Brevet FR2979896A1 — publié le 20130315

ELEMENT DE CADRE DE FUSELAGE D'AERONEF La présente invention concerne la réalisation d'un élément de cadre de fuselage d'aéronef. Sur les avions existants, la zone située entre le plancher passager, la peau avion et les bielles de plancher est nommée triangle. Dans les avions existants, les traverses plancher, les cadres et les bielles sont des pièces simples assemblées entre elles soit de manière rigide notamment par encastrement, soit de manière souple par des articulations. La partie du cadre qui se trouve sous la traverse cargo appelée "cadre de fond de barque" comporte un élément de cadre incurvé et une traverse qui sert de 10 support au plancher cargo. La partie supérieure du cadre comporte elle un élément de cadre incurvé supérieur et une traverse sous laquelle se fixent les coffres à bagage. La jonction entre ces pièces est réalisée au moyen de vis ou de rivets ou autres moyens de fixation. 15 L'assemblage de ces éléments entre eux demande beaucoup de temps du fait du nombre important de fixations à installer, notamment entre la traverse plancher et le cadre supérieur. En particulier, la jonction traverse/cadre doit être réalisée dans une zone où les efforts à faire passer sont relativement importants, c'est à dire pour lesquelles 20 le moment d'encastrement est important. Pour ce faire, les hauteurs des cadres et des traverses sont augmentées localement pour pouvoir implanter toutes les fixations nécessaires à la jonction. Afin de réduire les coûts de fabrication de pièces de membrure et de simplifier la définition des pièces en contact, les cadres peuvent être réalisés avec des profilés filés, des pièces usinées, des pièces pliées ou des pièces assemblées ensemble pour former les éléments de membrure tels que les cadres. Conserver une hauteur constante n'est en général pas possible à la jonction avec les traverses du fait du nombre de fixations à implanter. De fait, le 5 coût de la pièce simple augmente. Le document FR 2 877 916 Al décrit une réalisation particulière pour laquelle un cadre supérieur comporte des bras de liaison directement avec une traverse de plancher et un cadre inférieur. Pour des aéronefs de grande taille un tel cadre supérieur est toutefois 10 encombrant et complexe à réaliser. Parmi les objectifs à la base de la présente invention, on peut noter une réduction des temps et coûts d'assemblage d'un fuselage d'aéronef, une amélioration de la performance de l'avion par une réduction de masse de la structure à iso fonction, une réduction du nombre de pièces constituants l'aéronef 15 et une réduction des coûts de fabrication, les pièces étant plus simples à réaliser. L'invention a en particulier pour but de simplifier le dessin des pièces constitutives de la zone de triangle, des zones cadre de fond de barque et de la partie supérieure du cadre. Pour ce faire la présente invention propose un élément de cadre de 20 fuselage d'aéronef qui comporte une partie de traverse et un tronçon de cadre réunis dans une seule et même pièce. Selon un premier mode de réalisation, l'élément de cadre de fuselage d'aéronef est constitué d'une pièce métallique. L'élément de cadre est avantageusement constitué d'une pièce usinée. 25 Selon un second mode de réalisation, l'élément de cadre est constitué d'une pièce intégrale en matériaux composites. L'élément de cadre comporte avantageusement une partie de traverse, un tronçon de cadre et au moins une bielle, la partie de traverse, le tronçon de cadre et la bielle étant réunis dans une seule et même pièce formant un triangle intégral. 30 L'élément de cadre comporte alors des parties de jonction aux angles du profil général triangulaire. Les parties de jonction étant des zones d'efforts moindres, la hauteur du profil de ces parties reste constante par rapport aux segments reliant les parties de jonctions. Le triangle intégral comporte avantageusement un segment courbe en sorte 5 d'épouser la courbure de la peau de l'aéronef. Selon un mode de réalisation alternatif, le tronçon de cadre est un tronçon incurvé supérieur ou inférieur du cadre de l'aéronef. L'élément de cadre peut alors comporter au moins une bielle reliant le tronçon incurvé supérieur ou inférieur du cadre de l'aéronef et la traverse. 