Brevet FR3127471A1 — publié le 20230331

L’invention concerne un hublot d’aéronef composé d’une dalle intérieure (1) et d’une dalle extérieure (2) séparées par une lame d’air (3) par un joint de montage (4) dans lequel une partie périphérique du hublot est enchâssée, la dalle intérieure (1) étant constituée d’une première feuille de verre (11) extérieure et d’une seconde feuille de verre (12) intérieure ayant chacune une épaisseur de 0,1 - 3 mm, collées l’une à l’autre par une première couche adhésive intercalaire (13) d’épaisseur 50 µm - 2 mm, et/ou la dalle extérieure (2) étant constituée d’une première feuille de matériau polymère transparent structural (21) extérieure d’épaisseur 1,5 - 100 mm collée à une troisième feuille de verre (22) intérieure d’épaisseur 0,1 - 30 mm au moyen d’une seconde couche adhésive intercalaire (23) d’épaisseur 50 µm - 2 mm. Figure d’abrégé : Figure 5 Hublot d’aéronef allégé à rigidité égale L’invention a trait aux vitrages d’aéronefs à voilures fixes (avions) ou tournantes (hélicoptères) ou fixes et tournantes. Cette appellation générique désigne des véhicules tels que commercialisé par la Société Bell-Boeing sous le nom V-22 Osprey, ou encore par la Société Agusta Westland sous le nom AW609. Sont plus particulièrement concernés les hublots de cabine généralement composés de deux dalles de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) bi-étiré séparés par une lame d’air. Ces deux dalles sont maintenues grâce à un joint périphérique rapporté ou moulé autour du chant des deux dalles en maintenant un écart qui définit la lame d’air. Les dalles des hublots d’avion sont dimensionnées par la résistance à la pression différentielle de la dalle extérieure (flèche et rupture). En ce qui concerne la dalle intérieure, elle n’est dimensionnée que par sa résistance mécanique en cas de rupture de la dalle extérieure. Cette résistance est liée au risque de déchaussement de la dalle du joint dans lequel elle est logée, par déformation ou par la résistance intrinsèque à la rupture du matériau la constituant (en règle générale PMMA bi-étiré réticulé). Les inventeurs ont eu pour objectif la mise à disposition d’une dalle intérieure et d’une dalle extérieure qui soient plus légères tout en maintenant leurs propriétés mécaniques requises. Les deux dalles peuvent être remplacées individuellement, indépendamment l’une de l’autre, ou au contraire conjointement. Les inventeurs ont imaginé remplacer une partie au moins du PMMA par du verre qui, à raideur équivalente, est plus mince mais aussi plus léger. Le gain de masse à raideur équivalente est plus important lorsque l’épaisseur de verre est plus importante. Ainsi, la dalle intérieure en PMMA peut être avantageusement remplacée par une dalle en verre mince feuilletée. Dans le même but, la dalle extérieure en PMMA peut être avantageusement remplacée par une feuille de PMMA extérieure amincie feuilletée à un verre intérieur, chacun(e) d’épaisseur sélectionnée. Le résultat visé est maintenant obtenu au moyen de l’invention qui, en conséquence, a pour objet un hublot d’aéronef composé d’une dalle intérieure et d’une dalle extérieure séparées par une lame d’air au moyen d’un joint de montage dans lequel une partie périphérique du hublot est enchâssée, caractérisé en ce que la dalle intérieure est constituée d’une première feuille de verre extérieure et d’une seconde feuille de verre intérieure ayant chacune une épaisseur comprise entre 0,1 et 3, de préférence 0,5 et 1,2 mm, collées l’une à l’autre par une première couche adhésive intercalaire d’épaisseur comprise entre 50 µm et 2 mm, de préférence 250 µm et 1,3 mm, et/ou la dalle extérieure est constituée d’une première feuille de matériau polymère transparent structural extérieure d’épaisseur comprise entre 1,5 et 100, de préférence 3 et 12 mm collée à une troisième feuille de verre intérieure d’épaisseur comprise entre 0,1 et 30, de préférence 0,5 et 2,7 mm au moyen d’une seconde couche adhésive intercalaire d’épaisseur comprise entre 50 µm et 2 mm, de préférence au moins égale à 250 µm. Au sens de l’invention, les termes « intérieur » et « extérieur » se réfèrent au volume intérieur de l’aéronef et à l’atmosphère extérieure. Le hublot peut être bombé, et tout homme du métier reconnaît au moins à la forme du joint de montage la face du hublot destinée à être en contact avec l’atmosphère extérieure et la face du hublot destinée à être en contact avec le volume intérieur de l’aéronef. D’autre part, on entend par « feuille de matériau polymère transparent structural » une feuille susceptible de constituer à elle seule un vitrage monolithique, d’en assurer la résistance