INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans un mode de réalisation, l’épaisseur des parties renforcées (12) est 2 à 10 fois celle de l’épaisseur totale des plis, en fonction des efforts auxquels est soumise la section concernée. Dans le cas d’une aile d’avion, l’épaisseur et/ou la section de la partie renforcée peuvent ainsi être dégressives selon la direction allant du fuselage (22) vers l’extrémité de l’aile, en raison de l’évolution des efforts exercés le long de l’aile. La illustre l’évolution de l’épaisseur/section de deux parties renforcées (12) selon l’envergure d’une aile d’avion (axe y). Dans l’exemple de réalisation présenté par la , la section des parties renforcées (12) est trapézoïdale isocèle. Ainsi, on observe bien une diminution de l’épaisseur des parties renforcées (12) dans la direction allant du fuselage (22) vers l’extrémité de l’aile (21). Les parties renforcées (12) ont, selon un exemple de réalisation illustré par la , une longueur équivalente à un quart de l’envergure de l’avion (la moitié d’une aile). De plus, la représente un exemple d’intégration de parties renforcées (12) au sein de l’aile (21) d’un avion. Les parties renforcées (12) étant créées par la divergence d’au moins deux plis voisins, séparant l’ensemble des plis en deux catégories : les plis non-divergés (15) et les plis divergés (16).
Dans un exemple de réalisation particulier, l’épaisseur de la partie renforcée (12) est relative (ratio entre l’épaisseur de l’aile et la valeur de la corde). L’épaisseur de la partie renforcée (12) est homothétique de l’évolution de la corde et donc de l’épaisseur relative de la voilure en fonction de y. Le rapport d’homothétie dépend de la MTOW et du domaine de vol.
Une fonction illustrée par la figure 20 représente ainsi l’évolution de l’épaisseur de deux parties renforcées (12), dans un exemple de réalisation. La figure 20 comporte, en effet, un graphique mis en correspondance avec différentes sections des parties renforcées (12), ce graphique exprimant l’épaisseur de la section des parties renforcées (12) en fonction de l’éloignement au fuselage selon y. Ainsi, trois sections sont représentées sur la figure, coupées par le plan xz pour trois valeurs de y différentes. Les valeurs des épaisseurs ( , et ) de ces trois sections sont reportées sur le graphique de gauche. On observe donc bien pour avec correspondant à la zone de l’emplanture de l’aile et correspondant à une demi-longueur de l’aile.
En relation avec les figures 21 et 22, on décrit les parties renforcées. Ainsi, la répartition des parties renforcées (12) dans le panneau (11) est fonction des efforts auxquels est soumis ce dernier. Dans le cas d’une aile d’avion, les parties renforcées (12) sont réparties en fonction de la largeur de l’aile. Ainsi, dans un exemple de réalisation dans lequel la technique a été intégrée à une aile de P-51 Mustang, la largeur d’une aile ou corde (36) pour un tel appareil est de 2641,6mm au niveau du fuselage et de 1270mm au niveau de l’extrémité de l’aile. Ainsi, dans cet exemple de réalisation, la largeur de l’aile comprend deux parties renforcées (12).
La largeur des parties renforcées (12) a été définie en fonction de la largeur de l’aile (ou corde) notée . Dans un exemple de réalisation particulier, illustré par les figures 21 et 22, les parties renforcées (12) présentent une largeur correspondant environ à un quart de . Une longueur est définie comme étant environ égale à . Cette longueur est également définie comme étant la distance entre et en partant du bord d’attaque (34) de l’aile. Ainsi, commence à du bord d’attaque (34) et se termine à du bord de fuite (35). Les parties renforcées décrites dans les figures 21 et 22 présentent donc une largeur de et sont centrés chacun autour d’un point de symétrie situé respectivement à de chaque extrémité de la longueur . Les valeurs de et peuvent être adaptées au type d’avion et au type d’aile souhaités. Elles ont pour but principal de définir des zones dédiées à des usages spécifiques (accrochage, présence d’éléments mobiles, présence de mécanismes spécifiques…), ces zones (103) ne pouvant pas être renforcées du fait de leur usage. Ainsi, dans le cas d’une aile d’avion, les zones du bord d’attaque ( ) et du bord de fuite ( ) ne peuvent pas présenter de renforts en raison de la présence de volets, d’ailerons et d’autres éléments mobiles ou à usage spécifiques.
Dans un exemple de réalisation, illustré par les figures 21 et 22, les parties renforcées (12) présentent un plan de symétrie vertical selon leur longueur (plan yz) et possèdent une section trapézoïdale isocèle dont la grande base mesure et est en contact avec les plis (15) non-divergés. Dans un exemple de réalisation, les parties renforcées (12) possèdent une section trapézoïdale et l’angle formé par les parois latérales avec la base inférieure de la partie renforcée varie entre 25° et 75°.
Par ailleurs, les parties renforcées (12) étant partie intégrante du feuilleté de plis (15, 16), elles sont partie intégrante de la phase de polymérisation initiale du panneau (11).
