Brevet FR3128894A1 — publié le 20230512

Procédé de fabrication d’une structure raidie composite monobloc comportant un panneau (2a) et au moins un raidisseur drapés en fibres par infusion de résine dans un outillage d’infusion (1) réalisant la conformation de la structure raidie par l’utilisation et intégrant un moyen de chauffe autonome réalisé par des résistance internes de chauffage et une bâche chauffante de recouvrement(1i). Après mise sous vide et en température de l’outillage d’infusion (1), l’infusion de la résine est réalisée dans les fibres via les médias d’infusion, avant un démoulage de la structure infusée puis un détourage. Figure de l’abrégé : [Fig. 1] Procédé de fabrication d’une structure composite monobloc et structure en bassine réalisée à partir de ce procédé. L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une structure composite monobloc par infusion multiple, c’est-à-dire amorcée simultanément en différents points de la structure. Cette infusion fait partie des solutions de fabrication de matériaux composites dites « Out Of Autoclave » (en terminologie anglaise) dénommée ci-après OOA. Ces solutions ont la particularité de ne plus utiliser d’autoclave à haute pression classiquement mis en œuvre dans la fabrication de pièces de structures en composite. L’invention se rapporte également à une structure raidie de porte en forme de bassine, réalisée à partir de ce procédé de fabrication. Notamment les portes de véhicules – aéronefs, trains, navires – et de bâtiments sont destinés à pouvoir être fabriqués selon ce procédé. Dans le domaine aéronautique en particulier, les portes d’un aéronef permettent aux personnes et au matériel d’entrer et de sortir de la cabine de l’aéronef. Ces portes sont soumises à de nombreuses contraintes et elles embarquent de nombreux équipements : leur structure complexe nécessite une fabrication spécifique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Une porte d’aéronef est fabriquée par assemblage de nombreuses pièces séparées pour répondre aux besoins de sa structure complexe. En effet, une telle porte est intégrée dans le fuselage et réalise une cloison entre l’intérieur de l’aéronef, la cabine, et l’environnement extérieur. Pendant le vol d’un tel aéronef, la différence de pression entre la cabine et l’environnement extérieur reste importante, soumettant la porte à de nombreuses contraintes. Une porte d’aéronef embarque également des équipements tels que des mécanismes d’ouverture et de verrouillage, des dispositifs de sécurité et autres équipements qui sont fixés à la porte. Pour répondre à ces exigences, la structure d’une telle porte est généralement constituée à partir d’un panneau usiné et/ou mis en forme aux dimensions de l’encadrement de porte, ce panneau étant rigidifié avec des raidisseurs rapportés et assemblés à l’aide de fixations mécaniques. Traditionnellement, les panneaux et les raidisseurs sont métalliques : les métaux présentent des propriétés mécaniques qui apportent une robustesse aux éléments de la porte lui permettant de remplir son rôle d’interface intérieur-extérieur et de supporter le poids des équipements. Les techniques classiques d’usinage et de mise en forme des métaux du domaine aéronautique incluent des contrôles et des suivis qualités des pièces produites afin de garantir l’assemblage d’une porte conformément aux normes en vigueur. Cependant, ces portes métalliques sont lourdes et requièrent un temps de montage et d’installation important : elles ne correspondent pas au développement des nouveaux aéronefs dont la masse est réduite. De plus l’assemblage de multiples pièces, en particulier par des rivets, crée localement des sites de concentration d’efforts pouvant aboutir à des ruptures statiques ou à des propagations de fissures dans ces pièces : un programme de maintenance de la porte de l’aéronef est alors mis en place pour inspecter périodiquement ces sites de concentration d’efforts. Par ailleurs, le document de brevet US2009078826A1 présente une porte d’aéronef classique dont les panneaux et les raidisseurs sont réalisés en fibre composite. Chacune de ces pièces de structure est fabriquée individuellement selon un procédé de dépôt de fibres puis de moulage par transfert de résine. Ces portes en fibre composites sont plus légères que leurs équivalents métalliques. Cependant les temps de montage et d’installation restent importants. Pour réduire l’utilisation de rivets d’assemblage ainsi qu’espacer les inspections du programme de maintenance, le document de brevet US2004021038A1 présente une porte métallique dont les panneaux et les raidisseurs sont usinés dans une seule pièce. Cependant la masse d’une telle porte reste proche de celle d’une porte conventionnelle. Afin de remédier aux inconvénients de l’état de la technique exposés ci-dessus, l’invention a pour objectif principal d’améliorer le montage d’une structure telle qu’une porte d’aéronef et d’augmenter l’intervalle entre deux inspections du programme de maintenance. Pour ce faire, l’invention prévoit de réaliser une porte d’aéronef en composite de masse plus réduite qu’une porte métallique en combinant un drapage de fibres avec une infusion multiple de résine de type OOA. De plus, cette structure de porte est monobloc, c’est-à-dire que l’ensemble de la structure ne constitue qu’une seule pièce. Cette porte monobloc présente une masse réduite et est donc plus facile à manipuler. De plus ce gain de masse permet de contribuer à l’optimisation globale de la masse de l’aéronef. