Brevet FR3000018A1 — publié le 20140627

RAIDISSEUR DE FUSELAGE D'AERONEF, SON PROCEDE DE FABRICATION, ET FUSELAGE D'AERONEF EQUIPE D'UN TEL RAIDISSEUR DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un raidisseur de fuselage d'aéronef, son procédé de fabrication, ainsi qu'un fuselage d'aéronef équipé d'un tel raidisseur. Les raidisseurs dont il est ici question peuvent être des raidisseurs transversaux des fuselages d'aéronefs, notamment des cadres circulaires faisant le tour du fuselage (soit complet, soit interrompu par le train d'atterrissage, par exemple), ou des traverses s'étendant au niveau des planchers, ou encore des raidisseurs longitudinaux tels que des lisses ou des longerons, ou encore d'autres nervures. Une conception traditionnelle de cadre, représentée à la Figure 1, montre que le cadre 1 circulaire peut être constitué par un profilé en forme de S, comprenant une âme 2, ainsi que deux ailes extrêmes 3 et 4. Le cadre 1 est fixé à la peau du fuselage 5 par l'intermédiaire d'un stabilisateur 6 et d'une cornière (clip) 7. Le stabilisateur 6 et la cornière 7 sont fixés au fuselage 5 par des moyens de fixation 8 tels des rivets, au travers de lisses 9 qui sont des raidisseurs longitudinaux. Le cadre 1 leur est fixé par des moyens de fixation 8 analogues. Le stabilisateur 6 comprend essentiellement une nervure oblique et s'étendant dans un plan longitudinal de l'aéronef, c'est-à-dire perpendiculaire à celui de l'âme 2. La cornière 7 comprend une aile s'appuyant sur les lisses 9 et une autre aile s'étendant parallèlement à l'âme 2, à laquelle elle est fixée. Ce dispositif traditionnel a l'inconvénient d'être compliqué, comme la Figure 2, qui illustre un secteur de fuselage entier, le fait bien percevoir. La complexité de l'assemblage engendre aussi des difficultés pour respecter les tolérances. Le stabilisateur 6 et la cornière 7 sont toutefois utiles pour placer le cadre 1 à quelque distance de la peau du fuselage Set donc augmenter la rigidité de ce dernier. Une autre solution est proposée dans le document US-2012/0006940-A, qui consiste en des raidisseurs transversaux améliorés, ayant une structure simple et facile à intégrer au fuselage. Ce raidisseur comporte une section quadrangulaire creuse et fermée, trapézoïdale, formée par une embase à fixer à d'autres portions du fuselage, un côté de sommet opposé à l'embase, et deux côtés montants reliant l'embase au côté de sommet. Il possède une grande résistance lors des surcroîts de contraintes subis quand apparaît un dommage à proximité. L'embase pouvant être fixée directement au fuselage à travers les lisses, le stabilisateur et la cornière deviennent inutiles. Les côtés montants et le côté de sommet garantissent qu'une quantité suffisante de la matière du raidisseur est éloignée de la peau du fuselage, ce qui maintient la rigidité de sa structure. On cherche avec l'invention à obtenir un raidisseur analogue par un procédé de fabrication simple, en acceptant une légère variation de sa section. En effet, les procédés envisagés dans US-2012-0006940 - A comprennent le moulage pour les matières métalliques, ou la pultrusion et le drapage pour les matières composites, ce qui implique soit la fabrication de moules ou d'autres outils de mise en forme, soit des manipulations assez longues. Conformément à l'invention présente, le raidisseur est fabriqué en repliant une tôle métallique à des lignes de séparation entre ses différents côtés, ces lignes devenant les arêtes du profilé. Il est extrêmement facile d'accomplir ce pliage sur une machine connue, par exemple en faisant avancer la tôle entre des galets tournants qui la déforment. La déformation ne s'accompagne pas de contraintes internes importantes, pas plus que la courbure du profilé, qui est en général nécessaire pour adapter le profilé à la courbure de la portion du fuselage sur laquelle il devra être installé. En effet, le profilé comprend une embase formée de deux portions distinctes, qui sont des bords opposés de la tôle d'origine : sa section est donc discontinue, les bords opposés étant les extrémités. Le raidisseur est alors plus facilement déformable, ce qui lui permet d'absorber moins de contraintes internes à la fabrication, mais aussi d'être éventuellement retouché sans grande difficulté au montage si, par exemple, il doit être légèrement déformé. Il faut ajouter que cette déformabilité ne s'accompagne pas d'une perte importante de rigidité, puisque les contraintes les plus importantes que peut subir le profilé seront dans la partie du raidisseur qui est complémentaire à l'embase et se dresse au-dessus du fuselage, c'est-à-dire dans la partie continue de la section, et que les deux portions de l'embase seront toutes deux rivetées, ou maintenues par d'autres moyens, sur