Dans un exemple de réalisation particulier, la divergence des plis formant les parties renforcées (12) est permise par l’adjonction d’un élément support composé d’un matériau composite pouvant présenter une structure possédant une faible densité tel que du polypropylène en nid d’abeille, de la mousse, du papier aluminium ou encore du bois de type balsa. Ces parties renforcées (12) peuvent aussi intégrer un ou plusieurs câbles en fibres de carbone dans leur longueur. Il est également possible d’envisager l’intégration de gaines techniques au sein de la partie renforcée (12) afin d’y faire passer des systèmes électriques, hydrauliques, pneumatique ou d’autres éléments jugés utiles par l’homme du métier. Par exemple, dans le cas d’une aile d’avion utilisée comme un réservoir, ces parties renforcées (12) peuvent intégrer des tuyaux permettant d’alimenter en carburant les moteurs situés dans les ailes et/ou ailleurs dans l’avion (fuselage…).
La figure 21 représente une aile d’avion dont l’extrados comporte deux parties renforcées (12) alignées dans la direction allant du fuselage vers l’extrémité de l’aile (axe y). La corde (36) de l’aile est et la longueur est à nouveau définie comme faisant partie du segment . Le segment étant divisé en trois segments successifs, respectivement du bord d’attaque au bord de fuite : un premier segment mesurant , un deuxième segment défini précédemment, nommé , et mesurant , et enfin, un troisième segment mesurant . Ainsi, les parties renforcées (12) sont réparties sur l’extrados (31) de l’aile (21) dans la largeur de la corde (36), le long de l’axe x (défini comme la direction allant du centre du fuselage (22) vers l’avant de celui-ci, ou encore comme la direction de déplacement de l’avion), de la manière suivante : la première partie renforcée (12) est centrée autour d’un plan yz passant par la dimension mesurée depuis le bord d’attaque (34) ; tandis que la seconde partie renforcée est centrée autour d’un plan yz passant par la dimension mesurée depuis le bord fuite (35). Chacune des partie renforcées mesure de largeur et présente des plis externes non-divergés (15) et des plis interne divergés (16). Dans un exemple de réalisation non représenté sur la , l’intrados (32) peut également présenter la même structure en symétrique.
La figure 22 représente une section d’une aile d’avion dans l’exemple de réalisation particulier décrit ci-dessus. Cette vue provient de la section A-A des figures 1 et 21, et représente donc le profil d’une aile possédant une forme s’apparentant à une goutte d’eau légèrement aplanie. On observe une répartition des parties renforcées (12) similaire à celle présentée sur la figure 21. Ainsi, deux parties renforcées (12) sont réparties dans la corde (36) de l’aile et sont placées dans la direction de l’axe y. Les parties renforcées sont intégrées à la structure. Ces parties renforcées sont ainsi formées par la divergence des plis internes (16) et la non-divergence des plis externe non-divergés (15). Ces parties renforcées mesurent de large et sont centrées autour des points situés respectivement à du bord d’attaque et du bord de fuite. Sur ce schéma, seul l’extrados (31) présente des parties renforcées (12), cependant, il est envisageable d’en intégrer à l’intrados (32) également.
Cet exemple de réalisation a été appliqué à une aile d’une réplique de P-51 Mustang. Des tests de rupture ont été effectués et ont permis de démontrer une résistance de l’aile à 16,4g soit 2,73 fois sa charge réelle et largement supérieure aux 13,5g demandés par les règles de certification (coefficient de sécurité). Ce procédé de conception exige 6 fois moins de matière que la solution de l’art antérieur avec des poutrelles/longerons solidarisés à la peau de l’aile par collage ou autre fixation mécanique. La technique décrite dans ce document permet donc un gain en poids, mais aussi en solidité et en intégrité de l’ensemble, tout en étant simple et rapide à mettre en œuvre.
5. Le procédé de fabrication
Ainsi qu’illustré par la précédemment présentée, le procédé de fabrication du panneau tel que décrit précédemment met en œuvre des plis (15, 16) formant un matériau stratifié. Les parties renforcées (12) sont formées par la divergence de trajectoire entre les plis (15, 16). La fabrication d’un tel panneau peut être effectuée grâce à des procédés manuels (moulage au contact, moulage sous vide, infusion, pré-imprégnés…), des procédés mécanisés (RTM, thermoformage, moulage…) ou tout autre type de procédé jugé adapté par l’homme du métier. Trois exemples de méthodes d’apport de résine sont présentés par la suite.
