Brevet FR3014410A1 — publié le 20150612

CHARNIERE D'AERONEF DISPOSEE ENTRE UN PANNEAU MOBILE ET UNE STRUCTURE PORTEUSE DESCRIPTION Cette invention concerne une charnière d'aéronef, disposée entre un panneau mobile d'aéronef pouvant consister en un aileron ou une gouverne, et une structure porteuse appartenant à l'aéronef, pouvant être une aile ou un autre élément lié au fuselage. Les ailerons et gouvernes doivent être inclinés à volonté pour modifier la trajectoire de l'aéronef. Ils sont donc articulés aux structures qui les portent par des charnières. On emploie en général des charnières d'un genre répandu, comprenant un pivot fixé à la structure porteuse, sur lequel les panneaux mobiles viennent en prise par des chapes tournantes. L'orientation des panneaux est déterminée par la commande d'actionneurs tels que des vérins, dont les extrémités opposées sont articulées aux panneaux et à la structure porteuse, un bras de levier étant formé sur les panneaux entre l'axe de rotation et le point d'articulation de l'actionneur. On peut toutefois considérer que ces charnières sont relativement volumineuses et pesantes. Des précautions doivent aussi être prises contre des risques de blocage, puisque plusieurs charnières doivent en pratique être utilisées simultanément pour soutenir chacun des panneaux, en les répartissant sur la ligne de jonction entre le panneau et la structure porteuse : l'alignement entre les axes des charnières doit être parfaitement respecté, ce qui oblige à construire une charnière fixe et les autres flottantes, c'est-à-dire avec un jeu de débattement. Cette liberté doit toutefois être conciliée avec la nécessité de retenir le panneau contre des déplacements excessifs en raison des forces aérodynamiques ou de la gravité, ce qui oblige à ajouter des dispositifs d'arrêt et complique encore le montage. Un dispositif simplifié a été proposé dans le document US 5 463 794 A et consiste en une charnière se présentant sous l'aspect d'une lame flexible, dont les extrémités opposées sont encastrées sur la structure porteuse et le panneau. Un point de pivotement est formé sur la charnière en l'entaillant à son milieu, de manière à lui donner localement une épaisseur réduite. Les actionneurs imposent alors sensiblement des déformations de la lame en lui faisant prendre des angles variables, dont le sommet coïncide avec le lieu de l'entaille. Cette conception ne semble toutefois guère admissible, puisque les angles formés par la lame doivent rester très petits pour éviter des contraintes mécaniques plastiques autour de l'entaille. On peut encore craindre soit des fissurations par fatigue dans le cas de lames métalliques, soit des délaminations dans le cas de lames composites formées de couches empilées. Le sujet de l'invention est une charnière d'un genre différent, dont les caractéristiques principales sont une simplicité de constitution jointe à une résistance mécanique fiable, et qui est susceptible d'améliorer la conception traditionnelle, en permettant des montages simplifiés entre le panneau mobile d'aéronef et la structure qui le porte, sans comporter de points faibles comme dans la conception du document susmentionné. Sous une forme générale, l'invention concerne ainsi un ensemble comprenant un panneau d'un aéronef et une structure porteuse de l'aéronef et une charnière positionnée entre le panneau et la structure porteuse. L'invention est remarquable en ce que la charnière comprend au moins deux lames réalisées en un matériau flexible et élastique, chacune des lames comprenant une première extrémité fixée au panneau, une deuxième extrémité opposée fixée à la structure porteuse et une partie intermédiaire libre entre le panneau et la structure porteuse, et en ce que les parties intermédiaires se croisent en un point de croisement. Préférentiellement, l'ensemble selon l'invention comprend également une première languette associée au panneau et une deuxième languette associée à la structure porteuse, telles que : les première et deuxième languettes comprennent chacune une face inférieure et une face supérieure ; les premières extrémités des deux lames sont fixées chacune sur une face de la première languette ; et - les deuxièmes extrémités sont fixées chacune sur une face de la deuxième languette, en opposition aux premières extrémités par rapport au point de croisement. Selon une variante de réalisation, la charnière de l'ensemble selon l'invention comprend au moins trois lames agencées avec des inclinaisons alternées le long de la direction de jonction du panneau à la structure porteuse. Selon une autre variante de réalisation, la charnière de l'ensemble selon l'invention comprend une feuille souple couvrant les lames et fixée par des bords opposés au panneau et à la structure porteuse. Selon encore une autre variante de réalisation, la