Brevet FR3134555A1 — publié le 20231020

L’invention concerne un bras d’entrainement (20) d’un balai d’essuie-glace pour un aéronef, le bras d’entrainement (20) comprenant un corps (21) qui s’étend longitudinalement entre une première extrémité (22) équipée d’un organe de couplage (24) configuré pour être couplé à des moyens moteurs et une seconde extrémité (23) équipée d’une interface de couplage (25) configurée pour supporter le balai d’essuie-glace. Selon l’invention, le bras d’entrainement (20) comporte une âme (26) qui s’étend à l’intérieur du corps (21) entre l’interface de couplage (25) et l’organe de couplage (24), l’âme (26) , l’organe de couplage (24) et l’interface de couplage (25) étant conducteurs d’électricité et au moins partiellement intégrés dans le corps (21) du bras d’entrainement (20), le corps (21) comportant au moins un matériau composite. L’invention se rapporte également à procédé de fabrication du bras d’entrainement (20) Figure pour l’abrégé : Fig.1] Bras d’entrainement d’un balai d’essuie-glace pour un aéronef et son procédé de fabrication L'invention concerne un bras d’entrainement d’un balai d’essuie-glace pour un aéronef tel qu’un avion, un hélicoptère ou tout autre type d’aéronef présentant un parebrise. L’invention s’inscrit plus largement dans le domaine de l’aéronautique. En pratique, un bras d’entrainement d’essuie-glace pour aéronef constitue une interface entre des moyens moteurs qui permettent de générer le mouvement de balayage de l’essuie-glace, et le balai d’essuie-glace lui-même qui opère l’essuyage du parebrise du cockpit de l’aéronef. La conception d’un bras d’entrainement d’un essuie-glace d’aéronef est soumise à de nombreuses contraintes qui rendent l’innovation dans ce domaine très délicate. Une première contrainte correspond à la reprise des efforts qui sont notamment générés par l’inertie de la masse du balai d’essuie-glace lors de sa course de débattement pour balayer le parebrise du cockpit. En effet, de manière générale les moyens moteurs génèrent un mouvement sinusoïdal qui confère au balai d’essuie-glace un débattement angulaire adapté aux dimensions du cockpit. Ainsi, le bras d’entrainement qui porte et entraine le balai d’essuie-glace doit être en mesure de reprendre les efforts générés par l’inertie de masse de l’essuie-glace afin d’assurer un balayage continu du parebrise. Une deuxième contrainte consiste au maintien du balai d’essuie-glace au contact du parebrise sur l’intégralité de sa course de débattement, ceci quelles que soient les conditions météorologiques que traversent l’aéronef au cours de son vol. Ainsi, en cas de soulèvement du balai d’essuie-glace, le bras d’entrainement doit être suffisamment robuste et élastique pour ramener le balai d’essuie-glace au contact du parebrise. Une troisième contrainte se rapporte à la fiabilité du couplage mécanique, d’une part, entre le bras d’entrainement et les moyens moteurs, et d’autre part, entre le bras d’entrainement et le balai d’essuie-glace. En effet, les conséquences d’un parebrise de cockpit brisé lors d’un vol par un bras d’entrainement et/ou un essuie-glace qui se détachent peuvent être dramatiques. Une quatrième contrainte concerne la résistance aux collisions avec des groupes d’oiseaux que peuvent subir les aéronefs au cours de leur vol. L’expression « bird strike » est couramment employée par l’homme du métier pour désigner ce phénomène. Ainsi, le bras d’entrainement doit répondre à l’ensemble des contraintes que nous venons d’exposer et ce quelles que soient les conditions météorologiques que l’aéronef est susceptible de traverser lors de ses vols comme la pluie, la grêle, le vent, le gel, les radiations UV, les cellules orageuses etc. A ce propos, une cinquième contrainte est précisément liée aux conditions météorologiques que peut rencontrer un aéronef, il s’agit des impacts de foudre qui peuvent intervenir lorsqu’un aéronef traverse une cellule orageuse. L’enjeu en pareille situation relève du maintien de l’intégrité du bras d’entrainement, d’une part, pour continuer d’assurer sa fonction, et d’autre part, pour éviter qu’il ne se disloque et viennent endommager le parebrise du cockpit. Actuellement, les normes définies par l’industrie aéronautique imposent que le bras d’entrainement soit capable de laisser passer la foudre afin que la charge électrique poursuive sa course sur le fuselage de l’aéronef. Une autre contrainte doit être prise en compte lors de la conception d’un bras d’entrainement pour un essuie-glace d’aéronef, elle consiste dans l’adaptabilité de la conception à différentes dimensions et conformations de parebrise. En effet, chaque modèle d’aéronef comporte des dimensions et une conformation de parebrise qui lui sont spécifiques. Par conséquent, afin d’optimiser les coûts de conception et de