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d’une structure raidie composite monobloc, cette structure comportant un panneau et au moins un raidisseur. La fabrication se déroule selon les étapes suivantes : - drapage en fibres du panneau et de préformes des raidisseurs ; - mise en place du panneau et des préformes dans un outillage d’infusion intégrant un moyen de chauffe autonome ; - mise en place de plaques de conformation et de vessies; - mise en place de médias d’infusion ; - intégration de tuyaux d’infusion dans les vessies; - mise en place d’une bâche chauffante de recouvrement de la structure comportant au moins un évent ; - mise sous vide et en température de l’outillage d’infusion; - Infusion de la résine dans les fibres via les médias d’infusion, et - démoulage de la structure infusée puis détourage. Avantageusement, utiliser un panneau et des préformes permet d’ajuster les dimensions de la structure raidie ainsi que d’adapter la configuration de la structure. Avantageusement également, l’outillage d’infusion permet une infusion multiple de résine s’affranchissant ainsi de l’utilisation traditionnelle d’une étuve qui chauffe l’ensemble de la chambre. L’outillage d’infusion présente des dimensions du même ordre de grandeur que la structure à fabriquer. Les conditions de températures sont localisées uniquement sur la pièce à infuser grâce au moyen de chauffe autonome qui est réalisé par les surfaces du moule en contacts avec la préforme fibreuse et par la bâche qui couvre. De plus le moyen de chauffe étant proche du panneau et des préformes, la consommation d’énergie est optimisée. De plus l’infusion de la résine permet l’assemblage en une seule étape de l’ensemble des préformes et d’obtenir une structure raidie monobloc. En effet, les préformes obtenues par drapage de fibres sont juxtaposées selon la géométrie de la structure à réaliser, les raidisseurs étant positionnés sur tout type de panneau, en particulier un panneau de forme complexe, puis la résine est infusée du panneau vers les raidisseurs. En se solidifiant, la résine réalise les jonctions entre les différentes préformes formant une structure monobloc. Dans certaines formes de mise en œuvre privilégiées : - lors de l’étape de drapage, le panneau et les préformes sont réalisés selon un procédé de placement automatique des fibres dit AFP (acronyme de « Automated Fiber Placement » en terminologie anglaise); - lors de l’étape de drapage les préformes sont planes puis soumise ensuite à une étape de mise en forme par formage à chaud ; - l’étape de mise en forme des préformes est réalisée avec une bâche déformable et un tirage de vide ; - après l’étape de drapage, une étape de formage de la structure comportant le panneau en fonction d’une géométrie de structure recherchée ; - les médias d’infusion sont mis en place sur le panneau, la résine infusant du panneau vers les raidisseurs ; - la bâche chauffante et les vessies sont en matériau réutilisable à haute déformabilité, en particulier en silicone; - une étape de réalisation d’un test de vide avant infusion de la résine. - une étape de refroidissement avant le démoulage de la structure. Avantageusement, le drapage AFP est compatible avec la fabrication de panneaux de forme complexe, en particulier comportant des courbures et/ou des cadres périphériques en repli, ainsi qu’avec la fabrication de préformes de raidisseurs ne nécessitant pas de mise en forme ultérieure, en particulier de section en « C » et/ou en « U ». Avantageusement également, les préformes et le panneau sont mises en forme par formage pour réaliser l’architecture de la structure avant d’être imprégnées de résine. Les préformes peuvent donc présenter des géométries simples qui sont ensuite façonnées lors du formage pour obtenir une structure de forme complexe, simplifiant ainsi leur création. Un talon peut aussi être réalisé sur un cadre périphérique du panneau afin de faciliter l’installation de la structure. L’invention se rapporte également à une structure raidie monobloc de porte d’aéronef réalisée selon le procédé précédent. Cette structure comporte un panneau et au moins un raidisseur résultant chacun d’un drapage indépendant de fibres composites. Les raidisseurs comportent une semelle, une âme et un talon de raidisseur issus de préformes. Plus particulièrement, le panneau comporte un cadre périphérique, le panneau et son cadre formant une bassine. Par infusion de résine dans les fibres, la bassine et les raidisseurs étant alors assemblés de sorte que la porte présente une structure monobloc. Avantageusement, une telle porte monobloc permet de s’affranchir des problématiques usuelles d’assemblage des pièces de structure de porte, en particulier