Brevet FR3035639A1 — publié le 20161104

DISPOSITIF DE RENFORCEMENT DYNAMIQUE D'UNE STRUCTURE D'AERONEF, PROCEDE DE PILOTAGE DUDIT DISPOSITIF DE RENFORCEMENT DYNAMIQUE L'invention se rapporte à un dispositif de renforcement dynamique d'une structure d'aéronef ainsi qu'à un procédé de pilotage dudit dispositif de renforcement dynamique. Dans le domaine aéronautique, certaines structures d'un aéronef sont soumises à des charges qui varient. Lors de leurs conceptions, ces structures sont dimensionnées en fonction de la charge maximale à laquelle elles sont soumises durant l'exploitation de l'aéronef. Pour une structure comme une poutre ventrale d'un aéronef par exemple, les périodes pendant lesquelles la charge maximale est appliquée sont limitées. Le reste du temps, la structure est surdimensionnée pour les charges auxquelles elle est soumise et qui sont inférieures à la charge maximale. De manière générale, le surdimensionnement des structures va à l'encontre des objectifs d'un concepteur d'aéronef qui cherche au contraire à réduire la masse embarquée pour réduire la consommation en carburant. Dans le domaine de l'automobile, on connait d'après le document EP-1.294.605 un procédé permettant de renforcer une portion d'une structure creuse longiligne. Ce procédé consiste à disposer une vessie gonflable à l'intérieur de la structure creuse, à remplir la vessie avec un matériau de renforcement activable à la chaleur puis à chauffer l'ensemble pour activer le matériau de renforcement. Lors de son activation, le matériau de renforcement se dilate et gonfle la vessie placée à l'intérieur de la structure creuse. Le matériau de renforcement peut être liquide, pâteux ou solide. Selon un mode de réalisation, le matériau de renforcement se présente sous la forme de granules solides. Ainsi, il est possible de pomper les granules solides pour les injecter dans la vessie gonflable. Même si le matériau de renforcement a une masse volumique inférieure à celle du matériau de la structure creuse, sa présence à l'intérieur de la structure creuse conduit à augmenter la masse globale de la structure creuse. 3035639 2 Par conséquent, ce procédé de renforcement n'est pas adapté au domaine aéronautique dans lequel on cherche à réduire la masse embarquée. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de renforcement d'une structure d'un 5 aéronef, ledit dispositif de renforcement comprenant au moins un raidisseur qui comporte au moins une cavité et qui est relié à ladite structure. Ce dispositif de renforcement se caractérise en ce qu'il comprend au moins une alimentation en fluide sous pression reliée à la cavité et un système de pilotage configuré pour contrôler ladite alimentation en fluide sous pression afin de réguler une pression du fluide sous pression à l'intérieur de la cavité en 10 fonction des besoins de renforcement de ladite structure. Selon l'invention, lors de sa conception, la structure à renforcer est dimensionnée de manière à pouvoir résister à des efforts de compression en dessous d'un certain seuil lorsque le raidisseur n'est pas activé et sa cavité ne contient pas de fluide sous pression. Lorsque le raidisseur est activé, la structure supporte des efforts de compression maximaux. 15 Cette conception permet de réduire la masse de la structure. De préférence, le système de pilotage comprend au moins une vanne autorisant ou non un écoulement du fluide sous pression vers la cavité. Avantageusement, le système de pilotage comprend au moins une pompe permettant de réguler la pression du fluide sous pression alimentant la cavité. 20 Selon une autre caractéristique, le système de pilotage comprend un asservissement configuré pour contrôler la vanne et/ou la pompe. Selon un mode de réalisation, le système de pilotage comprend : - au moins un capteur positionné sur la structure et relié à l'asservissement qui, en fonction de la valeur mesurée par ledit capteur, contrôle l'alimentation en fluide sous 25 pression de la cavité, et/ou - une commande positionnée dans un poste de pilotage et actionnable par un pilote, ladite commande étant reliée à l'asservissement qui, en fonction de l'activation de ladite commande, contrôle l'alimentation en fluide sous pression de la cavité, et/ou - au moins un élément indiquant au moins une donnée de l'aéronef ayant une influence sur les besoins de renforcement de la structure, ledit élément étant relié à l'asservissement qui, en fonction de la donnée indiquée, contrôle l'alimentation en fluide sous pression de la cavité. 