mécanique, en particulier, et ayant un module élastique au moins égal à 1500 MPa par exemple, au contraire d’une couche adhésive intercalaire, par exemple. De manière particulièrement préférée selon l’invention, la dalle intérieure est en verre feuilleté et la dalle extérieure en polymère structural aminci feuilleté sur sa face intérieure à un verre. Cependant, selon d’autres variantes de l’invention, seule la dalle intérieure est en verre feuilleté, ou seule la dalle extérieure est en polymère structural aminci feuilleté sur sa face intérieure à un verre. Ainsi, selon une première variante, la dalle extérieure est constituée d’une seule feuille de matériau polymère transparent structural d’épaisseur comprise entre 3 et 100, de préférence 6 et 15 mm. Selon une deuxième variante, la dalle extérieure est constituée d’une quatrième feuille de verre extérieure d’épaisseur comprise entre 0,2 et 2,6, de préférence 1,6 et 2,4 mm, collée à une cinquième feuille de verre intérieure d’épaisseur comprise entre 0,2 et 2,1, de préférence entre 0,4 et 1,9 mm, au moyen d’une troisième couche adhésive intercalaire. Selon une troisième variante, la dalle intérieure est constituée d’une seule feuille de matériau polymère transparent structural d’épaisseur comprise entre 2 et 100, de préférence 2,5 et 12 mm, claire ou teintée, uniformément ou non. De préférence, le hublot comprend une couche ou un empilement de couches antisolaire, bas-émissi(ve)(f), une antenne WiFi, un revêtement chauffant / désembuant, un blindage électromagnétique et/ou un écran et/ou affichage. La fonction antisolaire consiste à réfléchir le rayonnement solaire pour limiter l’échauffement à l’intérieur du véhicule ; on peut citer un empilement bicouche argent ou tricouche argent. La fonction bas-émissive consiste à réfléchir certains rayonnements infra-rouge pour garder la chaleur à l’intérieur du véhicule, limitant le ressenti de froid lorsque la tête d’un passager, notamment, s’approche de la face intérieure du hublot, en vol. La fonction antisolaire et la fonction bas-émissive sont des fonctions de contrôle thermique. Une antenne WiFi peut être gravée dans une couche électroconductrice, ou à fil électroconducteur notamment inséré dans une couche adhésive intercalaire. Un revêtement chauffant / désembuant est un revêtement électroconducteur chauffant, tel qu’en oxyde conducteur transparent (en anglais « Transparent Conductive Oxide » - TCO -) du type oxyde d’indium dopé à l’étain (en anglais Indium Tin Oxide – ITO -), ou SnO 2 :F. Le revêtement chauffant / désembuant est nécessairement proche, dans l’épaisseur de la structure du hublot, de la face intérieure de celui-ci sur laquelle la buée est susceptible de se former, pour pouvoir supprimer cette buée par chauffage. Un blindage électromagnétique est un écran vis-à-vis des ondes électromagnétiques, empêchant celles-ci d’entrer dans et de sortir de l’aéronef. On l’appelle également « blindage IEM » (Impulsion Electro-Magnétique). Si la couche constituant un blindage IEM se situe en face intérieure de la dalle extérieure ou en face intérieure ou extérieure de la dalle intérieure, le joint de montage sera nécessairement conducteur et au contact électriquement conducteur de la structure de l’aéronef (carlingue…). Un écran et un affichage se réfèrent ici à l’affichage d’informations relatives au vol, ou générales, voire d’images animées, vidéos… Les moyens et structures techniques peuvent en être similaires à ceux d’un affichage tête haute (en anglais Head Up Display – HUD -) sur un pare-brise automobile, ou d’un écran de télévision. Selon une caractéristique avantageuse, la face extérieure de la dalle extérieure est revêtue d’une couche hydrophobe ou hydrophile, et/ou la face intérieure de la dalle intérieure est revêtue d’une couche hydrophile. La fonction hydrophobe d’une surface est réalisée par son angle de contact élevé au liquide, notamment à l’eau, par exemple au moins égal à 90 °, qui se manifeste par un glissement de l’eau sous forme de gouttes, sous leur propre poids ou bien sous l’effet aérodynamique résultant de la vitesse de l’aéronef. Des agents hydrophobes bien connus sont par exemple des silanes fluorés. La fonction hydrophile au contraire, est réalisée par une surface d’angle de contact à l’eau faible, inférieur à 90 °, voire au plus égal à 20 °. Au lieu de se fragmenter en gouttes, l’eau forme au contraire un film uniforme transparent. Une telle surface empêche notamment la formation de buée gênant la vision à travers un vitrage. (La buée peut se former sur la surface froide d’un vitrage en contact avec un volume relativement chaud tel que l’intérieur d’un