Brevet FR3110483A1 — publié le 20211126

Pièce comprenant une première partie (12) métallique et une deuxième partie (14) en matériau composite à matrice organique, dans laquelle la première partie (12) présente une première portion de raccord (12A) et la deuxième partie (14) présente une deuxième portion de raccord (14A), la deuxième portion de raccord (14A) présentant au moins un trou traversant (14B), la deuxième portion raccord (14A) étant prise en sandwich en tout ou partie entre la première portion de raccord (12A) et un élément de fixation (16) métallique, l’élément de fixation (16) étant fixé à la première partie (12) d’une part sur la première portion de raccord (12A) via le trou traversant (14B) de la deuxième portion de raccord (14A) et d’autre part sur une portion (12D) autre que la première portion de raccord (12A), grâce à quoi la première partie (12) et la deuxième partie (14) sont fixées l’une à l’autre. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Structure d’assemblage d’une pièce comprenant une première partie métallique et une deuxième partie en matériau composite à matrice organique Le présent exposé concerne une pièce comprenant une partie métallique et une partie en matériau composite à matrice organique assemblées ensemble. Par exemple, une telle pièce peut être une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée, mais pas uniquement. On connait des pièces comprenant une partie métallique et une partie en matériau composite à matrice organique assemblées ensemble. Toutefois, l’assemblage de ces deux parties est très souvent perfectible. Il existe donc un besoin en ce sens. Un mode de réalisation concerne une pièce comprenant une première partie métallique et une deuxième partie en matériau composite à matrice organique, dans laquelle la première partie présente une première portion de raccord et la deuxième partie présente une deuxième portion de raccord, la deuxième portion de raccord présentant au moins un trou traversant, la deuxième portion raccord étant prise en sandwich en tout ou partie entre la première portion de raccord et un élément de fixation métallique, l’élément de fixation étant fixé à la première partie d’une part sur la première portion de raccord via le trou traversant de la deuxième portion de raccord et d’autre part sur une portion autre que la première portion de raccord, grâce à quoi la première partie et la deuxième partie sont fixées l’une à l’autre. On comprend que la portion de raccord d’une partie est la portion qui est en contact et coopère directement avec l’autre partie. Ainsi, une portion d’une partie qui ne coopère pas avec l’autre partie, par exemple qui n’est pas superposée avec, ou ne chevauche pas, la portion de raccord de l’autre partie, ne fait pas partie de la portion de raccord de ladite partie. On comprend également que la deuxième portion de raccord présente un ou plusieurs trous traversant. Par la suite, et sauf indication contraire par « le trou traversant » on entend « le au moins un trou traversant ». Par exemple l’élément de fixation est dans une nuance de métal identique à celle de la première partie, mais pas nécessairement. L’élément de fixation est fixé à la première partie en enserrant au moins une partie de la deuxième portion de raccord. Ainsi, la deuxième portion de raccord est bloquée entre la première portion de raccord et l’élément de fixation. L’élément de fixation est fixé à la première partie en deux endroits. L’élément de fixation est fixé à la première partie, et plus particulièrement à la première portion de raccord, en s’étendant au travers du trou traversant de la deuxième portion de raccord. L’élément de fixation est en outre fixé directement à la première partie sur une autre portion que la première portion de raccord. Ainsi il y a deux liaisons mécaniques entre l’élément de fixation et la première partie. Ceci permet d’assembler la première partie avec la deuxième partie. Par rapport aux pièces connues de l’état de la technique, une telle structure d’assemblage permet de multiplier les zones de fixations et donc de mieux répartir les efforts mécaniques subis. Par ailleurs, en prenant en sandwich en tout ou partie la deuxième portion de raccord, la partie prise en sandwich de la deuxième portion de raccord entre la première partie et l’élément de fixation est parfaitement bloquée, notamment en flexion. Ceci a pour effet de rigidifier et de renforcer mécaniquement la structure d’assemblage