Brevet FR3089946A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : structure d'un FUSELAGE D'UN aeronef présentant un panneau renforcé par un treillis Domaine technique [0001] La présente invention concerne une structure d'un fuselage d'un aéronef, un aéronef comportant un fuselage réalisé avec une telle structure, ainsi qu'un procédé pour réaliser une telle structure. Technique antérieure [0002] La structure d'un aéronef, en particulier au niveau du fuselage, comporte clas- siquement une pluralité de cadres, une peau et de nombreux raidisseurs. Chaque cadre prend globalement la forme d'un cercle et les cadres sont disposés les uns à la suite des autres le long de la direction longitudinale de l'aéronef. De nombreux raidisseurs sont fixés entre deux cadres voisins et la peau est fixée autour des cadres et aux raidisseurs. [0003] Bien qu'une telle architecture donne de bons résultats, en particulier du point de vue de la résistance structurelle, il est souhaitable de trouver une structure différente qui soit au moins aussi résistante structurellement et surtout plus légère et moins onéreuse à produire. Exposé de l'invention [0004] Un objet de la présente invention est de proposer une structure d'un fuselage d'aéronef qui soit résistante structurellement et plus légère que celle de l'état de la technique. [0005] A cet effet, est proposée une structure d'un fuselage d'aéronef, ladite structure comportant : [0006] - une peau présentant une face extérieure et une face intérieure usinée sous la forme d'un panneau renforcé par un treillis, [0007] - une pluralité de cadres, chaque cadre prenant la forme de la section du fuselage et les cadres étant disposés les uns à la suite des autres le long d'une direction longitudinale X du fuselage, où le périmètre extérieur de chaque cadre est fixé à la face intérieure de la peau, [0008] - une pluralité de longerons s'étendant parallèlement à la direction longitudinale X du fuselage, où chaque longeron s'étend à travers plusieurs cadres en les traversant au niveau d'une lumière prévue à cet effet dans chaque cadre et où chaque longeron est appliqué contre la face intérieure de la peau et y est fixé, et [0009] - en partie haute et en partie basse du fuselage, un caisson de torsion qui s'étend pa- rallèlement à la direction longitudinale X du fuselage, où chaque caisson de torsion comporte une plaque horizontale et des pattes qui fixent la plaque à la face intérieure 2 de la peau. [0010] La combinaison particulière de cette structure est légère tout en étant particu- lièrement résistante. [0011] Avantageusement, à chaque intersection entre un cadre et un longeron, ces deux éléments sont fixés l'un à l'autre. [0012] Selon un mode de réalisation particulier, le panneau renforcé par un treillis présente des premières nervures formant un premier panneau renforcé par un treillis et des deuxièmes nervures, où la hauteur des premières nervures perpendiculairement à la face intérieure est plus petite que la hauteur des deuxièmes nervures perpendiculairement à la face intérieure. [0013] Selon un autre mode de réalisation particulier, le panneau renforcé par un treillis présente des premières nervures formant un panneau renforcé par un treillis et des deuxièmes nervures formant un deuxième panneau renforcé par un treillis, où la hauteur des premières nervures perpendiculairement à la face intérieure est plus petite que la hauteur des deuxièmes nervures perpendiculairement à la face intérieure. [0014] Avantageusement, la peau est percée de trous pour des hublots et d'un passage pour une porte, un longeron est disposé au-dessus de la ligne de trous, un longeron est disposé au-dessous de la ligne de trous, un longeron est disposé au niveau du bord supérieur du passage, un longeron est disposé au niveau d'un plancher supérieur, et un longeron est disposé au niveau du plancher inférieur d'une soute. [0015] Avantageusement, chaque cadre est constitué d'un profilé présentant une section fermée. [0016] Avantageusement, la section fermée prend la forme d'un trapèze dont l'un des côtés parallèles est fixé à la peau. [0017] Avantageusement, la structure comprend des triangles de soutènement, où chaque triangle de soutènement est constitué d'un élément monobloc avec un bord rectiligne s'étendant horizontalement, un autre bord rectiligne s'étendant verticalement et un bord courbé s'appliquant et se fixant contre