véhicule.) Des agents hydrophiles connus sont la silice, le dioxyde de titane photocatalytique (cristallisé sous forme rutile), des polymères hydrophiles tels que poly(alcool vinylique) (PVAL), polyéthylène glycol (PEG), acryliques tels que polyacrylamide (PAM), polyvinylpyrrolidone (PVP)… Dans une première réalisation préférée, l’une au moins des deux faces de l’une au moins des première feuille de verre extérieure et seconde feuille de verre intérieure, de préférence la face intérieure de la première feuille de verre extérieure et/ou la face extérieure de la seconde feuille de verre intérieure, et/ou la face intérieure de la première feuille de matériau polymère transparent structural extérieure et/ou l’une au moins des deux faces de la troisième feuille de verre intérieure est (sont) revêtue(s) d’une couche ou d’un empilement de couches de contrôle thermique. Dans une deuxième réalisation préférée, l’une au moins des feuilles de matériau polymère transparent structural est(sont) constituée(s) d’un matériau à propriété de contrôle thermique, notamment antisolaire. Dans une troisième réalisation préférée, la première et/ou la seconde couche(s) adhésive(s) intercalaire(s) est(sont) constituée(s) d’un matériau à propriété de contrôle thermique et/ou un film à propriété de contrôle thermique est inséré dans la première et/ou la seconde couche(s) adhésive(s) intercalaire(s). Chacun de ces films comprend des molécules et/ou particules absorbant et/ou réfléchissant le rayonnement infrarouge et/ou une superposition de couches constituant un miroir de Bragg. La base du film (partie du film supportant la fonction de contrôle thermique) peut être constituée de poly(téréphtalate d’éthylène) (PET) ou équivalent. Un exemple de film de contrôle thermique transparent est commercialisé par la Société 3M sous la dénomination commerciale « Ultra-Clear Solar Film » (UCSF), qui est un film multi-couche réfléchissant le rayonnement (énergie) solaire sans affecter la transmission de lumière visible. Ce film, neutre en couleur, peut être en sandwich entre deux couches adhésives intercalaires telles que PVB, EVA, TPU, résine ionomère telle que SentryGlas® commercialisée par la Société Kuraray, résine intercalaire coulée. Si la couche, l’empilement de couches, le matériau ou le film de contrôle thermique est sur la dalle intérieure ( première feuille de verre extérieure, seconde feuille de verre intérieure, première couche adhésive intercalaire ) il s’agit plutôt d’une couche, d’un empilement, matériau ou film bas-émissif limitant notamment la sensation de froid lorsque la tête d’un occupant – passager s’approche de la face intérieure du hublot, tandis que si la couche, l’empilement de couches, le matériau ou le film de contrôle thermique est sur la dalle extérieure ( première feuille de matériau polymère transparent structural extérieure, troisième feuille de verre intérieure, seconde couche adhésive intercalaire), il s’agit plutôt d’une couche, d’un empilement, matériau ou film antisolaire. De préférence, chaque feuille de verre est en verre sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate ou équivalent, éventuellement durci, trempé thermiquement et de préférence renforcé chimiquement. De préférence, chaque feuille de matériau polymère transparent structural comprend un poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), un polycarbonate (PC), un polyurée/uréthane tel que commercialisé par la Société PPG sous la marque Opticor® ou sous la référence PSS-1000, ou tout matériau polymère transparent ayant un module d’Young au moins égal à 1500 MPa, seuls ou en mélanges ou copolymères de plusieurs d’entre eux. De préférence, chaque couche adhésive intercalaire est choisie parmi un polyvinylbutyral (PVB), éventuellement à propriété d’amortissement acoustique, un polyuréthane thermoplastique (TPU), un copolymère éthylène – acétate de vinyle (EVA), un verre ionomère ou une résine intercalaire coulée. De préférence, le joint de montage est percé d’un canal mettant en communication l’atmosphère intérieure de l’aéronef avec la lame d’air. Cette mesure vise à égaliser la pression d’air entre la cabine de l’aéronef et la lame d’air du hublot, particulièrement lorsque la cabine est pressurisée. Du fait que la dalle intérieure est en verre feuilleté, il est préférable de ne pas y percer le canal traversant, au contraire de la dalle intérieure en PMMA monolithique classique. L’invention est illustrée par les dessins en annexe dans lesquels est une vue schématique en coupe d’un hublot de l’état de la technique. est une représentation schématique en coupe d’un premier mode de réalisation principal