selon le présent exposé par rapport pièces connues de l’état de la technique. Notamment, en réduisant des déformations en flexion au voisinage du trou traversant, on réduit les contraintes d’arrachage subies par la fixation entre l’élément de fixation et la première portion de raccord. Par exemple, les parties peuvent être des plaques, planes ou courbes, et les portions de fixation former des brides, planes ou courbes. Par exemple, la première partie et la deuxième partie forment chacune une plaque s’étendant selon une première direction et selon une deuxième direction, et présentant une épaisseur selon une troisième direction perpendiculaire à la première et à la deuxième direction, la première partie et la deuxième partie étant disposées côte à côte selon la première direction, le au moins un trou traversant s’étendant selon la troisième direction, la première et la deuxième portion de raccord se chevauchant l’une l’autre selon la première et la deuxième direction, l’élément de fixation et la première portion de raccord étant disposés de part et d’autre de la deuxième portion de raccord selon la troisième direction. La première et/ou la deuxième direction peuvent être rectilignes ou courbes, de manière similaire aux directions définies dans un repère cartésien, cylindrique ou sphérique. Dans certains modes de réalisation, la première portion de raccord présente au moins un trou borgne s’étendant respectivement dans le prolongement d’au moins un trou traversant de la deuxième portion de raccord, l’élément de fixation étant fixé à la première portion de raccord en s’étendant dans le trou borgne. Par exemple, le trou borgne s’étend selon la troisième direction. On comprend qu’un trou borgne est un trou qui ne présente qu’un seul orifice et qui forme une concavité. On comprend que l’élément de fixation est en prise avec la première partie, et plus précisément avec la première portion de raccord, dans le trou borgne. Ceci renforce liaison mécanique entre l’élément de fixation et la première partie, notamment en cisaillement (i.e. direction transverse à l’axe géométrique du trou borgne), mais également en traction (i.e. selon une direction parallèle à l’axe géométrique du trou borgne), en présentant une plus grande surface d’accroche. Dans certains modes de réalisation, le trou borgne présente une entrée, un fond, une paroi latérale s’étendant entre l’entrée et le fond et un axe géométrique, la paroi latérale du trou borgne étant inclinée par rapport à l’axe géométrique du trou traversant de manière à former un convergent depuis l’entrée vers le fond. En d’autres termes, la paroi latérale du trou borgne présente au moins une portion inclinée par rapport à l’axe géométrique du trou borgne, et orientée de manière à être en regard de l’élément de fixation. Ceci permet d’augmenter la surface de fixation entre l’élément de fixation et la première portion de raccord, grâce à quoi la liaison mécanique est renforcée. Par ailleurs, une telle configuration est particulièrement adaptée lorsque l’élément de fixation est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid. Dans certains modes de réalisation, le trou traversant présente une paroi latérale et un axe géométrique, la paroi latérale du trou traversant étant inclinée par rapport à l’axe géométrique du trou traversant de manière à former un convergent depuis l’élément de fixation vers la première portion de raccord. On comprend que l’axe géométrique du trou traversant est coaxial avec l’axe géométrique du trou borgne. On comprend également que la paroi latérale du trou traversant présente au moins une portion inclinée par rapport à l’axe géométrique du trou traversant, et orientée de manière à être en regard de l’élément de fixation. Par exemple, la paroi latérale du trou borgne s’étend dans le prolongement de la paroi latérale du trou traversant. Ceci permet d’augmenter la surface de coopération entre l’élément de fixation et la deuxième portion de raccord, grâce à quoi la liaison mécanique est renforcée. Par ailleurs, une telle configuration est particulièrement adaptée lorsque l’élément de fixation est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid. Dans certains modes de réalisation, la première portion de raccord comprend un épaulement configuré pour coopérer avec la deuxième portion de raccord. L’épaulement procure une surface supplémentaire de coopération entre la première et la deuxième partie, et renforce la solidité de