Brevet FR3072442A1 — publié le 20190419

AQP1384FR TUBES COMPOSITES LÉGERS DESTINÉS A DES APPLICATIONS HYDRAULIQUES AÉROSPATIALES À HAUTE PRESSION DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne de manière générale des conduits de fluide, comprenant des tubes qui peuvent être utilisés en liaison avec des applications hydrauliques aérospatiales à haute pression. CONTEXTE [0002] La présente description de contexte est définie ci-après dans le but de fournir un contexte seulement. Par conséquent, aucun aspect de la présente description de contexte, dans la mesure où il n'est pas autrement admissible en tant qu'état de la technique, n'est ni expressément ni implicitement admis comme l'état de la technique envers la présente invention. [0003] Certaines structures renforcées de fibres peuvent être utilisées en liaison avec des pièces de transport souples comme moyen des tuyaux hydrauliques flexibles. Toutefois, ces structures peuvent ne pas être assez rigides pour certaines applications de tube métallique rigide (par ex., pour remplacer des tubes métalliques rigides). Pour remplacer des tubes métalliques, des tubes composites peuvent nécessiter d'être imperméables aux fluides, doivent présenter des propriétés mécaniques suffisantes pour résister aux charges statiques et dynamiques et être aptes à être formés avec des géométries en trois dimensions qui sont actuellement obtenues par courbure ou par soudage pour des tubes métalliques. Toutefois, certaines méthodes de fabrication destinées à produire de tels composites de polymère renforcés de fibres, des moules spécifiques pour chaque géométrie, des sacs gonflables ou des enveloppes rétractables pour chauffer et compresser la préforme du tube initial en un état consolidé peuvent être impliqués, ce qui peut impliquer un coût relativement élevé, un temps de traitement long et/ou une main-d'oeuvre intensive. [0004] Il existe un souhait de trouver des solutions / options qui minimisent ou éliminent un ou plusieurs défis ou insuffisances des conduits de fluide et des procédés de formage des conduits de fluide. La discussion qui précède est uniquement destinée à illustrer des exemples 30 du présent domaine et ne doit pas être prise comme un reniement de la portée. SOMMAIRE [0005] Dans des modes de réalisation, un conduit de fluide peut comprendre une première partie et une seconde partie située au moins partiellement autour de la première partie. La première partie peut comprendre un matériau thermoplastique extrudé. La seconde partie 35 peut comprendre une pluralité de couches formées par l'intermédiaire de bandes, de câbles 1 16AQP1384FR et/ou de tissus thermoplastiques renforcés de fibres. La première partie et la seconde partie peuvent être sensiblement rigides et imperméables au fluide et peuvent comprendre des sections transversales cylindriques concentriques. La bande, les câbles et/ou le tissu thermoplastiques renforcés de fibres peuvent comprendre des nanoadditifs et/ou 5 microadditifs. [0006] Selon des modes de réalisation, un procédé de formage d'un conduit de fluide peut comprendre l'extrusion d'une première partie du conduit de fluide avec du thermoplastique, fournissant un matériau thermoplastique renforcé de fibres, comprenant une bande, des câbles et/ou du tissu, et la superposition d'une pluralité de couches du matériau 10 thermoplastique renforcé de fibres sur le dessus de la première partie afin de former une seconde partie du conduit de fluide. [0007] Ce qui précède et d'autres aspects, caractéristiques, détails, utilités et/ou avantages des modes de réalisation de la présente invention seront évidents à partir de la lecture de la description suivante et à partir de la revue des dessins associés. 15 DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS [0008] FIG. 1 est une vue en coupe illustrant de manière générale un mode de réalisation d'un conduit de fluide selon les enseignements de la présente invention. [0009] FIG. 2 est un diagramme de flux illustrant de manière générale un mode de 20 réalisation d'un procédé de formage d'un conduit de fluide selon les enseignements de la présente invention. [0010] FIG. 3 est une vue de côté illustrant de manière générale des modes de réalisation d'un conduit de fluide et des équipements de formage selon les enseignements de la présente invention. 