du hublot de l’invention. , , et représentent quatre variantes du premier mode de réalisation principal de la dans lesquelles les feuilles de verre de la dalle intérieure sont revêtues d’une couche ou d’un empilement de couches de contrôle thermique. , et représentent schématiquement en coupe trois variantes du premier mode de réalisation principal de la dans lesquelles la fonction de contrôle thermique est comprise dans la couche adhésive intercalaire de la dalle intérieure. est une représentation schématique en coupe d’un second mode de réalisation principal du hublot de l’invention. Sur la , un hublot classique comprend une dalle intérieure 1 et une dalle extérieure 2 monolithiques en PMMA, dont une partie périphérique est enchâssée dans un joint de montage 4 en silicone ou similaire, qui les maintient parallèles à une certaine distance l’une de l’autre, définissant une lame d’air 3. Conformément à l’invention, le hublot de la diffère de celui de la par la dalle intérieure constituée de deux feuilles de verre 11 et 12 de 0,55 mm d’épaisseur collées par une couche 13 de 0,76 mm de PVB. La rigidité ou raideur M (Nmm) de ce vitrage feuilleté est légèrement supérieure à celle d’une dalle monolithique de PMMA de 4 mm d’épaisseur. Chaque feuille de verre est en verre sodocalcique, aluminosilicate ou borosilicate, et renforcé chimiquement. La masse surfacique de la dalle intérieure en verre feuilleté est de 3,6 kg / m 2 , inférieure à celle d’une dalle monolithique en PMMA de 4 mm d’épaisseur (4,8 kg / m 2 ). Le joint de montage 4 comprend un trou d’égalisation de pression (non représenté) de part et d’autre de la dalle intérieure feuilletée. Sur la , une couche ou un empilement de couches bas-émissi(ve)(f) 5 revêt la face extérieure de la feuille de verre 11 extérieure de la dalle intérieure, de manière à garder la chaleur à l’intérieur de l’aéronef. Sur la , une couche ou un empilement de couches bas-émissi(ve)(f) 5 revêt la face intérieure de la feuille de verre 11 extérieure de la dalle intérieure. Sur la , une couche ou un empilement de couches bas-émissi(ve)(f) 5 revêt la face extérieure de la feuille de verre 12 intérieure de la dalle intérieure. Sur la , une couche ou un empilement de couches bas-émissi(ve)(f) 5 revêt la face intérieure de la feuille de verre 12 intérieure de la dalle intérieure. Sur la , la fonction bas-émissive est procurée par la nature de la couche adhésive 13 (PVB ou autre) qui comprend des particules réfléchissant l’infrarouge. Sur la , la fonction bas émissive est procurée par l’insertion dans la couche adhésive 13 (PVB ou autre) d’un film 131 de PET supportant une couche ou un empilement de couches bas-émissi(ve)(f) ou un miroir de Bragg sur une de ses faces ou sur les deux. La représente un hublot dans lequel les moyens bas-émissifs des figures 7 et 8 sont présents cumulativement. Conformément au second mode de réalisation principal du hublot de l’invention représenté en , la dalle extérieure est constituée d’une feuille 21 de PMMA aminci de moins de 12 à 4 mm d’épaisseur collée à une feuille de verre renforcé chimiquement 22 de 2,7 mm d’épaisseur au moyen d’une couche de 0,76 mm d’épaisseur d’intercalaire de feuilletage 23 (TPU ou autre). Pour cet exemple précis, d’autres épaisseurs du couple verre/PMMA sont possibles resp (2.7/4 ;2/5.75 ;1.5 /7.3 ;1.2/8.25 ;1/8.9 ;0.7/10 ;0.5/10.7) mm, mais avec des gains de masse par rapport à la dalle de PMMA monolithique de 12 mm décroissants. Le gain de masse à raideur équivalente est plus important lorsque l’épaisseur de verre est plus importante. La dalle intérieure est constituée d’une feuille de PMMA monolithique 1 de 3 à 6 mm d’épaisseur. Une couche ou un empilement de couches antisolaire non représenté(e) est susceptible de revêtir la face intérieure de la feuille de PMMA 21, ou la face extérieure ou la face intérieure de la feuille de verre 22. La fonction antisolaire peut d’autre part être réalisée par la couche de TPU 23, à l’instar de la fonction bas-émissive par la couche de PVB 13 décrite précédemment (nature du matériau adhésif intercalaire dans lequel sont insérées des particules par exemple, insertion d’un film PET supportant une couche ou un empilement de couches antisolaire). Hublot d’aéronef composé d’une dalle intérieure (1) et d’une dalle extérieure (2) séparées par une lame d’air (3) au moyen d’un joint de montage (4) dans lequel une partie périphérique du hublot est enchâssée, caractérisé en ce que la dalle intérieure (1) est constituée d’une première feuille de verre (11) extérieure et d’une seconde feuille de verre (12) intérieure ayant chacune une épaisseur comprise entre 0,1 et 3, de préférence 0,5 et 1,2 mm, collées l’une à l’autre par une première couche adhésive intercalaire (13) d’épaisseur comprise entre 50 µm et 2 mm, de préférence 250 µm et 1,3 mm, et/ou la dalle extérieure (2) est constituée d’une première feuille de matériau polymère transparent structural (21) extérieure d’épaisseur comprise entre 1,5 et 100, de préférence 3 et 12 mm collée à une troisième feuille de verre (22) intérieure d’épaisseur comprise entre 0,1 et 30, de préférence 0,5 et 2,7 mm au moyen d’une seconde couche adhésive intercalaire (23) d’épaisseur comprise entre 50 µm et 2 mm, de préférence au moins égale à 250 µm. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dalle extérieure (2) est constituée d’une seule feuille de matériau polymère transparent structural (2) d’épaisseur comprise entre 3 et 100, de préférence 6 et 15 mm. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dalle extérieure (2) est constituée d’une quatrième feuille de verre (24) extérieure d’épaisseur comprise entre 0,2 et 2,6, de préférence 1,6 et 2,4 mm, collée à une cinquième feuille de verre (25) intérieure d’épaisseur comprise entre 0,2 et 2,1, de préférence entre 0,4 et 1,9 mm, au moyen d’une troisième couche adhésive intercalaire (26). Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dalle intérieure (1) est constituée d’une seule feuille de matériau polymère transparent structural (1) d’épaisseur comprise entre 2 et 100, de préférence 2,5 et 12 mm, claire ou teintée, uniformément ou non. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend une couche ou un empilement de couches antisolaire, bas-émissi(ve)(f), une antenne WiFi, un revêtement chauffant / désembuant, un blindage électromagnétique et/ou un écran et/ou affichage. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face extérieure de la dalle extérieure (2) est revêtue d’une couche hydrophobe ou hydrophile, et/ou la face intérieure de la dalle intérieure (1) est revêtue d’une couche hydrophile. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’une au moins des deux faces de l’une au moins des première feuille de verre (11) extérieure et seconde feuille de verre (12) intérieure, de préférence la face intérieure de la première feuille de verre (11) extérieure et/ou la face extérieure de la seconde feuille de verre (12) intérieure, et/ou la face intérieure de la première feuille de matériau polymère transparent structural (21) extérieure et/ou l’une au moins des deux faces de la troisième feuille de verre (22) intérieure est (sont) revêtue(s) d’une couche ou d’un empilement de couches de contrôle thermique (5). Hublot selon l’une au moins des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que l’une au moins des feuilles de matériau polymère transparent structural (21, 2, 1) est(sont) constituée(s) d’un matériau à propriété de contrôle thermique. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et/ou la seconde couche(s) adhésive(s) intercalaire(s) (13, 23) est(sont) constituée(s) d’un matériau à propriété de contrôle thermique et/ou un film (131, 231) à propriété de contrôle thermique est inséré dans la première et/ou la seconde couche(s) adhésive(s) intercalaire(s) (13, 23). Hublot selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque film (131, 231) comprend des molécules et/ou particules absorbant et/ou réfléchissant le rayonnement infrarouge et/ou une superposition de couches constituant un miroir de Bragg. Hublot selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque feuille de verre (11, 12, 22, 24, 25) est en verre sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate ou équivalent, éventuellement durci, trempé thermiquement et de préférence renforcé chimiquement. Hublot selon l’une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que chaque feuille de matériau polymère transparent structural (21, 2, 1) comprend un poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), un polycarbonate (PC), un polyurée/uréthane, ou tout matériau polymère transparent ayant un module d’Young au moins égal à 1500 MPa, seuls ou en mélanges ou copolymères de plusieurs d’entre eux. Hublot selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque couche adhésive intercalaire (13, 23, 26) est choisie parmi un polyvinylbutyral (PVB), éventuellement à propriété d’amortissement acoustique, un polyuréthane thermoplastique (TPU), un copolymère éthylène – acétate de vinyle (EVA), un verre ionomère ou une résine intercalaire coulée. Hublot selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint de montage (4) est percé d’un canal mettant en communication l’atmosphère intérieure de l’aéronef avec la lame d’air (3).