3035639 3 Avantageusement, le système de pilotage comprend au moins un capteur pour mesurer la pression du fluide contenu dans la cavité. De préférence, le dispositif de renforcement comprend une vessie placée à l'intérieur de la cavité et reliée à l'alimentation en fluide sous pression. 5 L'invention a également pour objet un aéronef comprenant un dispositif de renforcement selon l'invention et un procédé de pilotage d'un dispositif de renforcement d'une structure d'un aéronef caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - détermination des besoins de renforcement de ladite structure, - détermination d'une pression d'un fluide sous pression contenu dans une cavité d'un 10 raidisseur relié à ladite structure, ladite cavité étant reliée à une alimentation en fluide sous pression, - commande de ladite alimentation en fluide sous pression en fonction des besoins de renforcement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de 15 l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une représentation schématique latérale d'un aéronef, La figure 2 est une vue en perspective d'un panneau équipé d'un dispositif de renforcement dynamique qui illustre l'invention, 20 La figure 3 est une vue de dessus d'un raidisseur dynamique qui illustre un mode de réalisation de l'invention, La figure 4 est une vue latérale du raidisseur dynamique visible sur la figure 3, à l'état non activé, La figure 5 est une coupe transversale selon la ligne V-V du raidisseur dynamique 25 visible sur la figure 3, La figure 6 est une vue latérale du raidisseur dynamique visible sur la figure 3, à l'état activé. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un aéronef qui comprend un fuselage 10, une voilure 12, une case de trains 14 et un caisson central de voilure 16 30 assurant la liaison entre le fuselage 10 et la voilure 12. De part et d'autre du caisson central de voilure 16 et de la case de trains 14, le fuselage 10 comprend un premier tronçon 18 disposé à l'avant et un second tronçon 20 disposé à 3035639 4 l'arrière, les deux tronçons 18 et 20 étant reliés par une poutre ventrale 22 disposée sous le caisson central de voilure 16. Comme illustré sur la figure 2, la poutre ventrale 22 comprend au moins un panneau 24 renforcé qui subit des efforts de compression orientés selon une première direction. 5 Ces efforts de compression varient en fonction de nombreux paramètres de l'aéronef, comme par exemple le niveau de remplissage du ou des réservoirs de l'aéronef, de la phase de vol, ... Ainsi, le panneau 24 est soumis à des efforts de compression supérieurs à un seuil donné lorsque les réservoirs sont pleins et/ou lorsque l'avion atterrit par exemple. 10 Pour la suite de la description, cette première direction est appelée direction longitudinale. Un plan transversal est un plan perpendiculaire à la direction longitudinale. Dans le cas d'une poutre ventrale 22, la direction longitudinale correspond à la direction qui s'étend de la pointe avant à la pointe arrière de l'aéronef. Le panneau 24 comprend une paroi 26 avec une face supérieure 26.1 et une face 15 inférieure 26.2 (visibles sur la figure 4). Ces faces supérieure et inférieure 26.1 et 26.2 sont espacées d'une distance correspondant à l'épaisseur de la paroi 26. La paroi 26 peut être métallique ou en matériau composite. L'aéronef comprend un dispositif de renforcement dudit panneau 24. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de renforcement comprend au moins 20 un raidisseur 28 relié au panneau 24. Ce raidisseur 28 est dynamique et ses caractéristiques varient notamment en fonction des efforts appliqués audit panneau 24. Le dispositif de renforcement comprend en outre au moins un système de pilotage 30 configuré pour faire varier les caractéristiques du raidisseur 28. Selon un agencement, ce raidisseur 28 dynamique est relié à l'une des faces supérieure ou 25 inférieure 26.1 et 26.2 (notamment la face supérieure 26.1 sur les figures 4 à 6). Ce raidisseur 28 dynamique comprend une cavité 32 (visible sur la figure 5) avec au moins un orifice d'alimentation 34 permettant d'alimenter ladite cavité 32 en fluide sous pression. Avantageusement, la cavité 32 a une forme oblongue dont la plus grande dimension est orientée selon la direction longitudinale afin de reprendre les efforts de compression. 