le fuselage, ce qui maintiendra la section du profilé pendant son service et rétablira une rigidité comparable à celle du profilé antérieur à la section fermée, même si les bords ne sont pas fixés directement l'un à l'autre. Les bords de la tôle, qui forment l'embase, sont souvent superposées l'un à l'autre et peuvent être alors fixés au fuselage par les mêmes moyens de fixation, mais cette superposition n'est pas indispensable à une bonne réalisation de l'invention. On peut d'ailleurs envisager que le profilé ait une section évolutive, si par exemple il est fabriqué avec des lignes de pliage non parallèles, de sorte que les bords opposés peuvent se superposer sur une partie seulement de la longueur du profilé. Un des côtés montants au moins est avantageusement ajouré pour donner accès à l'intérieur du raidisseur et permettre notamment de le fixer commodément, tout en allégeant le raidisseur, sans perte importante de rigidité. Le raidisseur conforme à l'invention peut être notamment un cadre circulaire, sans que d'autres genres de raidisseurs ou de nervures soient exclus. Il peut ainsi être un raidisseur transversal rectiligne de plancher ou un raidisseur longitudinal. On peut facilement attribuer à la section du raidisseur une hauteur variable depuis l'embase jusqu'au côté du sommet, pour tenir compte des différentes contraintes d'aménagement, ou accroître la rigidité là ou elle est le plus nécessaire. Un autre aspect de l'invention est un fuselage d'aéronef équipé de tels raidisseurs. Un autre aspect intéressant de l'invention est que les cavités des raidisseurs peuvent être exploitées, notamment en y logeant des câbles, des canalisations, ou des tuyaux de ventilation. L'invention concerne encore le procédé de fabrication de tels raidisseurs par repliage d'une tôle métallique à des lignes de séparation formant les côtés. L'invention sera maintenant décrite plus complètement en liaison aux Figures suivantes, données à titre illustratif : - la Figure 1, déjà décrite, illustre un raidisseur connu ; - la Figure 2 illustre la disposition de ce raidisseur dans un fuselage ; - la Figure 3 illustre un raidisseur suivant l'invention ; - la Figure 4 représente une variante de réalisation ; - les Figures 5a et 5b; 6a et 6b; et 7a et 7b, trois étapes de l'assemblage des raidisseurs au fuselage ; - la Figure 8, la disposition du raidisseur conforme à l'invention dans le fuselage ; - la figure 9, une variante de réalisation du raidisseur ; - la figure 10, le déroulement d'un procédé de pliage ; - la figure 11, la tôle de départ du raidisseur ; - et la figure 12, une autre tôle. On passe à la description de la Figure 3. Le raidisseur 10 conforme à l'invention a une section creuse, de grande rigidité, et comprenant une embase 11, à poser et fixer sur le fuselage 5, et une portion complémentaire à l'embase 11 et qui se dresse au-dessus du fuselage 5. Dans la réalisation représenté, la section du raidisseur 10 est quadrangulaire et trapézoïdale (d'autres formes seraient possibles), et ladite portion complémentaire à l'embase 11 comprend un côté de sommet 12 pouvant être parallèle à l'embase 11 - sans que ce soit nécessaire - et deux côtés montants 13 et 14, joignant respectivement les bords de l'embase 11 à ceux du côté de sommet 12. L'embase 11 est composée de deux bords 15 et 16 opposés du profilé composant le raidisseur 10. Quoique la section du raidisseur 10 soit creuse, il peut ainsi être fabriqué à partir d'une simple tôle, pliée de manière à former les différents côtés de la section trapézoïdale. Les bords 15 et 16 ne sont pas fixés directement l'un à l'autre, mais les moyens de fixation 8 les assemblent tous deux au fuselage 5 et éventuellement aux lisses 9. Les bords 15 et 16 sont ici superposés, sans que ce soit nécessaire ; s'ils sont superposés, les mêmes moyens de fixation 8 peuvent les fixer à la fois. La hauteur des côtés montants 13 et 14, ainsi que la continuité de la section à travers la portion complémentaire à l'embase 11, apporte la rigidité nécessaire à la structure assemblée et permet d'abandonner les pièces intermédiaires de fixation que sont les stabilisateurs 6 et les cornières 7 visibles sur la Figure 1, et d'assembler directement le raidisseur 10 au fuselage 3. Des ouvertures appelées lumières 17 traversent éventuellement un des côtés montants 14 et permettent d'accéder à la cavité interne au raidisseur 10, entre autres pour faciliter l'assemblage et le serrage des moyens de fixation 8 ou loger des câbles dans le raidisseur 10. La section creuse assure la rigidité du raidisseur 10, notamment à l'égard du flambage, et sa stabilité. L'embase 11 sera en général plus large que le côté de sommet 12, et les côtés montants 13 et 14 seront alors à un angle non nul ; un des côtés