un cadre. [0018] L'invention propose également un aéronef comportant un fuselage constitué d'une structure selon l'une des variantes précédentes. [0019] L'invention propose également un procédé de fabrication de la structure précédente, ledit procédé de fabrication comportant : [0020] - une étape de fourniture au cours de laquelle une plaque métallique plane dont l'épaisseur est au moins égale à la plus grande hauteur des nervures du panneau renforcé par un treillis est fournie, [0021] - une étape d'enroulement au cours de laquelle la plaque métallique est déformée pour prendre la forme courbe de la peau, [0022] - une étape d'aplatissement au cours de laquelle la plaque métallique ainsi déformée 3 est contrainte en position plane, [0023] - une étape d'usinage au cours de laquelle la plaque métallique ainsi contrainte est usinée de manière à réaliser le panneau renforcé par un treillis, [0024] - une étape de relâchement au cours de laquelle la plaque métallique est relâchée de manière à reprendre sa forme courbe et à former ainsi la peau, [0025] - une étape de réalisation d'un module qui consiste à fixer les cadres les uns à côté des autres sur un gabarit de montage, et à appliquer et à fixer la peau précédemment réalisée contre le périmètre extérieur de chaque cadre ainsi fixé, et [0026] - une étape d'assemblage au cours de laquelle différents modules ainsi réalisés sont disposés et fixés les uns à côté des autres avec les longerons et les caissons de torsion. Brève description des dessins [0027] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réa- lisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : [0028] [fig. I J est une vue de côté d'un aéronef selon l'invention, [0029] [fig.2] est une vue en perspective d'une portion d'un fuselage comportant une structure selon l'invention, [0030] [fig.31 est une vue en perspective de la partie haute du fuselage de la Fig. 2, [0031] [fig.4] est une vue en perspective d'un exemple d'une portion d'une peau utilisée pour la structure selon l'invention, [0032] [fig.51 est une vue en perspective d'une portion du fuselage de la Fig. 2, [0033] [fig.61 est une représentation schématique d'un procédé de fabrication d'une peau utilisée pour la structure selon l'invention, et [0034] [fig.7] est une vue de la section d'un exemple d'un longeron utilisé pour la structure selon l'invention. [0035] EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION [0036] Dans la description qui suit, les termes relatifs à une position sont pris en référence à un aéronef en position normale d'utilisation, c'est-à-dire comme il est représenté sur la Fig. 1. [0037] Dans la description qui suit, et par convention, on appelle X la direction longi- tudinalc de l'aéronef et du fuselage orientée positivement dans le sens d'avancement de l'aéronef, on appelle Y la direction transversale de l'aéronef qui est horizontale lorsque l'aéronef est au sol, et Z la direction verticale lorsque l'aéronef est au sol, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles. [0038] La Fig. 1 montre un aéronef 100 qui comporte un fuselage 150. [0039] L'invention va être plus particulièrement décrite dans le cadre de la partie centrale et circulaire du fuselage 150, mais elle peut s'appliquer également lorsque le fuselage n'est pas circulaire ainsi qu'aux extrémités du fuselage 150. [0040] La Fig. 2 montre le fuselage 150 qui est ici de forme circulaire. Le fuselage 150 comporte ici des trous 152 pour la mise en place des hublots et un passage 154 pour la mise en place d'une porte. Classiquement, le fuselage 150 est prévu pour comporter un plancher supérieur et une soute sous le plancher supérieur qui peut être un plancher passager ou cargo. [0041] Le fuselage 150 est constitué d'une structure 156 qui comporte : [0042] - une peau 158 présentant une face extérieure 160 orientée vers l'extérieur du fuselage 150 et une face intérieure 162 orientée vers l'intérieur du fuselage 150, [0043] - une pluralité de cadres 164, chaque cadre 164 prenant la forme de la section du fuselage 150, ici circulaire, et les cadres 164 sont disposés les uns à la suite des autres le long de la direction longitudinale X du fuselage 150, et [0044] - une pluralité de longerons 166a-c s'étendant parallèlement à la direction longi- tudinale X du fuselage 150. [0045] La peau 158 est ainsi percée des trous 152 et du passage 154. Chaque cadre 164 peut être