Brevet FR3044291A1 — publié le 20170602

La présente invention concerne un élément de renforcement de structure appelé raidisseur pour aéronef et l'aéronef pourvu d'un tel raidisseur. Elle concerne également le procédé de fabrication du raidisseur. DOMAINE TECHNIQUE Un fuselage d'aéronef comporte une peau à laquelle sont fixés des raidisseurs de type cadre, lisse ou autres. Suivant la configuration de l'aéronef ou les choix faits pour ce dernier, la section des profilés varie d'un io aéronef à un autre, au sein d'un aéronef voire sur la longueur d'un même raidisseur. Chaque profilé présente des avantages et des inconvénients qui concourent au choix final d'une section ou de plusieurs sections pour un raidisseur donné. 15 Par ailleurs, le fuselage n'est pas le seul élément d'un aéronef qui nécessite d'être raidi. D'autres composants comme par exemple le caisson central de voilure peuvent également avoir besoin d'un soutien en rigidité au travers notamment de raidisseurs. 20 Ainsi le raidisseur concerné par la présente invention peut être aussi bien u n raidisseur pour fuselage de type cadre, lisse, une traverse s'étendant au niveau du plancher, un longeron, une nervure, soit de manière générale un élément de renforcement structurel d'un composant de tout type. Dans toute la suite de la description, le terme raidisseur sera utilisé 25 pour désigner de manière générale l'élément de renforcement structurel. Comme indiqué plus haut pour le cas du fuselage, il peut également être généralisé le fait que la section du raidisseur peut varier d'un composant à un autre, d'un raidisseur à un autre au sein d'un même composant voire sur la longueur d'un même raidisseur. 3044291 2 TECHNIQUE ANTERIEURE Parmi tous les profils de raidisseur connus, le raidisseur en oméga 5 présente de nombreux avantages. Tout d'abord, il présente une forme permettant de diminuer l'exposition à l'impact de l'extrémité libre opposée à celle fixée au composant qu'il est destiné à renforcer en comparaison à des raidisseurs offrant des sections de type en I ou T inversé par exemple. Le raidisseur en oméga offre également une très bonne performance en io stabilité. La présente invention a pour but de proposer un raidisseur présentant les mêmes avantages tout en augmentant la rigidité et les performances en stabilité. 15 EXPOSE DE l'INVENTION Pour ce faire, la présente invention propose un raidisseur d'aéronef comprenant deux jambes dont l'une des extrémités est jointe par une aile et 20 dont chaque autre extrémité est prolongée respectivement par un pied caractérisé en ce qu'il comprend une nervure faisant saillie par rapport à la surface de l'aile. Du fait de raidir un profilé en oméga par une nervure, on augmente la 25 rigidité du raidisseur et on réduit de ce fait les risques de vrillage ou flambage. Les performances en stabilité s'en trouvent également accrues. L'invention prévoit au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. 3044291 3 La nervure s'étend sensiblement sur toute la longueur du raidisseur. La nervure fait saillie vers l'intérieur du raidisseur, dans la direction 5 de l'aile vers les pieds. Les jambes, les pieds et l'aile forment un raidisseur de type oméga raidi par la nervure. io La nervure est disposée dans un plan médian de symétrie du raidisseur. L'épaisseur de la nervure est différente de l'épaisseur de l'aile. 15 Le raidisseur comprend deux flancs et un élément de renfort. Le raidisseur comprend les deux flancs et l'élément de renfort superposé avec un raidisseur en oméga. 20 La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un raidisseur d'aéronef de ce type à plusieurs éléments. Le procédé comprend les étapes suivantes : - pré-assemblage des éléments composant le raidisseur partiellement polymérisés ; 25 - mise en place du raidisseur non cuit sur le raidisseur à éléments partiellement polymérisés de manière qu'ils se superposent ; - polymérisation des raidisseurs. 3044291 4 La présente invention concerne également l'aéronef pourvu d'un raidisseur de ce type. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS 5 D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre du raidisseur selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'une forme de réalisation du raidisseur appliqué sur un composant selon la présente invention ; - la figure 2 représente une vue schématique en perspective d'un raidisseur selon une autre forme de réalisation ; - la figure 3 représente une vue schématique en perspective en éclaté du raidisseur selon la forme de réalisation représentée sur la figure 2 dans laquelle la nervure contrairement à la figure 2 est faite d'un élément supplémentaire représenté en vue agrandie ; - la figure 4 représente une vue schématique en perspective du raidisseur représenté sur la figure 3 en cours d'assemblage ; - la figure 5 représente une vue schématique en perspective agrandie de l'extrémité d'un raidisseur selon la présente invention ayant subi une première opération d'usinage/découpe ; - la figure 6 représente une vue schématique en perspective agrandie de l'extrémité d'un raidisseur selon la présente invention ayant subi une première opération d'usinage/découpe puis une deuxième opération 3044291 5 d'usinage/découpe ; - la figure 7 représente une vue schématique en perspective d'un ensemble de raidisseurs selon la présente invention fixés à un composant dont seule la surface sur laquelle les 5 raidisseurs sont mis en place est représentée. MANIERE DE REALISER L'INVENTION Un raidisseur 10 est un profilé creux de forme allongée comprenant io une embase 12 permettant la fixation du raidisseur 10 sur un composant 14 auquel il est destiné à être associé. Le profilé creux permet de rendre le raidisseur résistant aux efforts de torsion et de flexion lorsqu'il est appliqué sur le composant 14 auquel il est joint. 15 Le raidisseur 10 est conformé de manière à s'adapter à la géométrie du composant 14 sur lequel il est destiné à être fixé : il suit ses contours de manière à en épouser la forme. Ainsi par exemple, lorsqu'il s'agit d'un fuselage d'aéronef, le raidisseur 10 présente dans sa direction longitudinale une courbure correspondant à celle du fuselage sur lequel il s'applique alors 20 que lorsqu'il s'agit d'un caisson central ou d'un plancher, le raidisseur est droit et rectiligne. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures, le raidisseur comprend au moins deux jambes ou âmes 16, 18 se rejoignant à l'une de 25 leurs extrémités haute (la hauteur étant la direction transversale au profilé et normale à la surface locale du composant sur laquelle le raidisseur repose) par au moins une aile ou tête 20 supérieure. Dans la forme de réalisation illustrée, le raidisseur repose sur le composant 14 par deux jambes 16, 18 qui sont des surfaces globalement rectangulaires planes. Les deux jambes 3044291 6 16, 18 sont jointes par une aile 20 unique également globalement rectangulaire et plane et parallèle localement à la surface du composant sur laquelle le raidisseur est fixé. 5 Le raidisseur 10 repose sur deux pieds ou semelles 22, 24 prolongeant respectivement les jambes 16, 18 au niveau de l'autre extrémité inférieure. Dans la forme de réalisation illustrée, l'extrémité inférieure est l'extrémité de la jambe 16, 18 opposée à celle liée à l'aile 20. Les pieds constituent l'embase 12. Dans la forme de réalisation illustrée, les pieds 22, 10 24 sont des surfaces globalement rectangulaires planes. Le raidisseur 10 présente une forme globale extérieure en oméga. Selon d'autres formes de réalisation possible, la géométrie des jambes et/ou de l'aile pourrait être plus complexe. 15 Les jambes 16, 18 peuvent être perpendiculaires à l'aile 20 et/ou aux pieds 22, 24. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures, la jambe 16 et la jambe 18 présentent une hauteur de même dimension et chaque jambe forme un angle avec l'aile 20 et le pied 22, 24 correspondant compris entre 90° et 180°. Dans la direction transversale des pieds 22, 24 vers l'aile 20 20, les jambes 16, 18 se rapprochent l'une de l'autre. La section du profilé 10 avec la surface du composant auquel il est associé forme globalement un trapèze. On entend par section le profil du raidisseur en coupe transversale 25 normale localement à la direction longitudinale locale dans laquelle s'étend le profilé. L'aile 20 supérieure constitue l'extrémité libre du raidisseur. L'extrémité libre se présentant sous forme surfacique minimise un 3044291 7 endommagement par impact en comparaison à une forme de raidisseur en I, U ou T inversé par exemple. La jonction entre l'aile 20 et chacune des jambes 16, 18 dans la 5 forme de réalisation illustrée forme une arête respectivement 26, 27 courbe : le raidisseur offre des bords libres arrondis de manière à limiter les risques de perforations, rayures ou d'endommagement de tout type à son contact. La jonction 28, 29 entre les jambes 16, 18 et les pieds respectivement 22, 24 offre également une section courbe. Les arêtes 26, 27, 28 ou 29 io pourraient également être rectilignes. Le