Brevet FR3033315A1 — publié le 20160909

PROCÉDÉ DE RÉALISATION D'UN FOND ÉTANCHE AVANT DE FUSELAGE D'AVION ET FUSELAGE ÉQUIPÉ D'UN TEL FOND ÉTANCHE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE [0001] L'invention concerne un procédé de réalisation d'un fond étanche avant de fuselage d'avion constitué d'un ensemble de pièces formant un ensemble compact, ainsi qu'un fuselage d'avion équipé d'un tel fond étanche. 15 [0002] Classiquement, un fond étanche est disposé à l'extrémité avant du fuselage d'un avion contre le radôme dont la configuration et la structure en cône assure, en vol, une première protection de l'avion contre le givre et les impacts de corps étrangers, tels que les oiseaux, ainsi qu'une bonne pénétration dans l'atmosphère. 20 [0003] Le radôme accueille généralement l'antenne radar de l'avion et, pour ne pas perturber les signaux, il est en matériau transparent aux ondes radar, par exemple en fibres de verre. [0004] Les fonds étanches avant servent alors de barrière de pression à la cabine pressurisée formée dans l'espace intérieur du fuselage. Ils servent 25 également de protection vis-à-vis des corps étrangers qui traverseraient le radôme. A cette fin, ils sont constitués de structures rigides en matériaux métalliques ou composites renforcés par des poutres et des raidisseurs afin de fournir une haute résistance à la pénétration de ces corps étrangers. ETAT DE LA TECHNIQUE 30 [0005] Les fonds étanches avant forment donc des ensembles comportant un grand nombre de pièces liées ensemble par soudage, rivetage, collage ou autre, ce qui augmente le poids, l'épaisseur et le coût de tels fonds. Afin de palier ces inconvénients, diverses solutions ont été proposées. 10 3033315 2 [0006] Il est par exemple connu du document de brevet US 7 766 277 une cloison avant déformable pour aéronef comportant une structure malléable en forme de dôme pouvant se déformer en réponse à une énergie d'impact minimale par absorption d'au moins une partie de cette énergie. Ce dôme est constitué de 5 plusieurs couches couplées entre elles: deux couches pleines et une troisième couche partielle formant une bande annulaire sur une périphérie de la deuxième couche, ces trois couches définissant un périmètre extérieur. De plus, une corde extérieure, formant une couche annulaire couplée en périphérie de la première couche, s'étend hors du périmètre extérieur des trois couches afin de fixer rigidement le dôme. [0007] Une telle cloison multicouches, de forme générale convexe, ne permet pas de résister à des impacts violents successifs car sa déformation présente une faible limite d'élasticité et sa rigidité reste insuffisante pour résister durablement à ces impacts. [0008] Il est également connu du document de brevet US 8 033 503 une cloison de pressurisation pour fuselage d'aéronef. Cette cloison se compose d'une partie principale, plane à l'état non chargé, et d'un cadre de support et de couplage de la partie principale au fuselage. Laquelle partie principale est constituée d'un élément d'étanchéité, formant une membrane thermoplastique, pris entre deux éléments composés de ligaments radiaux de retenue en déformation de l'élément d'étanchéité. [0009] La structure de résistance essentiellement radiale de cette cloison ne présente pas de rigidité globale suffisante pour résister aux impacts violents des corps étrangers. [0010] Par ailleurs, la cloison décrite dans le document de brevet US 20100155533 se compose d'un élément central plein, constitué d'un matériau poreux en mousse d'aluminium, pris entre une couche de distribution de charge en matériau composite à fibres et une couche de peau en aluminium, disposé du côté interne. Cette solution présente certes une souplesse et une capacité d'absorption de l'énergie, mais elle ne fournit pas de rigidité suffisante pour résister à l'absorption de plus forte énergie provenant d'impacts violents. 