constitué d'un seul élément ou de plusieurs éléments fixés dans le prolongement les uns des autres. [0046] La Fig. 3 montre la partie haute du fuselage 150. La structure 156 comporte également en partie haute et en partie basse du fuselage 150, un caisson de torsion 302 qui s'étend parallèlement à la direction longitudinale X du fuselage 150. [0047] La Fig. 4 montre la peau 158 et un cadre 164. La face intérieure 162 est usinée de manière à former un panneau renforcé par un treillis (« grid stiffened panel » en terminologie anglo-saxonne) qui assure un allègement de la peau 158 tout en assurant une bonne résistance. Ce panneau renforcé par un treillis permet la suppression des raidisseurs de l'état de la technique et ainsi un gain de poids. [0048] Comme le montre la Fig. 4, le périmètre extérieur de chaque cadre 164 est fixé à la face intérieure 162 de la peau 158. [0049] Comme le montrent la Fig. 2 et la Fig. 3, chaque longeron 166a-e s'étend à travers plusieurs cadres 164 en les traversant au niveau d'une lumière 168 prévue à cet effet dans chaque cadre 164. Chaque longeron 166a-e est appliqué contre la face intérieure 162 de la peau 158 et y est fixé. [0050] Chaque caisson de torsion 302 comporte une plaque 304 qui s'étend dans un plan parallèle à l'axe longitudinal, ici horizontal. Chaque caisson de torsion 302 comporte également de part et d'autre du plan médian XZ du fuselage 150, des pattes 306 qui fixent la plaque 304 à la face intérieure 162 de la peau 158. Chaque caisson de torsion 302 constitue un élément qui peut compenser une défaillance de la peau 158 et inversement. [0051] Chaque cadre 164 passe entre la plaque 304 et la peau 158. [0052] L'architecture particulière de la structure 156 permet d'obtenir une structure plus légère que dans le cas de l'état de la technique par suppression des raidisseurs. Les caissons de torsion 302 permettent de compenser les efforts de flexion que le fuselage 150 subit. Les longerons 166a-e permettent un renfort de la structure 156 dans le cas de fortes charges. En outre, comme la raideur d'une telle structure est plus importante, il est possible d'espacer les cadres 164 et ainsi gagner encore en poids. [0053] Selon un mode de réalisation préféré, à chaque intersection entre un cadre 164 et un longeron 166a-c, ces deux éléments sont fixés l'un à l'autre, c'est-à-dire au niveau de chaque lumière 168. [0054] La fixation des différents éléments entre eux s'effectue par exemple par mise en place de rivets, de points de soudure, d'éléments de visserie ou de sertissage, etc. [0055] Dans le mode de réalisation de la Fig. 4, le panneau renforcé par un treillis présente des premières nervures 402 formant un premier panneau renforcé par un treillis et des deuxièmes nervures 404, où la hauteur des premières nervures 402 perpendiculairement à la face intérieure 162 est plus petite que la hauteur des deuxièmes nervures 404 perpendiculairement à la face intérieure 162. Dans un mode de réalisation particulier, la hauteur des deuxièmes nervures 404 est égale à 5 mm, la hauteur des premières nervures 402 est égale à 3 min et l'épaisseur de la peau 158 au centre des triangles est égale à 1,2 mm. [0056] Dans le mode de réalisation de l'invention présenté à la Fig. 4, le treillis du premier panneau renforcé par un treillis est formé de triangles prenant ainsi la forme d'une isogrille, mais il est possible de prévoir d'autres formes fermées comme par exemple, rectangulaires, hexagonales, ou autres. [0057] Les deuxièmes nervures 404 sont formées d'éléments droits, mais il est possible d'utiliser d'autres géométries en fonction des besoins structurels. Par exemple, en fonction du type d'efforts subis par la peau 158, l'orientation des éléments droits peut être différente. [0058] Par exemple, la partie basse de la peau 158 va travailler en compression et une orientation longitudinale des éléments droits sera préférée. La partie haute de la peau 158 va travailler en traction et une double orientation longitudinale et transversale des éléments droits sera préférée. Entre la partie basse et la partie haute, la peau 158 va 6 travailler en cisaillement et une orientation à 45' des éléments droits sera préférée. [0059] Selon un autre mode de réalisation non représenté, les deuxièmes nervures forment également un deuxième panneau renforcé par un treillis, où le treillis est formé de triangles, ou d'autres formes