profilé du raidisseur 10 est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal 30 représenté sur la figure 1. Dans la forme de réalisation illustrée, la section du profilé est constante. Selon d'autres 15 formes de réalisation possible, la section du raidisseur 10 peut varier et prendre sur une zone donnée la forme décrite ici. Le raidisseur 10 présente une nervure 32 en saillie par rapport à la surface interne de l'aile 20 supérieure, située à l'intérieur du profilé soit dans 20 le creux de ce dernier. L'aile 20 est raidie par la nervure 32. La nervure 32 en saillie par rapport à la surface interne de l'aile est unique. La nervure 32 s'étend dans le plan 30 médian longitudinal : elle se trouve à égale distance des jambes 16, 18, des arêtes 26, 27 ou 28, 29 ou encore des pieds 22, 24. Dans la forme de réalisation illustrée, l'aile formée d'une surface plane 25 joignant les jambes 16, 18 est raidie par la nervure 32 centrale. La section de la nervure 32 est rectangulaire. La nervure 32 s'étend sur toute la longueur du raidisseur. Dans d'autres formes possibles de réalisation, la nervure peut s'étendre sur une ou plusieurs parties seulement du raidisseur. 3044291 8 La nervure permet d'augmenter la performance du raidisseur en oméga en stabilité. La nervure 32 se trouvant à l'intérieur du raidisseur, elle n'offre pas de prise à l'impact. 5 Dans le cas où le raidisseur présente une forme globale extérieure en oméga, le raidisseur présente globalement une section en forme de M et on peut par extension appeler le présent raidisseur un raidisseur en M. Dans la forme de réalisation illustrée, les jambes 16, 18, l'aile io supérieure 20 et les pieds 22, 24 ont la même épaisseur. La nervure 32 a une épaisseur différente de celle des jambes, de l'aile et des pieds. De manière plus précise, dans la forme de réalisation illustrée, l'épaisseur de la nervure 32 est au moins deux fois égale à celle respectivement des jambes, de l'aile et des pieds. L'épaisseur de la nervure est optimisée de manière à 15 avoir un ratio jambes/ailes/pieds/nervure différent selon les cas d'un raidisseur à un autre voire même sur un même raidisseur. La hauteur de la nervure 32 est comprise entre 5% et 95% de la distance la plus courte entre l'aile 20 et le plan comprenant les pieds 22, 24. 20 Dans la forme de réalisation illustrée, la hauteur de la nervure est inférieure à la longueur des pieds mesurée dans la section dans un plan transversal et elle représente approximativement la moitié de la distance la plus courte entre l'aile 20 et le plan comprenant les pieds 22, 24. 25 La nervure 32 améliore la stabilité et la rigidité du raidisseur 10 en comparaison par exemple à un raidisseur de type oméga. La section du raidisseur 10 est constante sur toute sa longueur. Selon d'autres formes de réalisations du raidisseur 10, la section d'un même 3044291 9 raidisseur 10 varie sur sa longueur et prend au moins partiellement, c'est-à- dire au moins sur une partie de sa longueur, sur une zone ou plusieurs zones, la forme décrite précédemment. 5 Dans l'exemple d'un raidisseur de fuselage ou de caisson central, les pieds du raidisseur sont fixés sur la surface interne de la peau ou d'un panneau du caisson et l'aile 20 supérieure est disposée vers l'intérieur du fuselage ou du caisson. io Selon le procédé choisi de réalisation du raidisseur 10, le raidisseur est formé d'un seul tenant, d'un seul bloc dans une seule et même pièce ou il résulte de l'assemblage de plusieurs pièces. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention illustrée sur 15 les figures 2 à 4, le raidisseur 10 comprend plusieurs pièces. Comme montré plus précisément sur la figure 3, le raidisseur 10 comprend deux flancs 34, 36 comprenant respectivement un pied 22, 24, une jambe 16, 18, une semi-aile 20a, 20b, et une semi-nervure 32a, 32b. La 20 jambe 16, 18, la semi-aile 20a, 20b et la semi-nervure 32a, 32b forment respectivement un U renversé dont l'une des branches est évasé. La seminervure 32a, 32b est perpendiculaire à la semi-aile respectivement 20a, 20b. Le raidisseur est formé par l'association des deux flancs 34, 36 accolés par leur semi-nervure. Le raidisseur 10 présente une aile 20 comprenant les 25 semi-ailes 20a, 20b et une nervure 32 comprenant les semi-nervures 32a, 32b. Les flancs 34, 36 sont symétriques par rapport à un plan parallèle et à égale distance des semi-nervures 32a, 32b. 3044291 10 De manière à rigidifier la nervure, un renfort 38 parallélépipédique rectangle est placé entre les