l’assemblage. Par exemple, la première portion forme une marche définissant un épaulement. Par exemple, l’épaulement s’étend selon la deuxième et la troisième direction. Dans certains modes de réalisation, l’élément de fixation est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid, également connu sous l’acronyme CGS pour « Cold Gaz Spraying » en anglais. On comprend qu’une fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid est un mode de fabrication additive où le métal est déposé à une température inférieure à sa température de fusion. Un tel mode de dépôt est particulièrement adapté à la pièce car on s’assure que la température du métal lors du dépôt reste inférieure à la température de détérioration du matériau composite à matrice organique de la deuxième partie. Un tel élément de fixation est particulièrement aisé à fabriquer, permet de s’affranchir des étapes de soudure ou de boulonnage de l’état de de la technique, et présente ainsi une masse relativement réduite. Dans certains modes de réalisation, une couche de protection est disposée entre l’élément de fixation et la deuxième portion de raccord . Une telle couche de protection permet de protéger la deuxième portion de raccord, par exemple lorsque l’élément de fixation est formé par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid. Ceci permet d’assurer l’intégrité mécanique de la deuxième portion de raccord, et donc d’assurer la tenue mécanique de l’assemblage. Par exemple, la couche de protection peut s’étendre sur toute l’interface entre la deuxième partie et l’élément de fixation. Dans certains modes de réalisation, la pièce présente une forme générale à symétrie de révolution. La structure d’assemblage selon le présent exposé est particulièrement bien adaptée à des pièces annulaires. Dans certains modes de réalisation, la pièce forme une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée. La structure d’assemblage selon le présent exposé est particulièrement bien adaptée pour une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée. Un mode de réalisation concerne également un moteur-fusée comprenant une pièce selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé, et notamment une enveloppe de chambre de combustion selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé. L’objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La figure 1 représente un moteur-fusée, La figure 2 représente l’enveloppe de la chambre de combustion du moteur-fusée de la figure 1, et La figure 3 représente la structure d’assemblage entre une partie métallique et une partie en matériau composite à matrice organique de l’enveloppe de la chambre de combustion de la figure 2. Pour la clarté du présent exposé, on note que les vues des figures 1 à 3 sont très schématiques. La figure 1 représente un moteur-fusée 100 comprenant une enveloppe de chambre de combustion 10 débouchant sur une tuyère d’éjection 20. La figure 2 représente l’enveloppe de chambre de combustion 10, comprenant une première partie métallique 12, une deuxième partie en matériau composite à matrice organique 14 et une pluralité d’éléments de fixation 16 pour fixer la première partie 12 avec la deuxième partie 14. Dans cet exemple, l’enveloppe de chambre de combustion 10 et une pièce présentant une forme générale à symétrie de révolution d’axe X, la première partie 12 et la deuxième partie 14 ayant chacune sensiblement une forme générale de plaques annulaires. De manière générale, dans cet exemple la direction axiale correspond à la direction de l'axe géométrique X de la pièce 10, et une direction radiale R est une direction perpendiculaire à l'axe X. La direction azimutale ou circonférentielle C correspond à la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale X. Les trois directions axiale, radiale et azimutale correspondent respectivement aux directions définies par la côte, le rayon et l’angle dans un système de coordonnées cylindrique. Les première et deuxième parties 12 et 14 forment des plaques s’étendant selon une première direction DA (dans cet exemple la première direction est inclinée par rapport à la direction axiale X) et selon une deuxième direction DB (dans cet exemple la deuxième direction DB étant parallèle à la direction circonférentielle C), et présentent une épaisseur selon une troisième direction DC, perpendiculaire à la première et à la deuxième direction DA et DB. Dans cet exemple, le repère DA, DB et DC forme un repère local