montants 13 pourra être perpendiculaire à l'embase 11 et au côté de sommet 12, et l'autre (14) oblique. Les lumières 17 permettent aussi d'alléger le raidisseur 10 sans beaucoup diminuer sa rigidité. Elles sont ici ménagées à travers le côté montant 14, qui est oblique. Les bords des lumières 17 peuvent être raidis par l'intermédiaire d'un bord tombé, qui peut être formé par la matière même du profilé après un estampage final, ou par une pièce rapportée. La figure 9 illustre un tel bord tombé 40 entourant une des lumières 17, tel qu'on peut le réaliser par estampage du côté montant 14. Le raidisseur 10' de cette Figure 9 est semblable au précédent si ce n'est que son côté de sommet 12' est plus large et que les bords 15 et 16 de l'embase 11' ne sont pas superposés mais en prolongement l'un de l'autre, et tous deux touchent le fuselage 5. Un tel raidisseur 10' a des propriétés semblables à celles du précédent. D'autres formes de la section pourraient aussi être envisagées, comprenant d'autres proportions ou d'autres nombres ou d'autres genres de côté, tant que la section du raidisseur 10 ou 10' reste creuse et continue, sauf entre les bords 15 et 16 opposés, qui appartiennent tous deux à l'embase 11 ou 11' et doivent être fixés au fuselage 5. Le procédé de fabrication pourra consister en le pliage d'une bande de tôle plane au départ. Un profilé filé plat pourra également être utilisé dans le cas d'une matière métallique ainsi qu'on l'a mentionné, les lumières 17 étant usinées ou estampées ensuite. Les déformations accidentelles à la fabrication, par cuisson ou usinage par exemple, et les libérations de contraintes internes seront peu importantes, ce qui améliorera la cohésion de la structure assemblée, facilitera l'assemblage et diminuera les rebuts. De même, l'assemblage sera facilité par la liaison directe des raidisseurs 10 au fuselage 5, qui permettra de satisfaire plus facilement aux tolérances. La Figure 4 illustre que le raidisseur 10 peut avoir une section variable, et notamment que sa hauteur entre l'embase 11 et le côté de sommet 12 peut être croissante, ce qui est facile à réaliser avec des lignes de pliage obliques. Une telle disposition peut être recherchée pour donner une résistance plus forte au raidisseur 10 à certains endroits, ou au contraire un encombrement plus réduit à d'autres. D'autres dimensions du raidisseur 10 peuvent encore être rendues variables en choisissant de plier la tôle d'origine autour de lignes de pliage non parallèles entre elles, ou de partir avec une tôle de largeur variable. On peut ainsi faire la largeur du côté de sommet 12 ou celle de l'embase 11. Les bords 15 et 16 peuvent alors être superposés seulement sur une partie de la longueur du raidisseur 10. L'assemblage des raidisseurs 10 à leur environnement peut s'effectuer de la façon suivante, dans le cas où les raidisseurs 10 forment des cadres circulaires de raidissage ou des secteurs de tels cadres. Les Figures 5a et 5b montrent que les raidisseurs 10 peuvent être placés sur un outillage 20 en forme de peigne et comprenant une structure de support avec un montant 21 muni de pions de centrage 22 pour chacun des raidisseurs 10, qui sont munis de trous de centrage à cet effet. Un autre outillage 23, représenté aux Figures 6a et 6b, et porteur d'un secteur de fuselage 24, comprenant un secteur de peau et les lisses correspondantes, est approché de l'outillage 20. Cet outillage 23 comprend une branche supérieure 25 et une branche inférieure 26 obliques, formant une concavité dans laquelle s'étend le secteur de fuselage 24, qui est retenu aux extrémités des branches 25 et 26 par d'autres pions 27, sans tension. Le secteur de fuselage 24 peut ensuite être appuyé sur le contour des raidisseurs 10, leur être fixé par rivetage, collage ou autre, puis l'outillage 23 est retiré (Figures 7a et 7b). Les secteurs de fuselage 24 porteur des raidisseurs 10 sont ensuite joints et assemblés entre eux, les raidisseurs 10 formant alors des cadres circulaires de raidissage. Un agencement possible du fuselage est représenté à la Figure 8. Les raidisseurs 10 forment donc des cadres circulaires rivetés principalement aux lisses 9 et munis de crans aux endroits où ils croisent leurs nervures 28. Les semelles 29 des lisses 9, en contact avec la peau 5 et auxquelles les cadres sont rivetés, comprennent éventuellement des élargissements 30 à l'endroit des raidisseurs 10, qui s'étendent jusqu'aux élargissements 30 des lisses 9 voisines, afin de permettre aux raidisseurs 10 de s'appuyer sur les semelles 29 sur tout leur pourtour. Les secteurs des raidisseurs 10 sont assemblés entre eux par des éclisses intermédiaires, qui sont des plaques de liaison qui les joignent en leur étant rivetées et qui sont connues dans l'état de l'art. Les