10 L'invention concerne en outre un ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses comportant un élément de cadre selon l'invention pour lequel l'élément de cadre relie un cadre supérieur, une traverse plancher et un cadre inférieur, et comporte un segment remplaçant une bielle plancher. L'un au moins de la traverse plancher, le cadre inférieur et le cadre 15 supérieur est avantageusement de hauteur constante sans renflements au niveau de ses jonctions avec l'élément adjacent. L'invention concerne en outre un ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses comportant un élément de cadre selon le mode de réalisation alternatif de réalisation de l'élément de cadre de l'invention, pour lequel la partie de traverse 20 de l'élément de cadre forme une traverse cargo de l'aéronef ou forme une traverse support de coffres à bagage. L'invention s'applique à un aéronef comportant au moins un ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la 25 lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de l'invention en référence aux dessins qui représentent: en figure 1: un tronçon de fuselage d'aéronef équipé de différents modes de réalisation d'éléments de cadres selon l'invention, aux figures 2A et 2B: deux variantes d'éléments de cadre de fuselage 30 selon un mode de réalisation particulier de l'invention; en figure 3: l'élément de cadre de la figure 2 relié à un cadre supérieur, une traverse de plancher et un cadre inférieur; en figure 4: une vue en perspective de l'assemblage de l'élément de cadre de la figure 3 avec le cadre supérieur et la traverse plancher; en figure 5: une vue en perspective d'une section d'aéronef comprenant des éléments de cadre selon l'invention; aux figures 6A et 6B: des vues de face respectivement d'un assemblage de traverses sur un élément de cadre de l'art antérieur et au moyen de l'élément de cadre de l'invention; aux figures 7A et 7B: deux exemples de systèmes de fixation applicables à l'invention; en figure 8: un troisième exemple de système de fixation applicable à l'invention. L'invention est décrite dans le cadre de la réalisation d'éléments de cadres de fuselage d'aéronefs. Selon la figure 1 représentant un tronçon de fuselage équipé d'éléments de 15 cadres de l'invention, trois éléments de cadre de l'invention sont utilisés pour réaliser un cadre complet et les traverses d'un aéronef. Le premier élément est un élément de cadre 101 dont la partie de traverse 101a forme une traverse cargo de l'aéronef et comportant un segment de cadre inférieur 101b appelé cadre de fond de barque qui est incurvé. 20 Le deuxième élément est un élément de cadre 102 dont la partie de traverse 102a forme une traverse supérieure support des coffres à bagages de l'aéronef et comportant un segment de cadre supérieur 102b incurvé supportant le toit de l'appareil. Le troisième élément 103 est un élément de cadre situé entre un cadre 25 supérieur, une traverse plancher et un cadre inférieur ou traverse cargo. Ils réalisent avec des segments de liaison 4 et 5 des cadres complets sur lesquels est assemblé le fuselage 200 de l'aéronef. La figure 1 représente deux cadres successifs, l'ensemble ou une grande partie des cadres de l'aéronef pouvant être réalisé avec les éléments de cadre de l'invention ensemble ou 30 séparément selon la position et les dimensions des cadres concernés. Les éléments de cadre 101, 102, 103 de fuselage d'aéronef de l'invention peuvent être constitué d'une pièce métallique, notamment une pièce usinée qui présente des caractéristiques mécaniques optimales ou être constitués d'une pièce intégrale en matériaux composites, les éléments de cadre étant alors réalisés par exemple avec une juxtaposition de plis de matériau composite imprégnés d'une résine qui sera polymérisée pour réaliser la pièce finie, les plis pouvant être des plis réalisant les segments de l'élément de cadre et croisés au niveau des parties de jonction ou des plis découpés formant l'ensemble des segments et superposés. La figure 2A représente le troisième élément de cadre 103 constitué d'un cadre de profil général triangulaire qui comporte des parties de jonction aux angles du profil et qui est ajouré en son centre. Selon la figure 2A les parties de jonction 2a, 2b, 2c sont à l'intérieur des sommets du triangle, sur la figure 2B, les parties de jonction 50, 51, 52 sont des excroissances dépassant des sommets du triangle. L'élément de cadre 103 comporte une partie de traverse 1 a, un