semi-nervures. Comme indiqué plus haut, il s'agit d'une forme de réalisation particulière : le renfort peut être introduit ou pas suivant les besoins. La hauteur du renfort 38 dans la forme de 5 réalisation illustrée est pratiquement celle des semi-nervures à l'épaisseur de l'aile 20 près. L'une des extrémités 40 du renfort 38 est à la hauteur de la surface externe des semi-ailes 20a, 20b et se trouve donc dans le même plan que la surface externe des semi-ailes 20a, 20b. L'autre extrémité 42 du renfort 38 se situe à la même hauteur que les extrémités basses libres des 10 semi-nervures 32a, 32b pour former avec celles-ci une même surface plane. L'association des semi-ailes 20a, 20b avec le renfort 38 forme la nervure 32. Comme vu plus haut, les arêtes 26, 27, 28 et 29 sont arrondies. L'arête supplémentaire 44a, 44b formée entre la semi-aile respectivement 15 20a, 20b et la semi-nervure respectivement 32a, 32b présente également une courbure. Aussi des éléments de remplissage 46, 48 sont prévus pour combler l'espace entre les semi-nervures 32a, 32b, les semi-ailes 20a, 20b et le renfort 38. Ces deux éléments de remplissage peuvent ne devenir qu'un dans le cas où le renfort 38 est absent. De même les éléments de 20 remplissage 46, 48 et le renfort 38 peuvent n'être formés que d'une seule pièce comme illustré par la figure 2. Chaque élément de remplissage 46, 48 présente en section deux bords rectilignes 50, 52, l'un 50 destiné à venir faire la jonction entre la 25 semi-aile et le renfort pour que la semi-aile, l'élément de remplissage et l'élément de renfort offrent une seule et même surface continue. L'autre bord 52 rectiligne perpendiculaire au premier bord 50 repose sur le renfort 38. Le troisième bord 54 de l'élément 46, 48 suit les contours de l'arête 44a, 44b courbe du flanc respectivement 34, 36 ; dans la forme de réalisation 3044291 11 illustrée, les extrémités libres des deux bords 50, 52 rectilignes sont liées par une succession de chants 56 rectilignes formant ensemble le bord 54 et permettant de suivre l'arrondi de l'arête 44. Ici, deux chants 56 ont été suffisants. L'élément de remplissage présente une forme globale proche 5 d'un triangle rectangle (ou isocèle dans le cas où il n'y en a qu'un) dont la base est une succession de chants rectilignes formant ensemble un contour quasi-arrondi. Avec deux chants pour suivre le contour, l'élément de remplissage a un profil global de chevron. io L'assemblage des flancs 34, 36, du renfort 38 et des éléments de remplissage 46, 48 forment un premier raidisseur 10'. Pour consolider le raidisseur 10' et assurer une continuité de surface, un raidisseur 10" continu en forme de oméga est superposé au raidisseur 10' formé par l'association des flancs 34, 36, du renfort 38, des éléments de remplissage 44, 46. 15 L'ensemble des raidisseurs 10' et 10" forment le raidisseur 10. De multiples procédés de conception sont possibles. La détermination d'un procédé dépend entre autre du matériau sélectionné pour réaliser le raidisseur. En effet, le raidisseur 10 peut être réalisé en métal 20 comme en composite comme en tout autre matériau. Dans le cas d'un raidisseur en métal, le raidisseur peut être réalisé par exemple par pliage, moulage, extrusion, fonderie ... 25 Dans le cas d'un raidisseur en composite, de multiples procédés sont également possibles comme l'extrusion par exemple. 3044291 12 Dans la suite de la description, il sera détaillé le procédé de réalisation d'un raidisseur 10 en composite en plusieurs parties tels que décrit plus haut et représentés sur les figures 3 et 4. 5 La première étape consiste à réaliser indépendamment les différentes parties constituant le raidisseur 10, à savoir dans le cas présent les flancs 34, 36, les éléments de remplissage 46, 48 et l'élément de renfort 38 du raidisseur 10' et le raidisseur 10". io Les différentes parties sont réalisés par tout type de procédé connu : par exemple, chaque partie peut être formée par superposition de plis formés par drapage sur un moule durcis ou polymérisés par passage dans un four autoclave. 15 Dans la présente forme de réalisation, les flancs 34, 36 et l'élément 38 de renfort sont en matériau composite partiellement polymérisé pour faciliter leur manipulation et leur formage/pliage. Le raidisseur 10" quant à lui n'est pas cuit de manière à ce que lors de la superposition des raidisseurs 10' et 10", les plis des fibres du raidisseur 10" suivent les 20 contours géométriques du raidisseur 10' pré polymérisés et pré assemblés comme il sera vu plus loin. Les éléments de remplissage 46, 48 sont quant à eux fait d'un matériau tel que de l'epoxy et peuvent contenir des fibres. 