charnière de l'ensemble selon l'invention comprend un bloc d'élastomère dans lequel les lames sont noyées. Dans un mode préféré de réalisation, l'ensemble selon l'invention comprend un actionneur articulé entre le panneau et la structure porteuse et agencé sous la charnière. Selon une variante préférée de ce mode de réalisation, l'ensemble selon l'invention comprend également un premier point d'articulation sur la structure porteuse et un deuxième point d'articulation sur le panneau, et l'actionneur comprend une première extrémité assemblée à la structure porteuse sur le premier point d'articulation et une deuxième extrémité assemblée au panneau sur le deuxième point d'articulation. Dans cette variante de réalisation, le second point d'articulation de l'ensemble selon l'invention est aligné avec le point de croisement selon un axe perpendiculaire à un axe longitudinal de l'actionneur passant par la première et la deuxième extrémité de l'actionneur. Enfin, l'invention concerne un aéronef comprenant un ensemble selon l'invention. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en liaison aux figures suivantes, qui représentent les différents aspects et caractères de certains modes de réalisation non exclusif d'autres : - la figure 1 est une vue d'une première réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre le mécanisme de la charnière ; - la figure 3 illustre la charnière en perspective ; - les figures 4 et 5 illustrent deux variantes de réalisations ; - et la figure 6 représente un autre mode de réalisation. Dans le mode de réalisation décrit à la figure 1, le bord de fuite d'une aile 1 est représenté dans la direction transversale de l'aéronef. L'aile 1 est prolongée par un aileron 2 et lui est reliée par une charnière 3, qu'on décrira en détail au moyen de la figure 2. La charnière 3 comprend deux lames 4 et 5 élastiques et flexibles, juxtaposées dans la ligne de jonction entre l'aile 1 et l'aileron 2 (ici, la direction transversale de l'aéronef), et dont chacune comprend une première extrémité, respectivement 6 et 7, fixée à l'aileron 2, et une deuxième extrémité, respectivement 8 et 9, opposée à la précédente et fixée à l'aile 1. Les fixations se font ici plus précisément sur des languettes 10 et 11 rigides, appartenant respectivement à l'aileron 2 et à l'aile 1 et munies chacune d'une face supérieure et d'une face inférieure parallèles. Les languettes 10 et 11 ont sensiblement la même épaisseur et sont situées au même niveau, sont donc sensiblement en regard l'une de l'autre, lorsque l'aileron et l'aile sont assemblés. La première extrémité 8 de la lame 4 est fixée à la surface inférieure de la languette 11 et son extrémité opposée 6 est fixée à la face supérieure de la languette 10; la disposition inverse existe pour la lame 5, dont la première extrémité 9 est fixée à la face supérieure de la languette 11 et l'extrémité opposée 7 à la face inférieure de la languette 10. Ainsi, les lames 4 et 5 ont des inclinaisons opposées et, dans le sens de lecture de la gauche vers la droite, la lame 4 est appelée "lame montante" et lame 5 est appelée "lame descendante". Vues selon la direction de la jonction entre l'aile 1 et l'aileron 2, les lames 4 et 5 ont une disposition en X; les lames 4 et 5 se croisant en un point de croisement référencé par 12. Le dispositif est complété par un actionneur 13 (visible sur la figure 1), qui est un vérin dont une première extrémité 13a est assemblée à l'aile 1 sur un premier point d'articulation 14 et une deuxième extrémité 13 b est assemblée à l'aileron 2 sur un deuxième point d'articulation 15. L'actionneur 13 est agencé sous la charnière 3 tel que : - l'axe longitudinal de l'actionneur 13 est confondu avec la droite passant par les points d'articulation 14 et 15 et parallèle à l'axe longitudinal de la charnière 3, passant par les extrémités 8 et 7 de la charnière ; et le point d'articulation 15 de l'actionneur 13 est aligné avec le point de croisement 12 de la charnière 3 dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'actionneur 13. Quand une variation de longueur de l'actionneur 13 est commandée, les lames 4 et 5 plient (figure 2) et la charnière 3 se déforme, provoquant ainsi la rotation de l'aileron 2 autour d'un axe 16 de rotation (non matériel). L'axe 16 est intrinsèque au montage de l'ensemble charnière 3 + actionneur 13 sur l'aile 1 et l'aileron 2. L'axe 16 est aligné avec le point de croisement 12 et le point d'articulation 15 et est situé entre ces deux points, généralement à peu de distance du point de croisement 12 des lames 4 et 5. La composante de distance entre l'axe 16 et le point d'articulation 15, dans la direction perpendiculaire à la direction d'extension de l'actionneur 13, forme ainsi un bras de levier R, qu'on peut avantageusement choisir aussi grand que possible pour