fermées comme par exemple, rectangulaires, hexagonales, ou autres. [0060] Selon un mode de réalisation particulier : [0061] - un longeron 166a est disposé au-dessus de la ligne de trous 152 et un longeron 166b est disposé au-dessous de la ligne de trous 152, [0062] - un longeron 166e est disposé au niveau du bord supérieur du passage 154, c'est-à-dire au niveau du linteau de la porte lorsqu'elle est installée, [0063] - un longeron 166e est disposé au niveau du plancher supérieur pour soutenir le plancher supérieur en particulier en cas de crash, et [0064] - un longeron 166d est disposé au niveau du plancher inférieur de la soute pour soutenir le plancher inférieur de la soute en particulier en cas de crash. [0065] Bien sûr, selon la géométrie du fuselage 150 et selon les charges subies, une ré- partition différente, ainsi qu'un nombre différent de longerons sont possibles. [0066] Le longeron 166a qui est disposé au-dessus de la ligne de trous 152 est positionné entre les trous 152 et le longeron 166e disposé au niveau du bord supérieur du passage 154. Le longeron 166b qui est disposé au-dessous de la ligne de trous 152 est positionné entre les trous 152 et le longeron 166e disposé au niveau du plancher supérieur. [0067] Comme le montrent la Fig. 4 et la Fig. 7, chaque cadre 164 est constitué d'un profilé présentant une section fermée ce qui permet d'obtenir un cadre auto-stable qui conserve sa forme même lorsqu'une force lui est appliquée. La section fermée prend ici la forme d'un trapèze dont l'un des côtés parallèles est fixé à la peau 158. [0068] Pour alléger chaque cadre 164, des fenêtres peuvent être réalisées dans les parois dudit cadre 164. [0069] La Fig. 5 montre un mode de réalisation particulier dans lequel des triangles de sou- tènement 502 sont ajoutés pour soutenir le plancher supérieur. Chaque triangle de soutènement 502 est constitué d'un élément monobloc qui présente deux bords rectilignes et un bord courbé. Un des bords rectilignes est horizontal et sert de support au plancher supérieur, l'autre bord rectiligne s'étend verticalement et le bord courbé s'applique et se fixe contre un cadre 164. [0070] Des poutrelles, en particulier des poutrelles auto-stables, peuvent être fixées entre deux triangles de soutènement 502 disposés de part et d'autre du plan médian XZ. Ces poutrelles permettent également la fixation des éléments d'aménagement de la cabine comme les sièges, les toilettes, etc. [0071] La Fig. 6 montre un procédé de fabrication de la peau 158. 7 [0072] Le procédé de fabrication comporte : [0073] - une étape de fourniture 600 au cours de laquelle une plaque métallique 602 plane dont l'épaisseur est au moins égale à la plus grande hauteur des nervures 402, 404 du panneau renforcé par un treillis est fournie, [0074] - une étape d'enroulement 604 au cours de laquelle la plaque métallique 602 est déformée pour prendre la forme courbe de la peau 158, [0075] - une étape d'aplatissement 606 au cours de laquelle la plaque métallique 602 ainsi déformée est contrainte en position plane, [0076] - une étape d'usinage 610 au cours de laquelle la plaque métallique 602 ainsi contrainte est usinée de manière à réaliser le panneau renforcé par un treillis sur la face intérieure 162, [0077] - une étape de relâchement 614 au cours de laquelle la plaque métallique 602 est relâchée de manière à reprendre sa forme courbe et à former ainsi la peau 158. [0078] L'étape d'enroulement 604 s'effectue par exemple par passage entre des rouleaux. [0079] L'étape d'aplatissement 606 est réalisée par exemple par mise en place de la plaque métallique 602 contre une table 608 contre laquelle deux bords rectilignes opposés de la plaque métallique 602 sont plaqués. [0080] L'étape d'usinage 610 est réalisée à l'aide d'un outil 612 qui se déplace au-dessus de la table 608. [0081] La réalisation de la structure 156 se poursuit alors par la réalisation d'un module qui consiste à fixer les cadres 164 les uns à côté des autres sur un gabarit de montage, et à appliquer et à fixer la peau 158 précédemment réalisée contre le périmètre extérieur de chaque cadre 164 ainsi fixé. [0082] Au cours d'une étape d'assemblage, différents modules ainsi réalisés sont ensuite disposés et fixés les uns à côté des autres avec les longerons 166a-e et les caissons de torsion 302 de manière à former la structure 156. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]