dans le repère X, C, R. Dans cet exemple, la première partie 12 est en alliage métallique par exemple en alliage à base de nickel, la deuxième partie 14 est en matériau composite à matrice organique, par exemple de type thermoplastique ou thermodurcissable et les éléments de fixation 16 sont en alliage métallique de type acier ou à base de nickel. D’autres matériaux sont envisageables. Selon une variante, la pluralité d’éléments de fixation 16 est remplacée par une unique bride annulaire. La figure 3 représente une vue en coupe selon le plan III de la figure 2 de la structure d’assemblage de la première partie 12 avec la deuxième partie 14 à l’aide d’un élément fixation 16. Bien entendu, la description ci-après s’applique à toutes les fixations comprenant un élément de fixation 16. La première partie 12 comprend une première portion de raccord 12A présentant un trou borgne 12B et un épaulement 12C. Le trou borgne 12B présente un axe géométrique Atb qui s’étend selon la troisième direction DC entre une entrée 12B1 et un fond 12B2, et présente une paroi latérale 12B3 s’étendant entre l’entrée 12B1 et le fond 12B2. Dans cet exemple, le trou borgne 12B est de forme tronconique, la paroi latérale 12B3 étant uniformément inclinée par rapport à l’axe Atb, en formant un convergent depuis l’entrée 12B1 vers le fond 12B2. Bien entendu, toute autre forme de trou borgne est envisageable. L’épaulement 12C s’étend transversalement à la première direction DA. En d’autres termes, dans cet exemple, l’épaulement 12C s’étend selon la deuxième direction DB et la troisième direction DC. La première portion de raccord 12A forme ainsi une marche recevant une deuxième portion de raccord 14A décrite ci-après de la deuxième partie 14, la deuxième partie 14 coopérant en butée selon la direction axiale X (et selon la première direction DA) avec l’épaulement 12C. La première partie 12 et la deuxième partie 14 sont disposées côte à côte selon la première direction DA. La deuxième partie 14 présente une deuxième portion de raccord 14A présentant un trou traversant 14B. Le trou traversant 14B présente un axe géométrique Att, confondu avec l’axe géométrique Atb du trou borgne 12B, qui s’étend selon la troisième direction DC, et présente une paroi latérale 14B3. Dans cet exemple, le trou traversant 14B est de forme tronconique, la paroi latérale 14B3 étant uniformément inclinée par rapport à l’axe Att, en formant un convergent depuis l’élément de fixation 16 vers la première portion de raccord 12A. Bien entendu, toute autre forme de trou traversant est envisageable. Selon une variante, la deuxième portion de raccord 14A présente deux trous traversant, ou plus, et la première portion de raccord 12A comprend autant de trous borgnes, ou moins. Dans cet exemple, une couche de protection 18 est disposée entre l’élément de fixation 16 et la deuxième portion de raccord14A. Plus particulièrement dans cet exemple, la couche de protection 18 s’étend sur toute l’interface de la deuxième partie 14 avec la pièce de fixation 16. En d’autres termes, dans cet exemple la couche de protection 18 s’étend non seulement sur la paroi latérale 14B3 du trou traversant 14B mais également sur les parois de la deuxième partie 14 en regard avec l’élément de fixation 16. Par exemple, cette couche de protection 18 est formée par une feuille métallique, ou par un dépôt métallique du type fabrication additive par dépôt métallique arc-fil ou « metal arc wire » en anglais. Par exemple, la couche de protection 18 est jointe au fond 12B2 du trou borgne 12B, et ce de manière étanche, par exemple avec un joint en cuivre. Dans cet exemple, l’élément de fixation 16 et formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid. La couche de protection 18 étant fixée de manière étanche sur le fond 12B2, ceci permet d’éviter toute fuite de matière lors de la projection de matière pour la formation de l’élément de fixation 16, ce qui améliore la qualité et la fixation et donc sa tenue mécanique. L’élément de fixation 16 enserre, avec la première partie 12, une portion de la deuxième portion de raccord 14A, selon la première direction DA. L’élément de fixation 16 est fixé à la première portion de raccord 12A, dans le trou borgne 12B en s’étendant au travers du trou traversant 14B de la deuxième portion de raccord 14A. L’élément de fixation 16 est également fixé à la première partie 12 sur une portion distincte de la première portion de raccord 12A, dans cet exemple