25 [0011] FIG. 4 est une vue de côté illustrant de manière générale des modes de réalisation d'un conduit de fluide incurvé et des équipements de formage selon les enseignements de la présente invention. [0012] FIG. 5 est une vue de côté illustrant de manière générale un mode de réalisation d'un conduit de fluide selon les enseignements de la présente invention. 2 16AQP1384FR DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0013] Une référence sera maintenant faite en détail aux modes de réalisation de la présente invention, dont des exemples sont décrits dans le présent document et illustrés dans les dessins associés. Alors que la présente invention sera décrite en conjonction avec des 5 modes de réalisation et/ou des exemples, il sera entendu qu'ils n'ont pas pour but de limiter la présente invention à ces modes de réalisation et/ou exemples. Au contraire, la présente invention a pour but de couvrir des alternatives, des modifications et des équivalents. [0014] Des matériaux composites peuvent être utilisés en liaison avec une structure d'avion, des éléments et des systèmes pour leur efficacité structurale. L'avion peut comprendre des 10 composites à base de fibres de carbone pour la peau et la structure du fuselage au lieu de matériaux métalliques. La conception de systèmes de transport de fluide (comprenant des systèmes hydrauliques, de carburant et de contrôle de l'environnement (ECS), de retour hydraulique et de liquide de refroidissement) à l'aide de composites pour remplacer les matériaux métalliques actuels peuvent abaisser encore plus le poids pour réduire la 15 consommation de carburant et les émissions, réduire la conductivité électrique des tuyauteries afin d'empêcher les risques de frappe de la foudre tout en restant suffisamment conductrices pour dissiper les charges statiques électriques, ainsi que pour atténuer la complexité de conception de l'intégration de matériaux composites et métalliques afin d'assurer la sécurité du système nécessaire. 20 [0015] Dans des modes de réalisation, un conduit de fluide 10 peut comprendre un tube composite thermoplastique rigide multifonctionnel multicouche qui peut être étanche et/ou peut comprendre des propriétés électriques adaptées pour être compatibles à l'électrostatique et à la foudre. Un procédé 100 de formage d'un conduit de fluide 10 peut comprendre un processus automatisé de superposition de couches de bande de fabrication additive in situ. 25 Le procédé 100 peut comprendre la courbure du conduit de fluide 10. [0016] Selon des modes de réalisation, comme illustrés de manière générale à la FIG. 1, un conduit de fluide 10 peut comprendre une première partie 20 et/ou une seconde partie 30. La première partie 20 peut comprendre, par exemple et sans limitation, une couche d'extrusion imperméable au fluide interne. La première partie 20 peut comprendre un ou plusieurs 30 nanoadditifs et/ou un ou plusieurs microadditifs. Les nanoadditifs et/ou les microadditifs peuvent être conçus afin de faciliter la dissipation de la charge électrostatique, rendre le conduit de fluide 10 électrostatique et/ou rendre le conduit de fluide 10 compatible à la foudre. [0017] Dans des modes de réalisation, une seconde partie 30 peut comprendre, par exemple et sans limitation, une ou plusieurs couches de fibres de renfort 32. La ou les couches de fibres de renfort 32 peuvent être formées par l'intermédiaire d'une bande et/ou de films en superposition. L'angle de superposition de couches, le nombre de plis et/ou 3 16AQP1384FR l'épaisseur des couches de renfort 32 peuvent être réglés pour atteindre les exigences de pression de l'application spécifique. Dans des modes de réalisation, certaines sections de la seconde partie 30 peuvent comprendre des couches 32 additionnelles, de manière à fournir un renfort localisé additionnel. Les fibres des couches de fibres de renfort 32 peuvent être 5 pré-imprégnées d'une matrice thermoplastique, qui peut être composée avec des nanoadditifs et/ou des microadditifs, de manière à régler la conductivité électrique. [0018] Selon des modes de réalisation, comme illustrés de manière générale à la FIG. 2, un procédé 100 de production d'un conduit de fluide 10 peut comprendre la fourniture et/ou le formage d'un polymère thermoplastique (étape 102). Le procédé 100 peut comprendre 10 l'extrusion de la partie première/intérieure 