30 Selon une première variante, le raidisseur 28 a une section (dans un plan transversal) avec une partie centrale 36 distante de la paroi 26 et deux jambes 38, 38' espacées qui relient la 3035639 5 partie centrale 36 à la paroi 26. Ainsi, selon cette variante, la cavité 32 est délimitée par le raidisseur 28 et la paroi 26. Chaque jambe 38, 38' comprend au niveau d'une extrémité un rebord parallèle à la paroi 26 et plaqué contre ladite paroi. De cette manière, le raidisseur 28 a une section en Oméga. 5 La partie centrale 36 est rectiligne et parallèle à la paroi 26 et les jambes 38, 38' s'évasent en direction de la paroi 26. De la sorte la cavité 32 a une section trapézoïdale. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette forme de section. Ainsi, le raidisseur 28 peut ne pas avoir de partie centrale et former avec la paroi 26 un triangle. De manière à former une cavité 32, les deux extrémités du raidisseur 28 sont obturées 10 comme illustré sur les figures 4 et 6. Selon une autre variante, le raidisseur 28 est un tube avec au moins une face plate plaquée contre la paroi 26, les extrémités du tube étant obturées. Ainsi, selon cette variante, la cavité 32 est délimitée seulement par le raidisseur 28. Comme illustré sur la figure 5, le raidisseur 28 a une section tubulaire trapézoïdale. 15 Le raidisseur 28 peut être métallique ou en matériau composite. Quelle que soit la variante, le raidisseur 28 est relié par une liaison 40 à la paroi 26. Cette liaison 40 est configurée de sorte qu'un allongement du raidisseur 28 génère à l'intérieur du panneau 24 des efforts antagonistes à des efforts de compression. La liaison 40 est réalisée par tout moyen approprié, par exemple par collage, par co-cuisson, ... 20 Pour améliorer l'étanchéité, le raidisseur 28 comprend une vessie 42 (visible sur la figure 5) placée à l'intérieur de la cavité 32. De préférence, la vessie 42 est réalisée en un matériau souple et expansible. Selon un mode de réalisation, la vessie 42 est réalisée en polymère, comme par exemple en élastomère. Comme illustré sur la figure 2, un même panneau 24 comprend plusieurs raidisseurs 28 de 25 type dynamique. En complément des raidisseurs 28 dynamiques, le panneau 24 peut comprendre au moins un raidisseur 44 statique dont les caractéristiques sont fixes dans le temps. Selon un mode de réalisation, un raidisseur statique 44 a une section constante en forme de L, de Oméga,... Le dispositif de renforcement comprend au moins une alimentation en fluide sous 30 pression 31, par exemple de l'air sous pression, reliée à au moins une cavité 32 d'au moins un raidisseur 28. Le système de pilotage 30 est configuré pour contrôler ladite alimentation en fluide sous pression 31 afin d'activer ou non ledit raidisseur 28. 3035639 6 De préférence, l'alimentation en fluide sous pression 31 peut alimenter en fluide sous pression une ou plusieurs cavités 32. Selon les cas, l'alimentation en fluide sous pression 31 peut être dédiée uniquement à un ou plusieurs dispositifs de renforcement dynamique selon l'invention ou être partagée avec 5 d'autres systèmes de l'aéronef. De préférence, l'alimentation en fluide sous pression 31 comprend au moins un réservoir 46 et au moins une canalisation 48 pour acheminer le fluide sous pression du réservoir 46 jusqu'à au moins une cavité 32 d'un raidisseur 28. L'alimentation en fluide sous pression 31 comprend un unique réservoir 46 et plusieurs 10 canalisations 48, chacune d'elles permettant d'acheminer le fluide sous pression vers une cavité 32 d'un raidisseur 28. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3, une extrémité de chaque canalisation 48 est reliée par un connecteur 49 à la vessie 42 d'un raidisseur 28, à proximité de l'orifice d'alimentation 34 du raidisseur 28. 