dimensions des raidisseurs 10 peuvent varier entre chaque secteur selon les besoins de résistance ou les contraintes d'aménagement par exemple. Les principes de l'invention peuvent être utilisés pour construire non seulement les cadres 31 circulaires, mais des cadres de portes ou encore des traverses 32 (Figure 8) qui s'étendent sous le plancher de la cabine (non représenté), au-dessous de rails 33 dont les rails de sièges. Les traverses 32 sont assemblées, et notamment rivetées aux rails 33. Elles sont elles aussi formées des raidisseurs 10 décrits. Leur section quadrangulaire et plus généralement creuse leur permet de bien résister à la torsion. Les traverses 32 peuvent avantageusement être unies par leurs extrémités aux côtés montants 13 des cadres 31. Ces extrémités 34 peuvent être détourées ou découpées de manière à dégager la face en appui sur les cadres 31 et qui leur sera rivetée. Les cadres 31 peuvent, en cas de besoin, présenter une largeur plus importante à l'endroit de ce raccordement afin de le faciliter. Les cadres 31 et les traverses 32 peuvent recevoir des câbles ou des tuyauteries ou des conduits de ventilation 35 dans leur section creuse, qu'on introduit par les lumières 17. Le principe de profil fermé réalisé par pliage résistant aux grands dommages peut aussi être utilisé dans les voilures, les caissons de voilure, les empennages horizontaux ou verticaux, les lisses, les raidisseurs de fuselage, etc. La figure 10 (10a, b, c, d, e, f) illustre les étapes successives de fabrication du raidisseur 10 par pliages successifs de quatre lignes 41, 42, 43 et 44 d'une tôle 45 plate au départ, pour former l'un après l'autre les côtés 12, 13, 14 et les bords 15 et 16. Les lumières 17 sont formées ici à l'étape finale, par usinage. La tôle 45 est représentée à la figure 11, avec la trace des lignes de pliage 41 à 44. Si elles sont parallèles, la section du raidisseur 10 sera uniforme ; mais cela n'est pas nécessaire, et la figure 12 illustre une autre tôle 45' adaptée à la réalisation de la figure 4, où les lignes de pliage 41' et 44' latérales sont divergentes de même que les bords latéraux de la tôle 45', ce qui donnera bien les côtés montants 13 et 14 de hauteur croissante. REVENDICATIONS1) Raidisseur (10) de fuselage d'aéronef, ayant une section creuse et comprenant une embase (11) à poser sur le fuselage (5) et une portion (12, 13, 14) complémentaire à l'embase (11) qui se dresse au-dessus du fuselage, caractérisé en ce que l'embase est discontinue et composée de deux bords opposés de la section du raidisseur, lesdits bords opposés étant tous deux à fixer au fuselage. 2) Raidisseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la portion complémentaire à l'embase comprend un côté de sommet (12) opposé à l'embase, et deux côtés montants (13, 14) reliant l'embase (11) au côté de sommet (12), la section creuse étant quadrangulaire. 3) Raidisseur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords opposés (15, 16) sont superposés sur au moins une partie de la longueur du raidisseur. 4) Raidisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le côté de sommet (12) est moins large que l'embase (11). 5) Raidisseur selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un des côtés montants (14) est muni d'ouvertures (17). 6) Raidisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ouvertures (17) sont munies de bords raidis. 7) Raidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est un cadre circulaire (31, 32). 8) Raidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est soit un raidisseur longitudinal, soit une traverse de plancher. 9) Raidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une hauteur variable entre l'embase (11) et le côté de sommet (12). 10) Procédé de fabrication d'un raidisseur de fuselage d'aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste àreplier une tôle (45) métallique à des lignes de séparation (41, 42, 43, 44) entre l'embase, les côtés montants et le côté de sommet. 11) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les lignes de séparation sont parallèles entre elles. 12) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que certaines des lignes de séparation sont non parallèles entre elles. 13) Fuselage d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte des raidisseurs (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 14) Fuselage d'aéronef suivant la revendication 13, caractérisé en ce que des câbles ou des tuyauteries (35) s'étendent dans certains desdits raidisseurs. 15) Fuselage d'aéronef suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le raidisseur est monté sur d'autres raidisseurs (9) en les croisant, et lesdits autres raidisseurs sont élargis (30) jusqu'à se toucher sous le raidisseur.