - la figure 4B est une coupe transversale de la poutre illustrée sur la figure 4A. Sur les figures 3A, 3B, 4A et 4B, on a représenté une poutre 40 en matériau composite avec une section transversale en I comportant une âme 42 et deux talons 44, 44', un premier talon 44 étant disposé à une première extrémité de l'âme 42 et un second talon 44' étant disposé à une seconde extrémité de l'âme 32. Ces talons 44, 44' sont perpendiculaires à l'âme et disposés de manière symétrique par rapport au plan de l'âme. L'âme 42 comprend deux faces Fa, Fa' et les talons 44, 44' comprennent des faces intérieures Fi orientées les unes vers les autres. Selon un mode de réalisation, la poutre en matériau composite est obtenue à 10 partir d'un assemblage de préformes, deux préformes en U accolées l'une contre l'autre au niveau des bases des U, et deux préformes sous forme chacune d'une bande, plaquées contre les branches des U. La poutre en matériau composite n'est pas plus décrite car elle est connue de l'homme du métier. 15 La poutre 40 comprend au moins un élément de liaison 46 permettant de relier un élément à la poutre. Selon un mode de réalisation de l'invention, cet élément de liaison 46 comprend deux parties disposées de part et d'autre de l'âme 42, une première partie 48 plaquée contre la face Fa de l'âme et une seconde partie 48' plaquée contre la 20 face Fa' de l'âme. Avantageusement, les parties 48 et 48' sont symétriques par rapport au plan de l'âme. Par conséquent, pour la suite de la description seule la partie 48 est décrite. Selon l'invention, chaque partie 48 comprend une plaque 50 plaquée et fixée à 25 l'âme, une aile 52 reliée à la plaque 50 et plaquée contre la face intérieure d'un talon, au moins un point d'ancrage 54 relié à la plaque 50 et une nervure 56 qui s'étend entre le point d'ancrage 54 et l'aile 52, ladite nervure 56 étant perpendiculaire à la plaque 50 et à l'aile 52. Avantageusement, la nervure est reliée à l'aile 52. La nervure 56 est disposée dans un plan transversal. La nervure 56 assure la stabilisation de l'âme en limitant les risques de déversement. Selon un autre aspect, l'invention permet de limiter la décohésion des nappes de fibres dans la mesure où les efforts de traction sont repris par le point d'ancrage 54 qui est relié directement à la plaque 50 elle-même fixée à l'âme 42. Contrairement à l'art antérieur, dans la mesure où il ne prend appui que contre l'âme et un seul talon, l'élément de liaison 46 n'est pas ajusté à l'écartement entre les faces intérieures des talons 44, 44'. Cette configuration permet de simplifier l'assemblage qui ne comprend plus de phase d'ajustement. Ainsi, l'opération d'assemblage du renfort sur la poutre est plus simple et beaucoup moins couteuse. Elle comprend les phases suivantes : - présentation du renfort, - épinglage du renfort, - perçage des trous définitifs, et - pose des fixations définitives. Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 3A et 3B, une partie 48 de la liaison 46 comprend deux ailes 52 et 58 reliées à la plaque 50, les deux ailes 52 et 58 étant parallèles entre elles et perpendiculaires à la plaque 50, la nervure 56 reliant les deux ailes 52 et 58. Selon ce mode de réalisation, il existe un jeu J entre au moins une des ailes 52, 58 et les talons 44, 44'. Chaque aile 52 et 58 comprend une face extérieure 60, 62 opposée à la face reliée à la nervure 56. Le point d'ancrage 54 est prévu au niveau d'un prolongement 64 relié à une face extérieure 62 d'une des ailes 58, la face extérieure 60 de l'autre aile 52 étant plaquée contre la face intérieure Fi d'un des talons 44'. L'autre talon 44 est espacé de l'aile 58 portant le prolongement 64 d'un jeu J et comprend une découpe 66 permettant le passage du prolongement 64. Le jeu J est de l'ordre de 2 à 6 mm. Selon un mode de réalisation, le prolongement 64 se présente sous la forme d'une plaque triangulaire dont un coté est relié à l'aile 58, le sommet opposé étant arrondi. be préférence, le prolongement 64 est dans le même plan que la plaque 50. Selon un mode de réalisation, le point d'ancrage 54 se présente sous la forme d'un orifice 68 traversant le prolongement 64. Avantageusement, l'aile 58 supportant le point d'ancrage a une longueur (selon la direction longitudinale) supérieure à celle de l'autre aile 52. Selon un mode de réalisation préféré, la partie 48 du renfort est symétrique par rapport à un plan transversal contenant la nervure 56. be préférence, la plaque 50 comprend des trous 70 disposés de part et d'autre de la nervure 56, de préférence de manière symétrique. Selon un mode de réalisation, de chaque côté de la nervure 56, les trous 70 sont disposés selon une première ligne 72 parallèle à la nervure 56 et selon une seconde ligne 74 parallèle à l'aile 58 (parallèle à la direction longitudinale) et faiblement espacée de ladite aile 58. Pour les deux parties 48, les trous 70 sont disposés en vis-à-vis si bien que les 20 mêmes fixations assurent la liaison entre les deux parties 