15 Avantageusement, le système de pilotage 30 comprend au moins une vanne 50 autorisant ou non l'écoulement du fluide sous pression dans au moins une canalisation 48 en direction d'au moins une cavité 32 d'un raidisseur 28 et au moins un asservissement 52 configuré pour contrôler la ou les vanne(s) 50. Selon un mode de réalisation, le système de pilotage 30 comprend au moins un 20 répartiteur 54 qui intègre plusieurs vannes 50 et qui permet d'alimenter à partir d'une seule canalisation reliée au réservoir 46 plusieurs canalisations 48, chacune d'elles étant reliée à une cavité 32, comme illustré sur la figure 2. Ce répartiteur 54 associé aux vannes 50 permet de pouvoir choisir les raidisseurs 28 à activer. De préférence, le système de pilotage 30 comprend au moins une pompe 56 qui permet de 25 réguler la pression du fluide sous pression alimentant la ou les cavités 32. Selon un mode de réalisation, cette pompe 56 est également contrôlée par l'asservissement 52. L'asservissement 52 comprend un calculateur 58. Ce calculateur 58 peut être dédié uniquement à un ou plusieurs dispositifs de renforcement dynamique selon l'invention ou être un calculateur de l'aéronef utilisé pour d'autres fonctionnalités 30 Le système de pilotage 30 comprend au moins une commande 60 disposée dans le poste de pilotage de l'aéronef, actionnable par un pilote, ladite commande 60 étant reliée à l'asservissement 52 qui déclenche, lorsque la commande 60 est actionnée, l'alimentation en 3035639 7 fluide sous pression d'au moins une cavité 32 d'au moins un raidisseur 28 et de la sorte le renforcement du panneau 24. Le système de pilotage 30 comprend au moins un capteur 62 configuré pour indiquer le niveau de remplissage d'au moins un réservoir de carburant de l'aéronef, ledit capteur 62 5 étant relié à l'asservissement 52 qui en fonction du niveau de remplissage du réservoir de carburant contrôle l'alimentation en fluide sous pression d'au moins une cavité 32 d'au moins un raidisseur 28 et de la sorte le renforcement du panneau 24. L'asservissement 52 est de type à boucle fermée et le système de pilotage 30 comprend au moins un capteur 64 positionné sur le panneau 24, configuré pour mesurer les efforts de 10 compression appliqués sur le panneau 24, ledit capteur 64 étant relié à l'asservissement 52 qui contrôle en fonction de la valeur mesurée par le capteur 64 l'alimentation en fluide sous pression d'au moins une cavité 32 d'au moins un raidisseur 28 et de la sorte le renforcement du panneau 24. Selon un mode de réalisation, le capteur 64 est une jauge de contrainte. Dans une variante de réalisation, le calculateur 58 et plus largement l'asservissement 52 15 peuvent être renseignés par tout élément indiquant au moins une donnée de l'aéronef ayant une influence sur les besoins de renforcement du panneau 24. De préférence, le système de pilotage 30 comprend au moins un capteur 66 pour mesurer la pression du fluide contenu dans la cavité 32 du raidisseur 28 qui est relié au calculateur 58 de sorte à le renseigner sur les capacités du raidisseur 28 à renforcer le panneau 24. 20 Le procédé de pilotage du dispositif de renforcement est maintenant décrit : Au moment de sa conception, le panneau 24 est dimensionné de manière à pouvoir résister à des efforts de compression en dessous d'un certain seuil lorsque le ou les raidisseurs 28 ne sont pas activés et ne contiennent pas de fluide sous pression. Lorsque les raidisseurs 28 sont activés, le panneau 24 est dimensionné pour supporter les efforts de compression 25 maximaux correspondant à la charge maximale à laquelle le panneau est soumis durant l'exploitation de l'aéronef. Cette conception permet de réduire les épaisseurs de la paroi 26 du panneau et/ou le nombre des raidisseurs et/ou leurs dimensionnements. En fonction des informations transmises à l'asservissement 52, ce dernier détermine si le panneau 24 doit être renforcé. 30 Par exemple, le capteur 62 peut indiquer à l'asservissement 52 que le réservoir est plein. D'autres capteurs peuvent indiquer à l'asservissement 52 l'altitude de l'aéronef qui déduit alors l'approche d'un atterrissage. 3035639 8 La commande 60 peut être actionnée par le pilote pour indiquer à l'asservissement 52 que le panneau 24 doit être renforcé. Le capteur 64 peut également indiquer à l'asservissement 52 les efforts de compression auxquels le panneau 24 est soumis. 5 En fonction des informations reçues, l'asservissement 52 détermine si le panneau 24 doit être renforcé. Si le panneau 24 doit être renforcé, l'asservissement 52 détermine la pression du fluide contenu dans le ou les raidisseurs 28 et ainsi les capacités du ou des raidisseurs 28 à renforcer le panneau 24. 