tronçon de cadre lb et une bielle plancher 1 c réunis dans une seule et même pièce. La figure 3 représente une section d'un cadre complet d'aéronef dans la zone de liaison du cadre supérieur et du cadre inférieur avec l'élément de cadre 103 de l'invention sur laquelle sont représentés un morceau d'une traverse plancher 3, un morceau de cadre inférieur 4 ou traverse cargo et un morceau de cadre supérieur 5. Les parties de jonction 2a, 2b, 2c avec la traverse plancher 3, le cadre supérieur 5 et le cadre inférieur 4 réalisées aux angles de l'élément de cadre de l'invention sont des zones d'efforts moindres que les parties de jonctions antérieures du fait que l'élément de cadre 103 est un triangle réalisé en une pièce unique; la hauteur du profil de ces parties reste sensiblement constante par rapport aux segments 1 a, 1 b, 1 c reliant les parties de jonctions. De même comme les jonctions de pièces sont réalisées dans des zones où les efforts sont moins importants, moins de fixations sont nécessaires pour réaliser les jonctions (triangle / cadre, triangle / traverse) et les pièces n'ont pas besoin d'intégrer des excroissances pour implanter davantage de fixations, les parties de jonction 2a, 2b, 2c peuvent être ainsi dépourvues d'excroissances de renfort. La traverse plancher passager étant connectée avec la pièce triangle dans une zone où les efforts sont moins importants, cette traverse peut être réalisée avec une hauteur constante, ce qui réduit les coûts de fabrication. Notamment la traverse plancher 3 reste de hauteur 1 constante sans renflements au niveau de ses jonctions avec l'élément de cadre comme représenté en figure 6B alors que la traverse a de l'art antérieur représentée à la figure 6A comportait une partie renflée 12 dans sa partie a2 entre la bielle b et la jonction c sur le cadre d par rapport à sa hauteur li dans sa partie centrale al. Enfin, toujours selon la figure 3 l'élément de cadre de l'invention comporte des nervures de renfort 7 formant des raidisseurs qui accroissent sa rigidité dans les zones de transmission d'efforts. Selon la figure 4 représentant les jonctions de l'élément de cadre 103 de 10 l'invention avec la traverse plancher 3 et le cadre supérieur 5, il est possible d'assembler directement les pièces précitées sans éléments intermédiaires. La traverse plancher peut notamment être une poutre à profil en I dont les branches horizontales sont supprimées d'un côté de la poutre dans la zone de jonction avec l'élément de cadre de l'invention pour réaliser une liaison à plat ou 15 par recouvrement. Il est aussi possible d'utiliser des liaisons de l'art antérieur comportant des maillons d'attache supérieur 10 et inférieur 11 telles que représentées à la figure 7A entre une traverse a et un cadre d de l'art antérieur, des liaisons par éclissage 13 comme représenté à la figure 7B pour ces mêmes pièces ou des liaisons 20 boulonnées ou rivetées 12 comme représenté à la figure 8 pour une liaison antérieure avec une traverse a, un cadre d et une bielle b. Comme représenté à la figure 5 représentant une partie de l'aéronef, les éléments de cadre 1 c de l'invention prolongent les parties de cadres supérieures 5 jusqu'aux cadres inférieurs 4 et leurs segments 1 b formant l'hypoténuse du 25 triangle sont courbes en sorte d'épouser la courbure de la peau 6 du fuselage de l'aéronef. La traverse 3, les éléments de cadre 4 inférieur et les éléments de cadre supérieur 5 présentent la même hauteur dans leur zone de jonction avec l'élément de cadre 103 de l'invention formant une pièce triangle intégrale qu'en dehors de 30 cette zone de jonction ce qui simplifie leur fabrication et en diminue le coût. Ainsi, les parties reliées à l'élément de cadre triangle de l'invention présentent la même hauteur dans leur zone de jonction avec la pièce triangle intégrale qu'en dehors de la zone de jonction, en particulier coté traverse plancher et coté cadre inférieur ou traverse cargo, la partie de jonction triangulaire inférieure 2c pouvant en particulier être dimensionnée pour recevoir un cadre inférieur et une traverse cargo séparés. De même que le triangle intégral 103 est installé en lieu et place des pièces assemblées (cadre, bielle, traverse), les pièces intégrales 101 et 102 comprenant un arc et une corde monobloc sont installées dans les zones des traverses cargo ou d'interface avec