3033315 3 EXPOSE DE L'INVENTION [0011] L'invention vise précisément à réaliser un fond d'étanchéité comportant un nombre limité de pièces tout en réalisant un compromis optimisé entre absorption d'énergie et rigidité de manière à pouvoir résister aux chocs 5 violents provoqués par l'impact des corps étrangers, en particulier des oiseaux, provenant de l'atmosphère. [0012] Pour ce faire, l'invention propose de réaliser un fond étanche combinant un panneau raidisseur à double orientation et une couche en matériau poreux. De manière remarquable, il a été constaté qu'une telle combinaison 10 présente à la fois une capacité à absorber des impacts de forte énergie sans se rompre, grâce à la couche d'absorption en matériau poreux et aux caractéristiques de rigidité mécaniques du panneau raidisseur, par préservation des microstructures de la couche d'absorption et disparition des contraintes résiduelles dans le panneau. 15 [0013] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'un fond étanche de fuselage d'avion dans lequel, dans une première étape, un panneau raidisseur configuré selon une double orientation est assemblé par encastrement et solidarisation à un bouclier en matériau poreux rainuré au moins partiellement dans son épaisseur selon une configuration 20 complémentaire, puis l'ensemble ainsi combiné est agencé, dans une deuxième étape, entre une paroi de fermeture à une extrémité du fond étanche et un cadre périphérique de fixation au fuselage de l'avion à une autre extrémité du fond étanche, la paroi de fermeture étant solidarisée au bouclier poreux et le panneau raidisseur au cadre périphérique de fixation via une jonction d'étanchéité. 25 [0014] Le bouclier poreux intégré au panneau raidisseur participe directement à la rigidité structurelle du fond étanche. Il en découle un gain de masse sur l'ensemble du fond étanche. De plus, cette intégration et le nombre limité de pièces minimisent l'encombrement du fond étanche. [0015] Selon des modes de réalisation préférés : 30 - le cadre périphérique présente une portion de liaison au fuselage de diamètre supérieur aux autres éléments du fond étanche, à savoir le panneau 3033315 4 raidisseur, le bouclier encastré dans le panneau raidisseur et la paroi de fermeture; - les solidarisations entre la paroi de fermeture, le bouclier poreux et le panneau raidisseur sont réalisées par une technologie choisie entre la 5 compression et collage, la soudure, le sertissage, le brasage et la co-cuisson; - la solidarisation entre le cadre périphérique et le panneau raidisseur étant réalisée par fixation mécanique, par exemple par boulonnage, rivetage, vissage ou équivalent; - le cadre périphérique, le panneau raidisseur, le bouclier poreux et la 10 paroi de fermeture, sont en alliage métallique et/ou en matériau composite. [0016] L'invention se rapporte également à un fond étanche avant réalisé selon le procédé ci-dessus dans lequel au moins un joint est logé en compression dans une gorge annulaire afin d'assurer la jonction d'étanchéité entre le cadre périphérique et le panneau raidisseur, le fond étanche avant étant 15 dimensionné selon l'extrémité de fuselage avant à laquelle il est destiné à être assemblé. De plus, l'invention se rapporte à un fuselage d'avion équipé d'un tel fond étanche avant. Le fond étanche avant est avantageusement couplé au fuselage par fixation mécanique du cadre périphérique sur une face du fuselage de configuration adaptée. 20 PRÉSENTATION DES FIGURES [0017] D'autres données et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue éclatée d'un exemple de fond étanche avant d'un 25 fuselage d'avion selon l'invention; - la figure 2, une vue en coupe partielle du fond étanche avant selon la figure 1 en assemblage avec le pourtour d'extrémité du fuselage, et - la figure 3, une vue en perspective d'une partie avant du fuselage après montage avec le fond étanche. 30 3033315 5 DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0018] En référence à la figure 1, un exemple de fond étanche avant 1 selon l'invention est illustré en vue éclatée. Cette vue permet de visualiser les éléments de base constitutifs du fond étanche tels qu'ils se présentent en vue 5 d'être assemblé. Ces éléments de base présentent une découpe externe circulaire et comprennent: un panneau raidisseur 11, un bouclier 12, une tôle de fermeture 13 à une extrémité « A » et, via un joint torique d'étanchéité 14, un cadre périphérique 15 de fixation à un fuselage d'avion (non représenté) à l'extrémité opposée « B ». 