10 Si les capacités de renforcement du ou des raidisseurs 28 ne sont pas suffisantes, l'asservissement 52 contrôle l'alimentation en fluide sous pression de sorte à augmenter la pression du fluide à l'intérieur du ou des raidisseurs 28. Comme illustré sur la figure 6, l'augmentation de pression à l'intérieur du raidisseur 28 provoque un allongement 68 dudit raidisseur 28. Cet allongement 68 génère des efforts de 15 traction 70 sur la paroi 26 antagonistes aux efforts de compression 72 auxquels est soumise la paroi 26. Si les capacités de renforcement du ou des raidisseurs 28 sont trop importantes par rapport aux besoins de renforcement du panneau 24, l'asservissement 52 contrôle l'alimentation en fluide sous pression de sorte à réduire la pression du fluide à l'intérieur du ou des 20 raidisseurs 28. Bien que décrite appliquée à un panneau, le dispositif de renforcement de l'invention peut être utilisé pour renforcer d'autres structures d'un aéronef soumises à des efforts de compression. REVENDICATIONS1. Dispositif de renforcement d'une structure d'un aéronef, ledit dispositif de renforcement comprenant au moins un raidisseur (28) qui comporte au moins une cavité (32) et qui est relié à ladite structure, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une alimentation en fluide sous pression reliée à la cavité (32) et un système de pilotage (30) configuré pour contrôler ladite alimentation en fluide sous pression afin de réguler une pression du fluide sous pression à l'intérieur de la cavité (32) en fonction des besoins de renforcement de ladite structure. 2. Dispositif de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de pilotage (30) comprend au moins une vanne (50) autorisant ou non un écoulement du fluide sous pression vers la cavité (32). 3. Dispositif de renforcement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de pilotage comprend au moins une pompe (56) permettant de réguler la pression du fluide sous pression alimentant la cavité (32). 4. Dispositif de renforcement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le système de pilotage (30) comprend un asservissement (52) configuré pour contrôler la vanne (50) et/ou la pompe (56). 5. Dispositif de renforcement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de pilotage (30) comprend au moins un capteur (64) positionné sur la structure et relié à l'asservissement (52) qui, en fonction de la valeur mesurée par ledit capteur (64), contrôle l'alimentation en fluide sous pression de la cavité (32). 6. Dispositif de renforcement selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le système de pilotage (30) comprend une commande (60) positionnée dans un poste de pilotage et actionnable par un pilote, ladite commande (60) étant reliée à l'asservissement (52) qui, en fonction de l'activation de ladite commande (60), contrôle l'alimentation en fluide sous pression de la cavité (32). 7. Dispositif de renforcement selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le système de pilotage (30) comprend au moins un élément indiquant au moins une donnée de l'aéronef ayant une influence sur les besoins de renforcement de la structure, ledit élément étant relié à l'asservissement (52) qui, en fonction de la donnée indiquée, contrôle l'alimentation en fluide sous pression de la cavité (32). 3035639 10 8. Dispositif de renforcement selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le système de pilotage (30) comprend au moins un capteur (66) pour mesurer la pression du fluide contenu dans la cavité (32). 9. Dispositif de renforcement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 5 en ce qu'il comprend une vessie (42) placée à l'intérieur de la cavité (32) et reliée à l'alimentation en fluide sous pression. 10. Aéronef comprenant un dispositif de renforcement selon l'une des revendications précédentes. 11. Procédé de pilotage d'un dispositif de renforcement d'une structure d'un aéronef 10 selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : détermination des besoins de renforcement de ladite structure, détermination d'une pression d'un fluide sous pression contenu dans une cavité (32) d'un raidisseur (28) relié à ladite structure, ladite cavité (32) étant reliée à une alimentation en fluide sous pression, 15 commande de ladite alimentation en fluide sous pression en fonction des besoins de renforcement.