les boîtes à chapeau (coffres à bagages) en partie supérieure de l'aéronef ce qui réduit le nombre d'assemblages et rend ces parties plus rigides. D'une manière générale, ce principe peut être appliqué pour intégrer une bielle à des éléments structuraux adjacents. Les éléments de cadre 101 et 102 présentent les mêmes avantages que l'élément de cadre 103 et notamment en mode de réalisation particulier intègrent une ou plusieurs bielles 1c comme représenté en figure 1 pour l'élément de cadre inférieur 101. Les éléments de cadre des l'invention peuvent être également être réalisés avec des éléments de cadre à corps creux tels que des profils creux. L'invention n'est pas limitée à l'exemple représenté et notamment d'autres principes de jonction entre les éléments de cadre de l'invention avec les reste des segments de cadre peuvent être envisagés comme la soudure, le collage, le 20 sertissage, des fixations par excentriques, des articulation, des encastrements. De même les jonctions peuvent être des jonction traverse/cadre par recouvrement, des jonctions manillée, des jonctions bord à bord. REVENDICATIONS1 - Elément de cadre (101,102, 103) de fuselage d'aéronef caractérisé en ce qu'il comporte une partie de traverse (1a) et un tronçon de cadre (1b) réunis dans une seule et même pièce. 2 - Elément de cadre de fuselage d'aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pièce métallique. 3 - Elément de cadre de fuselage d'aéronef selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pièce usinée. 4 - Elément de cadre de fuselage d'aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pièce intégrale en matériaux 10 composites. 5 - Elément de cadre (103) de fuselage d'aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une partie de traverse (1a) et un tronçon de cadre (1 b), caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une bielle (1c), la partie de traverse, le tronçon de cadre et la bielle étant 15 réunis dans une seule et même pièce formant un triangle intégral. 6 - Elément de cadre de fuselage d'aéronef selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte des parties de jonction (2a, 2b, 2c, 50, 51, 52) aux angles du profil général triangulaire. 7 - Elément de cadre de fuselage d'aéronef selon la revendication 6 20 caractérisé en ce que les parties de jonction étant des zones d'efforts moindres, la hauteur du profil de ces parties reste constante par rapport aux segments (1a, 1 b, 1c) reliant les parties de jonctions. 8 - Elément de cadre de fuselage d'aéronef selon la revendication 5, 6 ou 7 caractérisé en ce que le triangle intégral comporte un segment (1 b) courbe 25 en sorte d'épouser la courbure de la peau de l'aéronef. 9 - Elément de cadre (101, 102) de fuselage d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le tronçon de cadre est un tronçon incurvé supérieur (102b) ou inférieur (101b) du cadre de l'aéronef. - Elément de cadre (101, 102) de fuselage d'aéronef selon la 30 revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bielle (1c) reliant le 2 9 79896 9 tronçon incurvé supérieur (102b) ou inférieur (101b) du cadre de l'aéronef et la traverse (102a, 101a). 11 - Ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses comportant un élément de cadre selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en 5 ce que l'élément de cadre (103) relie un cadre supérieur (5), une traverse plancher (3) et un cadre inférieur (4), et comporte un segment (1c) remplaçant une bielle plancher. 12 - Ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'un au moins de la traverse plancher (3), le 10 cadre inférieur (4) et le cadre supérieur (5) est de hauteur (I) constante sans renflements au niveau de ses jonctions avec l'élément adjacent. 13 - Ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses comportant un élément de cadre selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que la partie de traverse (101a) de l'élément de cadre (101) forme une traverse cargo de l'aéronef. 14 - Ensemble cadre de fuselage d'aéronef et traverses comportant un élément de cadre selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que la partie de traverse (102a) de l'élément de cadre (102) forme une traverse support de coffres à bagage. 15 - Aéronef comportant au moins un ensemble cadre de fuselage 20 d'aéronef et traverses selon l'une quelconque des revendications 11 à 14.