10 [0019] Le cadre périphérique 15, le panneau raidisseur 11 et la tôle de fermeture 13 sont, dans cet exemple, en alliage d'aluminium. Le bouclier 12 est en matériau poreux, ici réalisé à partir de mousse d'aluminium. Plus généralement, le bouclier 12 peut être réalisé à partir de matériaux métalliques ou composites sous forme de mousse, à cellules fermées ou ouvertes, sous forme de nids d'abeille ou 15 sous forme de billes agglomérées. [0020] Plus précisément, le panneau raidisseur 11 est constitué de nervures de raidissement à double orientation, des nervures radiales 11r et des nervures circulaires concentriques 11c. Un rebord annulaire 11b entoure le panneau raidisseur 11, ce rebord annulaire llb ayant une épaisseur sensiblement 20 supérieure, ici environ 50% supérieure, à l'épaisseur des nervures 11c et 11r. [0021] Lors de l'assemblage, le panneau raidisseur 11 est combiné au bouclier 12. Pour ce faire, ce bouclier poreux 12 présente, en regard des nervures 11c et 11r du panneau raidisseur 11, des rainures 12n de configuration complementaire à celle des nervures 11c et 11r. Ces rainures 12n sont donc 25 adaptées pour recevoir lesdites nervures 11c et 11r. [0022] Les rainures 12n sont creusées dans l'épaisseur du matériau poreux du bouclier 12, ici dans environ 50% de cette épaisseur. Ainsi, lors de l'assemblage, le bouclier 12 est encastré dans le panneau raidisseur 11, puis solidarisé par tout moyen de solidarisation compatible, par compression et collage 30 dans l'exemple de réalisation. [0023] Le bouclier 12, ainsi intégré dans le panneau raidisseur 11, participe à la rigidité structurelle du fond étanche 1 tout en favorisant, une fois fixé 3033315 6 en avant du fuselage, une absorption d'énergie supérieure lors des chocs provoqués par les corps étrangers. Il en découle également un gain de masse par l'utilisation d'un nombre minimal de pièces tout en préservant la résistance mécanique de l'ensemble. 5 [0024] L'assemblage se poursuit par la solidarisation par vissage du panneau raidisseur 11 sur le cadre périphérique 15, et la solidarisation de la tôle de fermeture 13 sur le bouclier poreux 12, ici par collage. Avantageusement, la tôle de fermeture 13 est également rivetée sur le panneau raidisseur 11, ce qui permet d'augmenter l'étanchéité et la tenue mécanique de l'ensemble. 10 [0025] Le cadre 15 est dit périphérique dans la mesure où son diamètre en extrémité B est légèrement supérieur à celui des autres éléments constituant le fond étanche 1, en particulier du panneau raidisseur 11 ou de la tôle de fermeture 13 qui ont des diamètres équivalents (le bouclier 12 ayant un diamètre légèrement inférieur au panneau 11 pour pouvoir s'y encastrer). Une portion de liaison 15a du 15 cadre 15, de diamètre supérieur, se situe vers l'extrémité B en vue de sa fixation au fuselage. [0026] La vue en coupe partielle de la figure 2 illustre le fond étanche avant 1, une fois assemblé et fixé sur un pourtour d'extrémité avant de fuselage 2. La compacité dudit fond étanche 1, tel qu'il ressort de la figure 2, résulte de 20 l'intégration du bouclier 12 dans le panneau raidisseur 11 et du nombre limité de pièces. Ainsi, l'épaisseur 1 e du fond étanche 1, hors cadre périphérique 15, varie entre 60 et 80 mm suivant les réalisations, alors qu'un fond étanche traditionnel a une épaisseur de l'ordre de 200 mm. [0027] Sur la figure 2, apparaît l'une des liaisons par vis 20 entre le 25 panneau raidisseur 11 et le cadre périphérique 15, les autres liaisons étant réparties circulairement. Le joint d'étanchéité 14, en matériau élastomère, est logé dans une gorge circulaire 15g formée dans le cadre périphérique 15. Ce joint 14 est ainsi comprimé contre une face 11f du panneau raidisseur 11 afin d'assurer l'étanchéité entre ledit cadre 15 et ledit panneau 11. Alternativement, le joint 30 d'étanchéité 14 peut être logé dans une gorge formée dans le panneau raidisseur. [0028] Le fond étanche avant 1 est ici couplé au fuselage 2 par des lisses périphériques 22 ainsi que des plaques de fixation 23, dites «pelles », qui 3033315 7 solidarisent la portion de liaison 15a du cadre périphérique 15 au pourtour d'extrémité 2a de fuselage 2 de configuration complémentaire. De plus, une poutrelle intercostale 24 vient se fixer sur le cadre 15 via une éclisse 25 pour renforcer la rigidité de l'ensemble extrémité de fuselage 2 - cadre périphérique 15. 