fabrication, la structure du bras d’entrainement doit être transposable à différentes formes et dimensions de parebrise de cockpit. Compte tenu des contraintes qui sont exposées ci-avant, un bras d’entrainement d’essuie-glace d’un aéronef est traditionnellement réalisé en acier et se compose essentiellement de trois éléments. Tout d’abord, le bras d’entrainement comporte un organe de couplage mécanique avec les moyens moteurs qui sont généralement configurés pour transmettre un mouvement sinusoïdal au balai d’essuie-glace. Le bras d’entrainement comporte en suite un corps en acier plein qui est couplé à une première extrémité à l’organe de couplage et s’étend longitudinalement jusqu’à une seconde extrémité qui porte une interface de fixation du balai d’essuie-glace. Le corps du bras d’entrainement peut présenter diverses conformations qui sont chacune adaptée à la conformation du parebrise. Ainsi, il n’est pas rare que le corps du bras d’entrainement comporte une ou plusieurs courbes afin de maintenir le balai d’essuie-glace au contact du parebrise pour assurer un essuyage du champ de vision des pilotes. En pratique, l’interface et l’organe de couplage sont également réalisés en acier. L’acier est choisi pour sa résistance mécanique, sa flexibilité mais aussi ses propriétés de résistance à l’oxydation. Dans ce contexte, la plupart du temps, les différents éléments du bras d’entrainement sont mécanos assemblés. Ce type de bras d’entrainement est utilisé depuis plus de 20 ans dans le domaine de l’aéronautique, il a par conséquent fait ses preuves et répond à toutes les contraintes qui ont été exposées précédemment. D’ailleurs, au cours de ces vingt dernières années la défaillance d’un bras d’entrainement n’a pas été officiellement reconnue comme une source d’incidents. En dépit de l’efficacité démontrée du bras d’entrainement en acier le problème de réduction de sa masse s’inscrit dans le contexte plus général de l’allégement des aéronefs en vue notamment de réduire leur consommation d’énergie C’est précisément dans cette optique que le document US 2021/0403138 propose une solution technique pour alléger le bras d’entrainement. Plus particulièrement, ce document décrit un bras d’entrainement dont le corps est constitué par un cylindre creux en matériau composite qui présente une conformation strictement rectiligne. Afin de répondre à la contrainte de passage de la foudre, le cylindre en matériau composite est recouvert entièrement par une couche métallique qui lui confère des propriétés de conductivité électrique. La couche métallique est elle-même recouverte par une couche externe de résine époxy. Le corps rectiligne du bras d’entrainement comporte à chaque extrémité des douilles de couplage qui sont partiellement intégrées dans les parois du cylindre en matériau composite. Les douilles permettent, d’une part, un assemblage mécanique de l’organe de couplage et de l’interface de fixation, et d’autre part, l’écoulement du courant électrique. Par ailleurs, afin de maintenir le balai en contact avec le parebrise des moyens de rappel élastiques mécaniques sont ménagés entre l’organe de couplage et le corps du bras d’entrainement. Bien que ce bras d’entrainement allège la masse d’un bras d’entrainement en acier, il conserve les inconvénients d’une structure mécanique complexe et mécano assemblée, d’une part, au travers de la masse des connecteurs mécaniques, et d’autre part, par la complexité d’assemblage, mais aussi par la réduction de la conductivité électrique entre l’interface de couplage, le corps du bras et l’organe de couplage. En effet, l’écoulement du courant électrique entre le bras en composite, l’interface de couplage et l’organe de couplage, se réduit uniquement à la tranche des rivets qui assemblent les douilles de l’interface de couplage et de l’organe de couplage au corps du bras d’entrainement. L’invention vise à pallier l’ensemble de ces inconvénients. L’invention vise à réduire la masse du bras d’entrainement d’un balai d’essuie-glace pour aéronef tout respectant les contraintes d’un aéronef en vol. L’invention vise également à fournir un bras d’entrainement comportant, d’une part, des propriétés élastiques pour maintenir ou ramener le balai d’essuie-glace au contact du parebrise de l’aéronef, et d’autre part, des propriétés de conductivité électrique pour permettre le passage de la foudre. L’invention vise aussi à simplifier la structure mécanique des bras d’entrainement connus de l’état de la technique. Dans ce contexte, la présente invention concerne un bras d’entrainement d’un balai d’essuie-glace pour un aéronef, le bras d’entrainement comprenant un corps qui s’étend longitudinalement entre une première extrémité équipée d’un organe de couplage qui est configuré pour être couplé à des moyens moteurs et une seconde