le calage de ces pièces. De plus un tel assemblage de structure composite étant réalisé sans perçage ni éléments de fixation supplémentaires, la tenue structurale est améliorée tout en présentant un gain de masse. En effet, les zones de perçage et éléments de fixation dans une structure de base sont des zones de concentration d’efforts et donc sujets à des endommagements pouvant mener à la rupture de la structure. Avantageusement également, la structure n’est pas fabriquée directement monobloc mais à partir de préformes de conception plus simple qui sont ensuite conformées. Ces préformes donnent la possibilité de faire varier les dimensions des raidisseurs en particulier pour renforcer et/ou alléger la porte localement. Selon des formes de réalisation préférées : ce cadre périphérique présente un talon de cadre sur un bord d’extrémité libre, et le panneau présente une ouverture percée pour installer un hublot. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture qui suit d’un exemple de réalisation détaillé sans en limiter la portée, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : – la , une vue éclatée en perspective d’un outillage d’infusion autonome et d’une structure de porte passagers d’aéronef selon l’invention ; – la , une vue en perspective de l’outillage d’infusion après installation de la bassine et des raidisseurs selon le procédé de l’invention ; – la , une vue en perspective de l’outillage d’infusion après installation des talons de raidisseur selon le procédé de l’invention ; – la , une vue en perspective de l’outillage d’infusion après installation des plaques de conformations talon selon le procédé de l’invention ; – la , une vue en perspective de l’outillage d’infusion après installation des vessies selon le procédé de l’invention ; – la , une vue en perspective de l’outillage d’infusion après installation de la bâche chauffante selon le procédé de l’invention ; – la , la structure raidie monobloc de porte obtenue après démoulage, et – la , la structure raidie monobloc de porte après usinage. Procédé de fabrication d’une structure raidie composite monobloc, cette structure comportant un panneau (2a) et au moins un raidisseur, caractérisé en ce que la fabrication se déroule selon les étapes suivantes : - drapage en fibre du panneau (2a) et de préformes des raidisseurs ; - mise en place du panneau (2a) et des préformes (3,4) dans un outillage d’infusion (1) intégrant un moyen de chauffage autonome ; - mise en place de plaques de conformation (1d, 1e) et de vessies (1f) ; - mise en place de médias d’infusions ; - intégration de tuyaux d’infusion (1h) dans les vessies (1f) ; - mise en place d’une bâche chauffante de recouvrement (1i) de la structure comportant au moins un évent (1j) ; - mise sous vide et en température de l’outillage d’infusion (1) ; - infusion de la résine dans les fibres via les médias d’infusion et, - démoulage de la structure infusée puis détourage. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel, lors de l’étape de drapage, le panneau (2a) et les préformes (3,4) sont réalisées selon un procédé de placement automatique des fibres dit « AFP ». Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel lors de l’étape de drapage les préformes sont planes puis soumises ensuite à une étape de mise en forme par formage à chaud. Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel l’étape de formage des préformes est réalisée avec une bâche déformable et un tirage de vide. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel après l’étape de drapage, une étape de formage de la structure comportant le panneau (2a) est réalisée en fonction d’une géométrie de structure recherchée. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les médias d’infusion sont mis en place sur le panneau. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la bâche chauffante de recouvrement (1i) et les vessies (1f) sont en matériau réutilisable à haute déformabilité, en particulier en silicone. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel un test de vide dans l’outillage d’infusion (1) est réalisé avant l’infusion de la résine ; Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’outillage d’infusion (1) est refroidi avant le démoulage de la structure Structure raidie monobloc de porte (5) d’aéronef réalisée à partir du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 et comportant un panneau (2a) et au moins un raidisseur (5a, 5b, 5c) résultant chacun d’un drapage indépendant de fibres, les raidisseurs (5a, 5b, 5c) comportant une semelle, une âme et un talon de raidisseur issus de préformes, caractérisée en ce que le panneau (2a) comporte un cadre périphérique (2b) formant avec le panneau une bassine (2) qui est assemblée avec les raidisseurs (5a, 5b, 5c) par infusion de résine dans leurs fibres. Structure raidie monobloc selon la revendication 10 dans laquelle le cadre périphérique (2b) présente un talon de cadre (2c) sur un bord d’extrémité libre. Structure raidie monobloc selon l’une quelconque des revendications 10 à 11 dans laquelle le panneau (2a) présente une ouverture percée (5d).