exercer un même effort de rotation sur l'aileron 2, au moyen d'un actionneur 13 plus faible et donc plus petit et léger. Les lames 4 et 5 peuvent être construites en métal (acier, titane, etc.), ou en matériau composite, selon qu'on veut privilégier les caractéristiques d'élasticité, de résistance à la fatigue, ou autres. La charnière 3 peut comprendre d'autres lames, ainsi que le représente la figure 3 : elle comprend encore une lame 17 semblable à la lame 4 et deux lames 18 et 22 semblables à la lame 5. Une telle disposition permet de renforcer la charnière 3 et d'accroître sa stabilité contre des mouvements de torsion. Il est avantageux pour cela d'alterner les lames 4 et 17 « montantes » de l'aile 1 à l'aileron 2 et les lames 5, 18 et 22 « descendantes ». L'aspect de la charnière 3 peut être amélioré si elle est couverte d'une feuille souple 19 (figure 4), dont les extrémités sont fixées aux faces supérieures des languettes 10 et 11, ou si les lames 4 et 5 sont noyées dans un bloc d'élastomère 20 (figure 5). La figure 6 représente une variante de réalisation, applicable à un panneau déporteur 21, adossé à un volet fixe 23, qui prolonge l'aile 1 vers l'arrière. Les caractéristiques du mode de réalisation précédent ne sont pas modifiées ; on observe simplement quelques variations de formes ou de dimensions de nature secondaire. L'invention pourrait être appliquée à tout autre panneau orientable de l'aéronef, par exemple à l'empennage arrière. Le nombre de charnières 3, pour chaque panneau mobile, sera déterminé selon des normes de sécurité pour maintenir la résistance de la jonction et un bon respect de la cinématique de rotation, même en cas de rupture d'une des charnières 3. L'élasticité modérée des lames 4 et 5 dans les directions autres que la flexion, permet toutefois d'augmenter le nombre de charnières 3 sans devoir utiliser de dispositifs flottants destinés à rétablir l'isostaticité du montage. REVENDICATIONS1. Ensemble comprenant un panneau (2) d'un aéronef et une structure porteuse (1) de l'aéronef, l'ensemble comprenant également une charnière (3) positionnée entre le panneau (2) et la structure porteuse (1), caractérisée en ce que la charnière (3) comprend au moins deux lames (4, 5) réalisées en un matériau flexible et élastique, chacune des lames comprenant une première extrémité (6, 7) fixée au panneau, une deuxième extrémité (8, 9) opposée fixée à la structure porteuse et une partie intermédiaire libre entre le panneau et la structure porteuse, et en ce que les parties intermédiaires se croisent en un point de croisement (12). 2. Ensemble selon la revendication 1, comprenant également une première languette (10) associée au panneau (2) et une deuxième languette (11) associée à la structure porteuse (1), les première et deuxième languettes comprenant chacune une face inférieure et une face supérieure, l'assemblage étant caractérisé en ce que : - les premières extrémités (8,9) des deux lames (4,5) sont fixées chacune sur une face de la première languette (10) ; et - les deuxièmes extrémités (6,7) sont fixées chacune sur une face de la deuxième languette, en opposition aux premières extrémités par rapport au point de croisement (12). 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la charnière (3) comprend au moins trois lames (4, 5, 17, 18, 22) agencées avec des inclinaisons alternées le long de la direction de jonction du panneau (2) à la structure porteuse (3). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la charnière (3) comprend une feuille souple (19) couvrant les lames (4, 5, 17, 18, 22) et fixée par des bords opposés au panneau (2) et à la structure porteuse (1). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la charnière (3) comprend un bloc d'élastomère (20) dans lequel les lames (4, 5, 17, 18, 22) sont noyées. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il comprend un actionneur (13) articulé entre le panneau (2) et la structure porteuse (1) agencé sous la charnière. 7. Ensemble selon la revendication précédente, comprenant également un premier point d'articulation (14) sur la structure porteuse (1) et un deuxième point d'articulation (15) sur le panneau (2), caractérisé en ce que l'actionneur comprend une première extrémité (13a) assemblée à la structure porteuse (1) sur le premier point d'articulation (14) et une deuxième extrémité (13b) assemblée au panneau sur le deuxième point d'articulation (15). 8. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le second point d'articulation (15) est aligné avec le point de croisement (12) selon un axe perpendiculaire à un axe longitudinal de l'actionneur passant par la première (13a) et la deuxième extrémité (13b) de l'actionneur. 9. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte une charnière selon l'une quelconque des revendications précédentes.