20 avec le polymère thermoplastique (étape 104), qui peut comprendre des nanocharges et/ou des microcharges. Le procédé 100 peut comprendre la fourniture de matériaux thermoplastiques renforcés de fibres (étape 108), comme une bande, des câbles et/ou des tissus, qui peuvent être chargés avec des nanoadditifs et/ou microadditifs. Le procédé 100 peut comprendre l'ajout / le formage d'une 15 seconde partie 30 (étape 110), comme par l'intermédiaire de la superposition de matériaux de fibres de renfort au-dessus de la première partie extrudée 20 dans une pluralité de couches 32. [0019] Dans des modes de réalisation, le procédé 100, après l'extrusion de la première partie 20 à l'étape 104, comprend (i) le chauffage de la première partie 20 à un stade de 20 ramollissement, (ii) le formage de la première partie 20 en une première géométrie incurvée (voir, par ex., la géométrie incurvée illustrée de manière générale à la FIG. 4) et/ou (iii) le refroidissement de la première partie 20 pour conserver la première géométrie incurvée (étape 106). L'ajout de la seconde partie 30 à l'étape 110 peut alors comprendre l'élimination des couches 32 des matériaux de fibres de renfort sur le haut de la première partie 25 incurvée 20. Le formage de la première partie 20 en une première géométrie incurvée peut comprendre la fourniture d'une ou plusieurs courbes 22 à la première partie 20 et/ou au conduit de fluide 10. [0020] Selon des modes de réalisation, l'ajout de la seconde partie dans l'étape 110 peut comprendre l'élimination / le formage des couches 32 des matériaux de fibres de renfort par 30 l'intermédiaire de l'équipement automatisé de superposition de couches de bande 40 (voir, par ex., FIG. 3 et FIG. 4). L'équipement automatisé de superposition de couches de bande 40 peut être conçu pour appliquer en même temps la chaleur et la pression servant à la consolidation in situ. Les matériaux de fibres de renfort peuvent être riches en résine. [0021] Dans des modes de réalisation, le procédé 100, après le formage de la seconde 35 partie 30 à l'étape 110, comprend (i) le chauffage de la première partie 20 et de la seconde partie 30 (par ex., le conduit de fluide 10) à une température de ramollissement, (ii) la courbure 4 16AQP1384FR de la première partie 20 et de la seconde partie 30 en une seconde géométrie/forme incurvée souhaitée (voir, par ex., la géométrie incurvée illustrée de manière générale à la FIG. 5) et (iii) le refroidissement de la première partie 20 et de la seconde partie 30 pour conserver la seconde géométrie souhaitée/formée (étape 112). La courbure de la première partie 20 et/ou 5 de la seconde partie 30 peut fournir une ou plusieurs courbes 34 au conduit de fluide 10. [0022] Selon des modes de réalisation, le procédé 100, après le formage de la seconde partie 30 à l'étape 110, comprend l'ajout d'un premier raccord 50 à une première extrémité du conduit de fluide 10 et/ou l'ajout d'un second raccord 52 à une seconde extrémité du conduit de fluide 10 (étape 114). 10 [0023] Dans des modes de réalisation, la première partie 20 et/ou la seconde partie 30 peuvent comprendre un ou plusieurs choix parmi une variété de formes, tailles et/ou configurations. Par exemple et sans limitation, la première partie 20 et/ou la seconde partie 30 peuvent comprendre de manière générale des formes/sections transversales cylindriques qui peuvent être situées de manière concentrique l'une par rapport à l'autre. La première partie 20 15 et/ou la seconde partie 30 peuvent être sensiblement rigides. [0024] Selon des modes de réalisation, des procédés de chauffage, comme ceux qui peuvent être utilisés pour chauffer une première partie 20 et/ou une seconde partie 30 à une température de ramollissement, peuvent comprendre le chauffage par gaz chaud, le chauffage à la flamme, le chauffage ultrasonore, le chauffage par infrarouge, le chauffage par 20 induction et/ou le chauffage laser. L'équipement automatisé de superposition de couches de bande 40 peut être conçu pour fournir de la chaleur par l'intermédiaire d'un ou plusieurs de ces procédés. [0025] Dans des modes de réalisation, la seconde partie 30 peut comprendre une pluralité de couches 32 qui peuvent être situées sur la première partie 20. Par exemple et sans 25 limitation, la seconde partie 30 peut comprendre au moins cinq couches 32 et peut, par