extrémité équipée d’une interface configurée pour supporter le balai d’essuie-glace. Le bras d’entrainement se caractérise en ce qu’il comporte une âme qui s’étend à l’intérieur du corps entre l’interface de couplage et l’organe de couplage, l’âme, l’organe de couplage et l’interface de couplage étant conducteurs d’électricité et au moins partiellement intégrés dans le corps du bras d’entrainement, le corps comportant au moins un matériau composite. Le corps en matériau composite du bras d’entrainement qui intègre au moins partiellement l’organe de couplage et l’interface de couplage permet de diviser à minima par deux la masse du bras d’entrainement de l’invention par rapport à un bras d’entrainement mécano assemblé en acier de mêmes dimensions ce qui réduit l’inertie lors du balayage sur le pare-brise. Par ailleurs, les propriétés de conduction électrique de l’âme du bras permettent notamment de répondre aux contraintes liées au passage de la foudre qui ont été exposées en introduction de ce document. De plus, l’intégration de l’organe de couplage et de l’interface de couplage dans le corps du bras d’entrainement simplifie la structure mécanique du bras d’entrainement. Dans des modes de réalisation, l’âme peut comporter une lame métallique qui s’étend au sein d’un évidement ménagé à l’intérieur du corps en matériau composite. La lame métallique assure une continuité de la conductivité électrique pour traverser le corps du bras en matériau composite. Dans des modes de réalisation, l’âme peut comporter du métal, de préférence, l’âme comporte du cuivre. Le cuivre est un métal malléable il permet d’intégrer facilement l’âme au corps du bras d’entrainement quelle que soit la forme dudit corps. Dans des modes de réalisation, l’âme peut être couplée, d’une part, à une première extrémité à l’organe de couplage, et d’autre part, à une seconde extrémité à l’interface de couplage, ainsi, l’âme, l’organe de couplage et l’interface de couplage forment une armature constituée d’une seule pièce. Cette caractéristique assure le passage d’un courant électrique d’une extrémité à l’autre du bras d’entrainement. En particulier, la lame métallique peut être est soudée, d’une part, à une première extrémité dans une rainure de réception ménagée sur l’organe de couplage, et d’autre part, à une seconde extrémité à un moyen de réception ménagé sur l’interface de couplage. L’assemblage par soudure de l’armature assure un meilleur passage du courant électrique qu’un montage mécano assemblé. Dans des modes de réalisation, le corps peut comporter au moins un tronçon courbe par rapport à au moins un premier plan dans lequel s’étend l’organe de couplage. Le tronçon courbe permet, d’une part, de déporter l’interface de couplage par rapport à l’organe de couplage en tenant compte de la forme du parebrise du cockpit de l’aéronef, et d’autre part, de conférer une courbure au bras d’entrainement afin que l’interface de couplage soit en mesure d’appliquer une pression sur le parebrise au travers du balai d’essuie-glace. Dans des modes de réalisation, le corps peut comporter un tronçon coudé qui est disposé dans le prolongement l’organe de couplage. Le tronçon coudé permet de masquer l’organe de couplage et de ranger le bras d’entrainement le long d’un montant du parebrise lorsque le bras d’entrainement est en position de repos. Dans des modes de réalisation, le corps peut comporter un tronçon qui présente au moins une dimension qui se réduit progressivement selon la direction longitudinale du corps. En particulier, le tronçon de déport du corps présente avantageusement un tel profilage qui donne au bras d’entrainement des propriétés aérodynamiques mais aussi des propriétés d’élasticité en flexion et en torsion. Dans des modes de réalisation, le matériau composite peut être un matériau solide et fibreux. En particulier, le corps peut être formé par un assemblage de couches successives de fibres composites, le corps comprenant au moins une couche de fibres composites qui présente une orientation spatiale des fibres différente par rapport à une couche inférieure de fibres composites et/ou par rapport à une couche supérieure de fibres composites. Le croisement de fibres composites permet de conférer au corps du bras d’entrainement des propriétés de résistance mécanique en flexion et en torsion. Dans des modes de réalisation, le matériau composite peut comporter des fibres choisies parmi la liste suivante : des fibres de carbone, des fibres d’aramide, des fibres de verre, des fibres d’aluminium, des fibres d’acier, des fibres de lin, des fibres de lin hermes, des fibres de ramie, des fibres de chanvre, des fibres de kenaf, des fibres de jute, des fibres de sisal, des fibres de soie, des fibres de bambou ou un mélange de ces fibres. Le type de fibres choisi pour réaliser le