48 et 48' et l'âme 42. Avantageusement, l'aile 52 est reliée par des moyens de liaison 76 au talon 44'. La découpe 66 du talon a une longueur inférieure à celle de l'aile 58 et la partie 48 est positionnée sur la poutre de manière centrée par rapport à la découpe 66. be la sorte, à chaque extrémité de l'aile 58, une portion de l'aile 58 est disposée 25 en vis-à-vis de la face intérieure du talon 44. Ainsi, l'aile 58 reprend localement la fonction de talon de la poutre. Selon ce mode de réalisation, l'interface entre l'élément à relier à la poutre et le point d'ancrage peut être identique à celle de l'art antérieur. Sur les figures 4A et 4C, on a représenté un autre mode de réalisation ne nécessitant aucun aménagement au niveau de la poutre 40. bans ce cas, le point d'ancrage 54 est disposé entre les deux talons 44 et 44'. Selon ce mode de réalisation, chaque partie 48, 48' comprend un bossage 78 de forme cylindrique avec un axe perpendiculaire à la plaque 50. bans ce cas, le point d'ancrage 54 se présente sous la forme d'un trou traversant 80 coaxial au bossage 78. L'âme 42 comprend un orifice 82 disposé dans le prolongement des trous 80 des deux parties 48, 48' qui sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre. Pour assurer une meilleure stabilité, le bossage 78 est le plus éloigné possible de l'aile 52 plaqué contre un premier talon 44', tout en conservant un jeu J entre ledit bossage 78 et le second talon 44. Comme précédemment, le jeu J est de l'ordre de 2 à 6 mm. Selon ce mode de réalisation, la nervure 56 relie le bossage 78 et l'aile 52. Le bossage 78 de chaque partie 48, 48' comprend une face terminale 84, 84', les faces terminales 84 et 84' étant distantes d'une largeur L supérieure à la largeur I du talon 44. La plaque 50 de chaque partie 48, 48' comprend des trous 86 pour des fixations qui sont disposés de part et d'autre de la nervure 56, de préférence de manière 20 symétrique. Avantageusement, la plaque 50 comprend de part et d'autre du bossage des lobes 88 permettant d'écarter les trous 86 du point d'ancrage. Selon ce mode de réalisation, la poutre ne comprend aucun aménagement. En contrepartie, l'interface entre l'élément à relier à la poutre et le point d'ancrage est à aménager. 25 Selon le cas, les parties 48, 48' de la liaison sont métalliques, en matériau composite ou en un assemblage carbone/métal. REVENDICATIONS1. Poutre en matériau composite d'une structure d'un aéronef, ladite poutre ayant une section transversale en I et comportant une âme (42), deux talons (44, 44') et un élément de liaison (46) permettant de relier un élément à la poutre, caractérisée en ce que l'élément de liaison (46) comprend une partie (48, 48') comportant une plaque (50) plaquée et fixée à l'âme (42), une aile (52) reliée à la plaque (50) et plaquée contre un talon, au moins un point d'ancrage (54) relié à la plaque (50) et une nervure (56) qui s'étend entre le point d'ancrage (54) et l'aile (52). 2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de liaison (46) comprend deux parties (48, 48') disposées de part et d'autre de l'âme (42). 3. Poutre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un jeu entre une partie (48, 48') et au moins un talon (44, 44'). 4. Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une partie (48, 48') de l'élément de liaison (46) comprend deux ailes (52, 58) reliées à la plaque (50), lesdites deux ailes (52, 58) étant reliées par la nervure (56). 5. Poutre selon la revendication 4, caractérisée en ce que le point d'ancrage (54) est prévu au niveau d'un prolongement (64) relié à une face extérieure (62) d'une des ailes (58), l'autre aile (52) étant plaquée contre la face intérieure Fi d'un des talons (44'), l'autre talon (44) comprenant une découpe (66) permettant le passage du prolongement (64). 6. Poutre selon la revendication 5, caractérisée en ce que la découpe (66) du talon a une longueur inférieure à celle de l'aile (58) et la partie (48) est 25 positionnée sur la poutre de manière centrée par rapport à la découpe (66). 7. Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque partie (48, 48') comprend un bossage (78) de forme cylindrique avec un axe perpendiculaire à la plaque (50) dans lequel est ménagé de manière coaxiale un trou traversant (80), l'âme (42) comprenant un orifice (82) disposé dans le prolongement des trous (80) des deux parties (48, 48') qui sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre. 8. Poutre selon la revendication 7, caractérisée en ce que la nervure (56) relie le bossage (78) et l'aile (52). 9. Poutre selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le bossage 10 (78) de chaque partie (48, 48') comprend une face terminale (84, 84'), les faces terminales (84, 84') étant distantes d'une largeur L supérieure à la largeur I du talon (44). 10. Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (50) comprend des trous (70, 86) pour des 15 fixations disposés de manière symétrique de part et d'autre de la nervure (56).