exemple, comprendre huit couches. Les couches 32 peuvent être fournies par l'intermédiaire d'une superposition de couches +55/-55. Selon des modes de réalisation, comme illustrés de manière générale à la FIG. 5, un conduit de fluide 10 peut présenter une première partie 20 continue entourée sur au moins une partie de celle-ci par une seconde partie 30 et peut 30 comprendre une première section 60 et/ou une seconde section 62. La première section 60 et la seconde section peuvent ou peuvent ne pas présenter de longueurs pratiquement similaires. La seconde partie 30 peut comprendre différents nombres de couches 32 dans la première section 60 et la seconde section 62. Par exemple et sans limitation, la seconde partie 30 peut comprendre un plus grand nombre de couches 32 dans la seconde section 62 35 que dans la première section 60, qui peut fournir une rigidité et/ou une résistance additionnelle au conduit de fluide 10 dans la seconde section 62. 5 16AQP1384FR [0026] Des modes de réalisation des conduits de fluide 10 peuvent comprendre une meilleure rigidité et une meilleure résistance et/ou l'amélioration de poids par rapport à d'autres dessins. Par exemple et sans limitation, un mode de réalisation d'un conduit de fluide 10 peut comprendre une pression de rupture d'au moins environ 23 000 psi (par ex., 5 environ 23 600 psi, tel qu'avec un mode de réalisation en fibre de carbone unidirectionnelle), un diamètre extérieur d'environ 0,5 cm, un diamètre intérieur de 0,37 pouce, une épaisseur d'environ 0,065 pouce, une densité d'environ 1,5 g/cm3 et/ou un poids d'environ 90 g/m ou moins (par ex., environ 85,65 g/m). [0027] Dans des modes de réalisation, la première partie thermoplastique 20 peut 10 comprendre un ou plusieurs matériaux à matrice thermoplastique, qui peuvent comprendre, mais ne sont pas limités au polyétheréthercétone (PEEK), polyacryléthercétone (PAEK), polyéthercétonecétone (PEKK), polyéthercétone (PEK), polycétone (PK), polyphénylènesulfure (PPS), polyéthylèneimine (PEI), polyacrylamide (PA), polyimide et/ou des combinaisons de ceux-ci. 15 [0028] Selon des modes de réalisation, les nanoadditifs peuvent comprendre, mais ne sont pas limités aux nanotubes de carbone, nanofibres de carbone, graphène, alumine, nanotubes d'alumine, nitrure d'aluminium, nitrure de bore, nanotubes de bore, nanoargile, nanodiamants, oxyde de titane, oxyde de zirconium, carbure de silicium, nanoparticules de silicium, nanoparticules d'oxyde d'aluminium et/ou des combinaisons de ceux-ci. 20 [0029] Dans des modes de réalisation, les microadditifs peuvent comprendre, mais ne sont pas limités à la fibre de carbone, la fibre de verre, le noir de carbone, le talc, le mica, le basalte et/ou des combinaisons de ceux-ci. [0030] Selon des modes de réalisation, les matériaux de renfort qui peuvent être inclus dans le thermoplastique peuvent comprendre des fibres ou des filaments synthétiques et/ou 25 naturels, qui peuvent comprendre, mais ne sont pas limités à la fibre de carbone, la fibre de verre, la fibre de polytéréphtalamide de paraphénylène (Kevlar), la fibre de basalte, la fibre de céramique et/ou des combinaisons de celles-ci. Une forme de fibre continue unidirectionnelle, de fibre hachée, tissée, de tissu tressé et/ou de fils peut être utilisée. [0031] La présente invention concerne, selon différents modes de réalisation, divers 30 appareils, systèmes et/ou procédés. De nombreux détails spécifiques sont définis pour fournir une très bonne compréhension de la structure d'ensemble, de la fonction, de la fabrication et de l'utilisation des modes de réalisation comme décrits dans l'invention et illustrés dans les dessins associés. Il sera entendu par un homme du métier, toutefois, que les modes de réalisation peuvent être pratiqués sans de tels détails spécifiques. Dans d'autres cas, des 35 utilisations, des composants et des éléments bien connus n'ont pas été décrits en détail de façon à ne pas obscurcir les modes de réalisation décrits dans l'invention. Ceux ayant une 6 16AQP1384FR compétence ordinaire dans la technique, comprendront que les modes de réalisation décrits et illustrés ici sont des exemples non limitatifs et il peut donc être apprécié que l'invention concerne des détails structuraux et fonctionnels qui peuvent être représentatifs et ne limitent pas nécessairement la portée des modes de réalisation. 