25 Ainsi comme montré sur les figures 3 et 4, les différents composants du raidisseur 10' partiellement polymérisé et formés sont pré assemblés. On positionne ensuite le raidisseur 10" sur le raidisseur 10'. Le raidisseur 10" n'étant pas cuit, il prend la forme du raidisseur 10' et en suit la géométrie. 3044291 13 Ainsi les raidisseurs 10' et 10" sont parfaitement superposés. Le raidisseur 10 ainsi obtenu est chauffé pour finaliser la polymérisation. De cette manière, la cuisson finale permet aux différents composants du raidisseur 10' et au raidisseur 10" de se solidifier et de s'assembler pour former à 5 l'issue de la cuisson une unité à savoir un seul et même raidisseur 10. Avec un tel procédé, il est possible de se fournir en composants partiellement polymérisés et de pouvoir profiter ainsi de formes standardisées. De plus, le coût de fabrication en est réduit. 10 Une (ou plusieurs) étape(s) optionnelle(s) du procédé de fabrication du raidisseur choisi consiste(nt) à usiner le raidisseur obtenu. Comme le montrent les figures 5 et 6, on procède à une découpe (figure 5) ou deux découpes successives (figure 5 puis figure 6) au niveau de l'extrémité du 15 raidisseur. Un procédé d'usinage dont un résultat possible est représenté sur la figure 5, consiste à opérer une découpe selon un plan perpendiculaire au plan contenant les pieds 22, 24 ou dans un plan orienté entre 30 et 60 20 degrés par rapport à ce dernier. Dans ce dernier cas, l'extrémité du raidisseur présente un profil à l'oblique et dans l'exemple illustré, à environ 45 degrés. Un autre procédé d'usinage opérant sur le raidisseur obtenu à la 25 suite de l'usinage présenté précédemment et dont un résultat possible est représenté sur la figure 6, consiste à usiner uniquement la nervure 32. Une découpe de celle-ci est réalisée à partir de son extrémité haute 40 ou à proximité de celle-ci selon un plan orienté entre 30 et 60 degrés par rapport au plan contenant les pieds 22, 24. Comme le montre la figure 6, la nervure 3044291 14 se trouve ainsi inexistante ou de dimension réduite à l'extrémité du raidisseur 10. L'extrémité du raidisseur présente un profil à l'oblique et l'extrémité 5 de la nervure un profil à l'oblique dans la direction opposée. La figure 7 représente une succession de raidisseurs en M positionnés sur un composant 14. Les raidisseurs sont fixés au composant par tout type de moyen connu suivant le matériau du raidisseur (rivetage, co- io cuisson ...). REVENDICATIONS1 - Raidisseur d'aéronef comprenant deux jambes (16, 18) dont l'une des extrémités est jointe par une aile (20) et dont chaque autre extrémité est prolongée respectivement par un pied (22, 24) caractérisé en ce qu'il comprend une nervure (32) faisant saillie par rapport à la surface de l'aile (20). 2 - Raidisseur d'aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce io que la nervure fait saillie vers l'intérieur du raidisseur, dans la direction de l'aile (20) vers les pieds (22, 24). 3 - Raidisseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nervure (32) s'étend sensiblement sur toute la longueur du 15 raidisseur. 4 - Raidisseur d'aéronef selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les jambes (16, 18), les pieds (22, 24) et l'aile (20) forment un raidisseur de type omega raidi par la nervure (32). 20 5 - Raidisseur d'aéronef selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la nervure (32) est disposée dans un plan médian de symétrie du raidisseur. 25 6 - Raidisseur d'aéronef selon l'une de revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la nervure (32) est différente de l'épaisseur de l'aile (20). 3044291 16 7 - Raidisseur d'aéronef selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux flancs (34, 36) et un élément de renfort (38). 5 8 - Raidisseur d'aéronef selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend les deux flancs (34, 36) et l'élément (38) de renfort superposé avec un raidisseur (10") en oméga. 9 - Procédé de réalisation d'un raidisseur d'aéronef selon l'une des io revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - pré-assemblage des éléments composant le raidisseur (10') partiellement polymérisés ; - mise en place du raidisseur (10") non cuit sur le raidisseur (10') 15 de manière qu'ils se superposent ; - polymérisation des raidisseurs (10') et (10"). - Aéronef muni d'un raidisseur selon l'une des revendications 1 à 8. 20