Brevet FR3134336A1 — publié le 20231013

Procédé de fabrication d’une structure raidie composite comportant un panneau (3) et au moins un raidisseur (4). La fabrication se déroule selon les étapes suivantes d’obtention d’un cœur monobloc (2) : - drapage en fibres des éléments du panneau (3) et des raidisseurs (4) ; - assemblage desdits éléments des raidisseurs (4) sur le panneau (3) ; - cuisson de l’assemblage et obtention du cœur monobloc (2); - usinage du cœur monobloc (2); - fabrication d’éléments structuraux supplémentaires destinés à rigidifier la structure raidie et à supporter des pièces d’installation ; - combinaison des éléments structuraux supplémentaires au cœur monobloc (2) usiné. Figure de l’abrégé : [Fig. 1] Procédé de fabrication d’une structure composite monobloc hybride et porte réalisée à partir du procédé. L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une structure composite monobloc hybride, c’est-à-dire une structure dont au moins une partie est monobloc. L’invention se rapporte également à une porte réalisée à partir de ce procédé de fabrication. Notamment les portes de véhicules – aéronefs, trains, automobiles, 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 multiples équipements : leur fabrication en série nécessite une optimisation du flux de fabrication et des matières premières. 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. Une autre approche dans la fabrication de structure en matériau composite complexe utilise un procédé dit monobloc dans lequel l’ensemble de la structure est fabriquée complètement en un seul bloc, c’est-à-dire sans avoir besoin d’en assembler les éléments constitutifs. Cependant, ce procédé de fabrication requiert des outillages spécifiques complexes ainsi que des temps de mise en œuvre étendus. Afin de remédier aux inconvénients de l’état de la technique exposés ci-dessus, l’invention a pour objectif principal d’améliorer la fabrication d’une structure composite – telle qu’une porte d’aéronef – en termes d’optimisation et d’adaptation à des montées en cadence fortes. Pour ce faire, l’invention prévoit de réaliser une porte d’aéronef en matériau composite dont une forme brute, ci-après « le cœur », est réalisée selon un procédé monobloc, c’est-à-dire ne constituant qu’une seule pièce. Ce cœur est ensuite usiné puis des éléments structuraux supplémentaires y sont assemblés. Cette réalisation en deux temps permet d’optimiser les temps et les procédés de fabrications ainsi que d’adapter la structure de la porte au reste de la structure à laquelle elle est ensuite installée. Plus précisément la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d’une structure raidie composite comportant un panneau et au moins un raidisseur. La fabrication se déroule selon les étapes suivantes d’obtention d’un cœur monobloc : - drapage en fibres des éléments du panneau et des raidisseurs ; - assemblage desdits éléments des raidisseurs sur le panneau ; - cuisson de l’assemblage et obtention du cœur monobloc; qui sont suivies par des étapes de finalisation de la structure raidie à partir du cœur monobloc en structure monobloc hybride, à savoir : - usinage du cœur monobloc; - fabrication d’éléments structuraux supplémentaires destinés à rigidifier la structure raidie et à supporter des pièces d’installation ; - combinaison des éléments structuraux supplémentaires au cœur monobloc usiné. Avantageusement, la réalisation d’un cœur monobloc constitué du panneau et des raidisseurs permet de réduire les phases d’assemblage et le nombre de fixations mécaniques du fait de la cuisson du cœur monobloc. De plus la structure du cœur est adaptable en modifiant le drapage et la position des éléments du panneau et des raidisseurs. Avantageusement également, la fabrication et l’assemblage d’éléments structuraux supplémentaires permet de simplifier la réalisation du cœur monobloc. En effet, le cœur comportant moins d’éléments, il est alors plus rapide et plus aisé à fabriquer. De plus, les éléments structuraux supplémentaires complètent la structure du cœur permettant de l’adapter à différents besoins. Un même cœur peut ainsi convenir à différentes utilisations, les éléments structuraux supplémentaire apportant les spécificités nécessaires à ces différents besoins et utilisations. Ce cœur constitue donc une base facilement adaptable lors de sa conception mais également lors de son assemblage avec l’ajout des éléments structuraux supplémentaires. La gestion des pièces est ainsi facilitée en limitant le nombre de référence de pièces. Selon certaines formes de mise en œuvre privilégiées prises seule ou en combinaison : - l’étape de drapage est automatisé ; - le drapage superpose des plis de fibres structurels avec des plis de fibres sacrificiels qui seront partiellement éliminés lors de l’étape d’usinage du cœur ; - l’usinage du cœur monobloc comporte des étapes de détourage du panneau et de découpe d’au moins une extrémité des raidisseurs à des dimensions prédéterminées ; - l’usinage du cœur monobloc est réalisé au niveau des plis de fibres sacrificiels ; - le drapage des éléments des raidisseurs est réalisée directement selon une géométrie finale prédéterminée; - des éléments structuraux supplémentaires sont en matériau composite et drapés en fibre ; - la cuisson est réalisée dans un four de type autoclave, et - des éléments structuraux supplémentaires et le cœur monobloc sont cuits simultanément. Avantageusement, l’automatisation des drapages permet de réaliser des gains de productivité en temps et en matière première. Avantageusement également, le drapage des raidisseurs selon une géométrie finale prédéterminée permet de s’affranchir du traditionnel drapage à plat suivi d’un formage à chaud. La cuisson de l’ensemble dans un autoclave apporte un gain en temps et en équipement car un seul outillage de cuisson suffit pour l’ensemble des éléments de la structure. De plus, en fonction de la taille