5 [0032] Référence tout au long de l'invention à « divers modes de réalisation », « selon des modes de réalisation », « dans des modes de réalisation », ou « un mode de réalisation » ou similaires, signifie qu'une fonctionnalité, une structure ou une caractéristique particulière décrite en liaison avec le mode de réalisation est comprise dans au moins un mode de réalisation. Ainsi, les apparitions d'expressions « divers modes de réalisation », « selon des 10 modes de réalisation », « dans des modes de réalisation », ou « un mode de réalisation » ou similaires, dans des endroits tout au long de l'invention ne se réfèrent nécessairement pas toutes au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière convenable dans un ou plusieurs modes de réalisation. Ainsi, les fonctionnalités, les structures, ou les 15 caractéristiques particulières illustrées ou décrites en liaison avec un mode de réalisation / exemple peuvent être combinées, en tout ou en partie, avec les fonctionnalités, les structures, les fonctions et/ou les caractéristiques d'un ou de plusieurs modes de réalisation/exemples sans limitation, étant donné qu'une telle combinaison ne soit pas illogique ou non fonctionnelle. De surcroît, de nombreuses modifications peuvent être apportées pour 20 s'adapter à une situation ou à un matériau particulier à l'enseignement de la présente invention sans s'écarter de la portée de celui-ci. [0033] Il doit être entendu que les références à un élément unique ne sont pas nécessairement limitées et peuvent comprendre un ou plusieurs de ces éléments. Toutes références directionnelles (par ex., plus, moins, supérieur, inférieur, en haut, en bas, à 25 gauche, à droite, vers la gauche, vers la droite, haut, bas, dessus, dessous, vertical, horizontal, dans le sens horaire et dans le sens antihoraire) sont utilisées uniquement à des fins d'identification afin de faciliter la compréhension par le lecteur de la présente invention et de ne pas créer de limitations, notamment quant à la position, l'orientation, ou l'utilisation des modes de réalisation. 30 [0034] Des références de jonction (par ex., fixé, couplé, raccordé, etc.) doivent être interprétées de façon large et peuvent comprendre les éléments intermédiaires entre une liaison d'éléments et le mouvement relatif entre les éléments. En tant que telles, les références de jonction n'impliquent pas nécessairement que deux éléments sont directement raccordés/couplés et en liaison fixe l'un par rapport à l'autre. L'utilisation de « par ex. » dans 35 l'invention doit être interprétée de façon large et est utilisée pour fournir des exemples non limitatifs de modes de réalisation de l'exposé et l'exposé n'est pas limité à ces exemples. Les 7 16AQP1384FR utilisations des « et » et des « ou » doivent être interprétées de façon large (par ex., pour être traitées comme des « et/ou »). Par exemple et sans limitation, les utilisations des « et » ne nécessitent pas forcément tous les éléments ou toutes les caractéristiques énumérés et l'utilisation des « ou » sont destinées à être inclusives, à moins qu'une telle interprétation ne 5 soit illogique. [0035] Alors que les processus, les systèmes et les procédés peuvent être décrits dans la présente invention en liaison avec une ou plusieurs étapes dans un ordre particulier, il doit être entendu que ces procédés peuvent être pratiqués avec les étapes dans un ordre différent, avec certaines étapes effectuées simultanément, avec des étapes supplémentaires et/ou 10 avec certaines étapes décrites omises. [0036] Il est prévu que toutes les matières figurant dans la description ci-dessus ou illustrées dans les dessins associés doivent être interprétées comme étant uniquement indicatives et non limitées. Des modifications de détail ou de la structure peuvent être effectuées sans s'écarter REVENDICATIONS1. Conduit de fluide, comprenant : une première partie ; et une seconde partie située au moins partiellement autour la première partie ; la première partie comprenant un thermoplastique extrudé ; la seconde partie comprenant une pluralité de couches formées par l'intermédiaire de bande, de câbles et/ou de tissu thermoplastiques renforcés de fibres. 2. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel la première partie et la seconde partie sont pratiquement rigides et comprennent des sections transversales cylindriques concentriques. 3. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel la bande, les câbles et/ou le tissu thermoplastiques renforcés de fibres comprennent des nanoadditifs et/ou des 15 microadditifs. 4. Conduit de fluide selon la revendication 3, dans lequel les nanoadditifs et/ou les microadditifs correspondent à une conductivité électrique du conduit de fluide. 20 5. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel le conduit de fluide comprend une pression de rupture d'au moins 23 000 psi. 6. Conduit de fluide selon la revendication 5, dans lequel le conduit de fluide présente un poids d'environ 90 grammes par mètre ou moins. 25 7. Conduit de fluide selon la revendication 6, dans lequel une épaisseur combinée de la première partie et de la seconde partie est d'environ 0,065 pouce. 8. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de couches 30 comprend au moins 5 couches. 9. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel la première partie et la seconde partie sont rigides et comprennent une ou plusieurs courbures. 35 10. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel la première partie et la seconde partie sont pratiquement cylindriques et situées de manière concentrique l'une par rapport à l'autre. 9 16AQP1384FR 11. Conduit de fluide selon la revendication 1, dans lequel la seconde partie comprend une première section présentant un premier nombre de la pluralité de couches ; la seconde partie comprenant une seconde section présentant un second nombre de la pluralité de 5 couches ; et le premier nombre étant différent du deuxième nombre. 12. Procédé de formage d'un conduit de fluide, le procédé comprenant : (a) l'extrusion d'une première partie du conduit de fluide avec un thermoplastique ; (b) la fourniture d'un matériau thermoplastique renforcé de fibres, comprenant une 10 bande, des câbles et/ou du tissu ; et (c) la superposition d'une pluralité de couches de matériau thermoplastique renforcé de fibres sur le dessus de la première partie afin de former une seconde partie du conduit de fluide. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'étape (a) comprend l'extrusion de la première partie avec des nanoadditifs et/ou des microadditifs. 14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'étape (b) comprend l'utilisation d'une machine automatisée de superposition de couches de bande pour appliquer en même temps la chaleur et la pression servant à la consolidation in situ. 15. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'application de chaleur dans l'étape (b) implique un ou plusieurs parmi le chauffage par gaz chaud, le chauffage à la flamme, le chauffage ultrasonore, le chauffage par infrarouge, le chauffage par induction et/ou le chauffage laser. 16. Procédé selon la revendication 12 comprenant, après l'étape (a) : le chauffage de la première partie jusqu'à un état de ramollissement ; la courbure de la première partie dans une géométrie incurvée spécifique ; et le refroidissement de la première partie pour conserver la géométrie incurvée spécifique. 17. Procédé selon la revendication 12 comprenant, après l'étape (c) : le chauffage de la première partie et de la seconde partie à une température de ramollissement ; la courbure de la première partie et de la seconde partie en une forme souhaitée ; et 10 16AQP1384FR le refroidissement de la première partie et de la seconde partie pour conserver la forme souhaitée. 18. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la pluralité de couches comprend des 5 microadditifs et/ou des nanoadditifs qui rendent le conduit de fluide électrostatique et compatible à la foudre. 19. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'étape (c) comprend la superposition d'un premier nombre de couches de la pluralité de couches sur une première section de la 10 première partie ; la superposition d'un second nombre de couches de la pluralité de couches sur une seconde section ; et le premier nombre de couches étant différent du second nombre de couches. 20. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le conduit de fluide comprend une 15 pression de rupture d'au moins 23 000 psi ; le conduit de fluide comprenant un poids combiné d'environ 90 grammes par mètre ou moins ; et une épaisseur du conduit de fluide étant d'environ 0,065 pouce. 20 11