matériau composite peut être associé à une matrice dont le matériau peut être choisi parmi la liste suivante : les résines époxy, les résines polyester, les résines vinylester, les résines phénoliques, les résines BMI (polybismaléimides), les résines cyanesters ou un mélange de ces matériaux. Dans des modes de réalisation, le bras d’entrainement peut comporter une couche de résine qui enveloppe au moins partiellement le corps, l’âme, l’organe de couplage et l’interface de couplage. La couche de résine protège notamment le matériau composite qui compose le corps. Dans des modes de réalisation, le bras d’entrainement peut comporter une couche de peinture externe configurée pour résister aux abrasions. La couche de peinture permet de conserver l’intégrité du bras d’entrainement dans le temps et ainsi de prolonger la durée de vie du bras d’entrainement. Dans des modes de réalisation, le corps peut comporter intérieurement un matériau composite alvéolaire. Cette structure permet de réduire la masse du bras d’entrainement mais aussi d’augmenter sa résistance mécanique. Dans des modes de réalisation, l’organe de couplage est constitué par un basculeur configuré pour être monté sur un arbre entrainé par les moyens moteurs. Dans des modes de réalisation, l’organe de couplage peut être serti au corps du bras d’entrainement. Ceci permet d’augmenter la résistance mécanique du bras d’entrainement. De la même façon dans d’autres modes de réalisation, l’interface de couplage peut être sertie au corps du bras d’entrainement. Dans des modes de réalisation, le corps comporte au moins un tronçon profilé. Le tronçon peut être profilé par réduction progressive d’au moins une dimension de sa section transversale et/ou au travers d’un profil courbe selon un plan X, Y, Z d’un repère tridimensionnel. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un bras d’entrainement conforme de l’invention. Le procédé de fabrication se caractérise en ce qu’il comporte les étapes suivantes : générer une préforme en matériau composite, détourer la préforme en matériau composite de manière à obtenir à former le corps du bras d’entrainement selon une conformation déterminée, évider au moins partiellement le corps du bras d’entrainement, coupler l’interface de couplage et l’organe de couplage respectivement à une première extrémité et à une seconde extrémité de l’âme, intégrer l’âme, l’interface de couplage et l’organe de couplage au corps partiellement évidé du bras d’entrainement, l’âme étant couplée à l’interface de couplage et à l’organe de couplage, et appliquer une résine afin de combler l’évidemment qui intègre l’âme, l’organe de couplage et à l’interface de couplage. Le procédé de fabrication permet de fabriquer un bras d’entrainement conforme de l’invention, par conséquent il présente les mêmes avantages que le bras d’entrainement. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : est une représentation en perspective de la face interne d’un bras d’entrainement d’un essuie-glace pour aéronef conforme de l’invention. est une représentation en perspective de la face externe du bras d’entrainement de la . est une représentation schématique d’une coupe transversale du bras d’entrainement de la . est une représentation d’une coupe longitudinale A-A du bras d’entrainement de la . est une représentation d’une vue éclatée de l’armature du bras d’entrainement de la . est une représentation en perspective de l’organe de couplage qui connecte le corps du bras aux moyens moteurs. est une représentation d’une coupe longitudinale de l’organe de couplage de la . est une représentation d’une interface de fixation au balai d’essuie-glace qui est disposée sur le bras d’entrainement de la . est une représentation d’une section transversale du corps d’entrainement selon une coupe B-B du corps du bras d’entrainement de la . est une représentation d’un logigramme illustrant schématiquement les étapes du procédé de fabrication d’un bras d’entrainement conforme de l’invention. Bras d’entrainement (20) d’un balai d’essuie-glace pour un aéronef, le bras d’entrainement (20) comprenant un corps (21) qui s’étend longitudinalement entre une première extrémité (22) équipée d’un organe de couplage (24) configuré pour être couplé à des moyens moteurs et une seconde extrémité (23) équipée d’une interface de couplage (25) configurée pour supporter le balai d’essuie-glace, caractérisé en ce qu’il comporte une âme (26) qui s’étend à l’intérieur du corps (21) entre l’interface de couplage (25) et l’organe de couplage (24), l’âme (26) , l’organe de couplage (24) et l’interface de couplage (25) étant conducteurs d’électricité et au moins partiellement intégrés dans le corps (21) du bras d’entrainement (20), le corps (21) comportant au moins un matériau composite. Bras d’entrainement (20) selon la revendication 1, dans lequel, l’âme (26) comporte une lame métallique qui s’étend au sein d’un évidement ménagé à l’intérieur du corps (21) en matériau composite. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel, l’âme (26) comporte du métal, de préférence, l’âme (26) comporte du cuivre. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, l’âme (26) est couplée, d’une part, à une première extrémité (260) à l’organe de couplage (24), et d’autre part, à une seconde extrémité (261) à l’interface de couplage (25), ainsi, l’âme (26), l’organe de couplage (24) et l’interface de couplage (25) forment une armature (27) constituée d’une seule pièce. Bras d’entrainement (20) selon les revendications 2 et 4, dans lequel, la lame métallique est soudée, d’une part, à une première extrémité dans une rainure (244) de réception ménagée sur l’organe de couplage (24), et d’autre part, à une seconde extrémité à un moyen de réception ménagé sur l’interface de couplage (25). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel, le corps (21) comporte au moins un tronçon courbe (33) par rapport à au moins un premier plan dans lequel s’étend l’organe de couplage (24). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel, le corps (21) comporte un tronçon coudé qui est disposé dans le prolongement de l’organe de couplage (24). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel, le corps (21) comporte un tronçon (33) qui présente au moins une dimension qui se réduit progressivement selon la direction longitudinale du corps (21). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel, le matériau composite est un matériau solide et fibreux. Bras d’entrainement (20) selon la revendication 9, dans lequel, le corps (21) est formé par un assemblage de couches successives de fibres composites, le corps (21) comprenant au moins une couche de fibres composites qui présente une orientation spatiale des fibres différente par rapport à une couche inférieure de fibres composites et/ou par rapport une couche supérieure de fibres composites. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel, le matériau composite comporte des fibres choisies parmi la liste suivante : des fibres de carbone, des fibres d’aramide, des fibres de verre, des fibres d’aluminium, des fibres d’acier, des fibres de lin, des fibres de lin hermes, des fibres de ramie, des fibres de chanvre, des fibres de kenaf, des fibres de jute, des fibres de sisal, des fibres de soie, des fibres de bambou ou un mélange de ces fibres. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 9 à 11, dans lequel, le matériau composite comporte une matrice choisie parmi la liste suivante : les résines époxy, les résines polyesters, les résines vinylesters, les résines phénoliques, les résines BMI (polybismaléimides), les résines cyanesters ou un mélange de ces matériaux. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 12, qui comporte, une couche de résine (29) qui enveloppe au moins partiellement le corps (21), l’âme (26), l’organe de couplage (24) et l’interface de couplage (25). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 13, qui comporte, une couche de peinture (30) externe qui est configurée pour résister aux abrasions. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel, le corps (21) comporte intérieurement un matériau composite alvéolaire. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel, l’organe de couplage (24) est constitué par un basculeur configuré pour être monté sur un arbre entrainé par les moyens moteurs. Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 16, dans lequel, l’organe de couplage (24) est serti au corps (21) du bras d’entrainement (20). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 17, dans lequel, l’interface de couplage (25) est sertie au corps (21) du bras d’entrainement (20). Bras d’entrainement (20) selon l’une des revendication 1 à 18, dans lequel, le corps (21) comporte au moins un tronçon profilé. Procédé de fabrication (50) d’un bras d’entrainement (20) selon l’une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : Générer (51) une préforme en matériau composite, détourer (52) la préforme en matériau composite de manière à obtenir à former le corps du bras d’entrainement selon une conformation déterminée, évider (53) au moins partiellement le corps du bras d’entrainement, coupler (54) l’interface de couplage et l’organe de couplage respectivement à une première extrémité et à une seconde extrémité de l’âme, intégrer (55) l’âme, l’interface de couplage et l’organe de couplage au corps partiellement évidé du bras d’entrainement, l’âme étant couplée à l’interface de couplage et à l’organe de couplage, et appliquer (58) une résine afin de combler l’évidemment qui intègre l’âme, l’organe de couplage et à l’interface de couplage.