de l’autoclave, plusieurs cœurs peuvent être cuits en même temps, ce procédé permettant de répondre à des besoins de forte cadence en limitant l’outillage requis. L’invention se rapporte également à une porte d’aéronef composite monobloc hybride à structure raidie réalisée à partir du procédé précédent, cette porte comportant : - un cœur monobloc en matériau composite constituant un panneau et au moins un raidisseur, chaque raidisseur présentant une âme et un talon ; - des éléments structuraux supplémentaires assemblés en combinaison avec ce cœur monobloc pour former un ensemble fonctionnel. Avantageusement, une telle porte de structure composite monobloc hybride permet de combiner les bénéfices structurels d’une structure monobloc avec la flexibilité des structures assemblées. En effet, le cœur monobloc apporte une automatisation de la fabrication ainsi qu’un assemblage d’une partie de la structure par co-consolidation lors de la cuisson en s’affranchissant de l’utilisation de fixations mécaniques, celles-ci pouvant nuire aux propriétés mécaniques du matériau. Par ailleurs, une structure purement monobloc présente les inconvénients relatifs à son manque d’adaptabilité, en particulier lors des phases de moulages et des outillages nécessaires, ce qui écarte leur utilisation pour une production en série. La réalisation du cœur monobloc permet donc de simplifier la structure à mouler ainsi que les outillages nécessaires, le reste de la structure de la porte étant assemblé de manière traditionnelle par des fixations classiques. Selon des formes de réalisation préférées : - les plis de fibre sacrificiels du cœur monobloc sont en fibre de verre ; - les éléments structuraux supplémentaires sont choisis parmi des cadres de bordure installés sur le panneau perpendiculairement aux raidisseurs, des butées, des joints, des supports d’éléments fonctionnels et/ou des attaches de porte. Avantageusement, les fibres de verre sont neutres et isolantes, réalisant en particulier une barrière contre les réactions électrochimiques pouvant entrainer la corrosion galvanique d’éléments métalliques. Les fibres de verre permettent de plus un contrôle visuel donc rapide de l’usinage afin de vérifier que les plis structurels n’ont pas été endommagé par cet usinage. 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 en perspective d’une porte monobloc hybride selon l’invention ; – la , une vue éclatée en perspective des éléments du panneau et des raidisseurs de la porte selon la ; – la , une vue en perspective du cœur monobloc après cuisson de cette porte ; – la , une vue en perspective du cœur monobloc après détourage de ladite porte, et – la , une vue éclatée en perspective du cœur monobloc selon la et d’éléments structuraux supplémentaires de la porte selon les figures précédentes. Procédé de fabrication d’une structure raidie composite comportant un panneau (3) et au moins un raidisseur (4), la fabrication se déroulant selon les étapes suivantes d’obtention d’un cœur monobloc (2) : - drapage en fibres des éléments (3c, 4c, 4d, 4e) du panneau (3) et des raidisseurs (4) ; - assemblage desdits éléments (3c, 4c, 4d, 4e) des raidisseurs (4) sur le panneau (3) ; - cuisson de l’assemblage et obtention du cœur monobloc (2) ; le procédé étant caractérisé en ce que les étapes d’obtention du cœur monobloc (2) sont suivies par des étapes suivantes de finalisation de la structure raidie à partir du cœur monobloc (2) en structure monobloc hybride : - usinage du cœur monobloc (2) ; - fabrication d’éléments structuraux supplémentaires destinés à consolider la structure raidie et à supporter des pièces d’installation ; - combinaison des éléments structuraux supplémentaires au cœur monobloc (2) usiné. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape de drapage est automatisée. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel l’étape de drapage superpose des plis de fibres structurels (7a) avec des plis de fibres sacrificiels (7b). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’usinage du cœur monobloc (2) comporte des étapes de détourage du panneau (3) et de découpe d’au moins une extrémité (4j) des raidisseurs (4) à des dimensions prédéterminées. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel l’usinage du cœur monobloc (2) est réalisé au niveau des plis de fibres sacrificiels (7b). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le drapage des éléments (4c, 4d, 4e) des raidisseurs (4) est réalisé directement selon une géométrie finale prédéterminée. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel des éléments structuraux supplémentaires sont en matériau composite et drapés en fibre. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la cuisson est réalisée dans un four de type autoclave. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 en combinaison avec la revendication 7, dans lequel des éléments structuraux supplémentaires et le cœur monobloc (2) sont cuits simultanément. Porte (1) d’aéronef composite monobloc hybride à structure raidie réalisée à partir du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que cette porte (1) comporte : - le cœur monobloc (2) en matériau composite constituant un panneau (3) et au moins un raidisseur (4), chaque raidisseur (4) présentant une âme (4a) et un talon (4b) ; - des éléments structuraux supplémentaires (5a, 5b, 5c) assemblés en combinaison avec ce cœur monobloc (2). Porte (1) composite monobloc hybride selon la revendication 10 dans laquelle les plis de fibre sacrificiels (7b) du cœur monobloc (2) sont en fibre de verre. Porte (1) composite monobloc hybride selon l’une quelconque des revendications 10 à 11 dans laquelle les éléments structuraux supplémentaires sont choisis parmi des cadres de bordure (5a) installés sur le panneau (3) perpendiculairement aux raidisseurs (4), des butées (5c), des joints (5b), des supports d’éléments fonctionnels et/ou des attaches de porte.