une portion 12D adjacente à la première portion de raccord 12A. En d’autres termes, l’élément de fixation 16 forme un « pont » de fixation entre la première portion de raccord 12A et la portion adjacente 12D, en prenant en sandwich, avec la première partie 12, une partie de la deuxième portion de raccord 14A. Par exemple, la surface S 12D de contact entre la portion 12D et la première partie 12 est supérieure ou égale à la surface S 12B2 du fond 12B2 du trou borgne 12B (i.e. S 12D ≥ S 12B2 ). Un tel élément de fixation 16 fixé sur deux portions de la première partie 12 permet de bloquer la partie enserrée de la deuxième portion de raccord 14A et de rigidifier l’ensemble, ce qui réduit notamment les déformations en flexion F (autour de la direction circonférentielle C) de l’ensemble. Les points de fixations sont donc moins sollicités et leur tenue mécanique renforcée. Dans le cas d’un élément de fixation formant une bride annulaire s’étendant sur toute la direction circonférentielle C, les déformations en flexion autour de la direction axiale X de l’ensemble sont également réduites. Par ailleurs, la fixation de l’élément de fixation 16 sur deux portions de la première partie 12 permet de mieux répartir les efforts de cisaillement (i.e. efforts orientés transversalement à la direction radiale R ou dans le plan défini par les directions axiale X et circonférentielle C). Enfin, la résistance à l’arrachage, selon la direction radiale R est également améliorée. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé. Pièce comprenant une première partie (12) métallique et une deuxième partie (14) en matériau composite à matrice organique, dans laquelle la première partie (12) présente une première portion de raccord (12A) et la deuxième partie (14) présente une deuxième portion de raccord (14A), la deuxième portion de raccord (14A) présentant au moins un trou traversant (14B), la deuxième portion raccord (14A) étant prise en sandwich en tout ou partie entre la première portion de raccord (12A) et un élément de fixation (16) métallique, l’élément de fixation (16) étant fixé à la première partie (12) d’une part sur la première portion de raccord (12A) via le trou traversant (14B) de la deuxième portion de raccord (14A) et d’autre part sur une portion (12D) autre que la première portion de raccord (12A), grâce à quoi la première partie (12) et la deuxième partie (14) sont fixées l’une à l’autre. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle la première portion de raccord (12A) présente au moins un trou borgne (12B) s’étendant respectivement dans le prolongement d’au moins un trou traversant (14B) de la deuxième portion de raccord (14A), l’élément de fixation (16) étant fixé à la première portion de raccord (12A) en s’étendant dans le trou borgne (12B). Pièce selon la revendication 2, dans laquelle le trou borgne (12B) présente une entrée (12B1), un fond (12B2), une paroi latérale (12B3) s’étendant entre l’entrée (12B1) et le fond (12B2) et un axe géométrique (Atb), la paroi latérale (12B3) du trou borgne (12B) étant inclinée par rapport à l’axe géométrique (Atb) du trou borgne de manière à former un convergent depuis l’entrée (12B1) vers le fond (12B2). Pièce selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le trou traversant (14B) présente une paroi latérale (14B3) et un axe géométrique (Att), la paroi latérale (14B3) du trou traversant (14B) étant inclinée par rapport à l’axe géométrique (Att) du trou traversant (14B) de manière à former un convergent depuis l’élément de fixation (16) vers la première portion de raccord (12A). Pièce selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la première portion de raccord (12A) comprend un épaulement (12C) configuré pour coopérer avec la deuxième portion de raccord (14A). Pièce selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l’élément de fixation (16) est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entrainée par un gaz froid. Pièce selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle une couche de protection (18) est disposée entre l’élément de fixation (16) et la deuxième portion de raccord (14A). Pièce selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, présentant une forme générale à symétrie de révolution. Pièce selon la revendication 8 formant une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée (10). Moteur-fusée (100) comprenant une enveloppe de chambre de combustion (10) selon la revendication 9.