5 [0029] La composition du fond étanche 1 favorise alors son montage et son démontage rapide, ce qui permet de raccourcir la durée d'immobilisation au sol de l'avion pour le remplacer, par exemple suite à un choc ou lors de la maintenance. [0030] Une fois le fond étanche avant 1 monté sur l'extrémité avant de 10 fuselage 2, l'ensemble qui en résulte présente l'aspect illustré par la vue en perspective de la figure 3. L'extrémité avant de fuselage 2 forme une partie de fuselage tronconique terminée par le fond étanche avant 1 présentant globalement une face plane circulaire 13f de faible épaisseur relative, cette face étant celle de la tôle de fermeture 13 (cf. figure 1). 15 [0031] Sur cette figure 3, apparaissent également la portion de liaison 15a du cadre périphérique 15 contre l'extrémité 2a de fuselage 2 et le rebord annulaire 11 b du panneau raidisseur 11. [0032] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de solidariser les différents éléments 20 du fond étanche par d'autres techniques que le collage ou le vissage, par exemple par rivetage, soudage, sertissage, brasage ou co-cuisson. [0033] Par ailleurs, les matériaux utilisés peuvent être autres que les alliages d'aluminium, en particulier le bouclier poreux peut être en matériau composite structuré en nids d'abeille, ou constitué de billes métalliques, la tôle de 25 fermeture peut être en matériau composite ou métallique autre que l'aluminium. [0034] De plus, le panneau raidisseur peut être constitué en matériau composite par la technologie de matriçage de morceaux de coupons de fibres de carbone agglomérées par une résine. En outre, les nervures de raidissement du panneau raidisseur peuvent avoir une conformation de type « isogrid » ou 30 orthogonale. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un fond étanche (1) de fuselage (2) d'avion caractérisé en ce que, dans une première étape, un panneau raidisseur (11) configuré selon une double orientation est assemblé par encastrement et solidarisation à un bouclier en matériau poreux (12) rainuré au moins partiellement dans son épaisseur selon une configuration complémentaire, puis l'ensemble ainsi combiné est agencé, dans une deuxième étape, entre une paroi de fermeture (13) à une extrémité (A) du fond étanche (1) et un cadre périphérique (15) de fixation au fuselage (2) de l'avion à une 1autre extrémité (B) du fond étanche (1), la paroi de fermeture (13) étant solidarisée au bouclier poreux (12) et le panneau raidisseur (11) au cadre périphérique de fixation (15) via une jonction d'étanchéité (14). 2. Procédé de réalisation selon la revendication 1, dans lequel le cadre périphérique (15) présente une portion de liaison (15a) au fuselage (2) de diamètre supérieur aux autres éléments du fond étanche (1), à savoir le panneau raidisseur (11), le bouclier encastré (12) dans le panneau raidisseur (11) et la paroi de fermeture (13). 3. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les solidarisations entre la paroi de fermeture (13), le bouclier poreux (12) et le panneau raidisseur (11) sont réalisées par une technologie choisie entre la compression et collage, la soudure, le sertissage, le brasage et la co-cuisson. 4. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la solidarisation entre le cadre périphérique (15) et le panneau raidisseur (11) est réalisée par fixation mécanique. 5. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre périphérique (15), le panneau raidisseur (11) et la paroi de fermeture (13), sont en alliage métallique et/ou en matériau composite. 6. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bouclier poreux (12) est réalisé à partir de matériaux 3033315 9 métalliques ou composites sous une forme choisie entre de la mousse, des nids d'abeille et des billes agglomérées. 7. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le panneau raidisseur (11) comporte des nervures de 5 raidissement à double orientation selon une conformation choisie entre radiale - concentrique (11r, 11c), orthogonale et « isogrid ». 8. Fond étanche avant réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un joint (14) est logé en compression dans une gorge annulaire (15g) afin d'assurer la jonction 10 d'étanchéité entre le cadre périphérique (14) et le panneau raidisseur (11), le fond étanche avant (1) étant dimensionné en fonction des dimensions d'une extrémité de fuselage avant (2) à laquelle il est destiné à être assemblé. 9. Fuselage d'avion caractérisé en ce qu'il est équipé d'un fond étanche (1) avant selon la revendication précédente. 15