En observant des caractéristiques de macro-dispersion, l’échantillon C1, l’échantillon comparatif de mélange-maître liquide, a une meilleure macro-dispersion, comme indiqué par de faibles nombres de grosses particules non dispersées, par rapport à l’échantillon E1 de l’invention. La bande de roulement de l’invention avait plus de grosses particules de charge non dispersées que l’échantillon de mélange-maître liquide C1, mais une meilleure dispersion et moins de grosses particules de charge non dispersées que tous les échantillons comparatifs commerciaux de bande de roulement. Bien qu’il démontre des caractéristiques de macro-dispersion légèrement moins bénéfiques par rapport à l’échantillon C1, réalisé par un processus connu pour fournir une macro-dispersion de noire de carbone supérieure et des propriétés supérieures de caoutchouc associées pour des bandes de roulement, l’échantillon E1 de l’invention a montré de façon inattendue des propriétés de caoutchouc comparables à celles de l’échantillon C1, comme indiqué par les données établies dans le Tableau 6.
De manière cohérente avec les caractéristiques supérieures de macro-dispersion de l’échantillon E1 de l’invention par rapport à celles de bandes de roulement commerciales comparables, des propriétés de matériau caoutchouc de l’échantillon E1 sont supérieures à celles de composés de bande de roulement commerciale comparatifs.
Composé de Bande de roulement avec des Mélanges d’Élastomère et de Charges
Préparation de Composite Mélangé en voie Humide
Dans cet exemple, un mélange de deux élastomères (caoutchouc naturel RSS1, obtenu auprès du groupe RCMA, Singapour, et caoutchouc de butadiène Buna® CB 22, obtenu auprès de Lanxess, Allemagne, selon un rapport NR/BR de 80/20 phr) et de deux charges (noir de carbone PROPEL®X25 obtenu auprès de Cabot Corporation et silice précipitée ZEOSIL® Z1165 MP obtenue auprès de Solvay USA Inc. Cranbury, NJ) a été utilisé pour préparer l'échantillon E3, un composite mélangé en voie humide. Deux composites mélangés en voie humide (Partie A et Partie B) ont été préparés pour fabriquer le composé de l'échantillon E3. Des granulés de noir de carbone jamais séchés avec une teneur en eau est de 55 à 58 % en poids du noir de carbone total humide, ont été mélangés avec le caoutchouc naturel pour obtenir une formulation de Partie A présentée dans le Tableau 8A. Pour réaliser la formulation de Partie B présentée dans le Tableau 8A, la silice Z1165 MP (à 5-7 % d'humidité) a été placée dans un récipient de 5 gallons et de l'eau (traitée par osmose inverse) a été ajoutée lentement tout en mélangeant à des vitesses variables avec un Agitateur de Peinture Warner monté sur un Mélangeur de Laboratoire Ika jusqu'à ce que l'eau et la silice soient homogénéisées pour former une pâte humide. Le récipient de silice humide a été scellé pendant 24 heures avant d'être ajouté à d'autres composants de Partie B, incluant un coupleur de silane (Si69), pendant la préparation du composite de partie B mélangé en voie humide.
Tableau 8A : Formulations de Composite Mélangé en voie Humide pour Partie A et Partie B
Composant (phr) Partie A Partie B NR (RSS1) 100,0 66,7 BR (CB22) 33,3 Granulés PROPEL®X25 CB humides 50,0 33,4 Silice Z1165MP humidifiée 16,7 Silane (Si69) 1,7 6PPD 1,5 1,5 a. Teneur en charge sur une base en poids sec
Un mélangeur de laboratoire BR-1600 Banbury® (mélangeur « BR1600 » ; Farrel Corporation, Ansonia, CT) a été utilisé pour réaliser les composites mélangés en voie humide Partie A et B. Le mélangeur BR1600 a été actionné avec deux rotors tangentiels à 2 ailes (2WL), en fournissant une capacité de 1,6 L. Le processus utilisé pour la préparation des deux composites mélangés en voie humide est indiqué dans Tableau 8B.
Tableau 8B : Processus de préparation de Composites Mélangés en voie Humide
Description Partie A et B Taille de mélangeur 1,6L Facteur de charge % 70 TCU °C 85 Vitesse de rotor tpm 105 Pression de vérin bar 2,8 Temps (s) Ajouter composite/élastomère 0s Ajouter 3/4 CB, Silice, Silane 30s Balayer, ajouter 1/4 CB, Silice 150s Balayer 180s Ajouter 6PPD 140°C Balayer 145°C Déverser (température) 160°C
Préparation de Composé
La formulation utilisée dans le composé d’échantillon E3 est établie dans le Tableau 9. Des composants utilisés comprennent des antioxydants 6PPD [N-(1,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine] (également utilisés dans la partie A et la partie B) et TMQ, des qualités de caoutchouc standard d’oxyde de zinc, acide stéarique, billes de cire, soufre et accélérateur TBBS, tous obtenus auprès de Akrochem, Akron, Ohio. Le caoutchouc naturel sec solide avait une teneur en humidité < 1 % en poids.
Un mélangeur à entremêlement (Carter 55L Intermeshing Mixer avec des rotors Interswirl, Carter, Manchester, Royaume-Uni) a été utilisé pour mélanger le composé d’échantillon E3. Les processus de composition ont été effectués comme décrit dans le Tableau 10.
Des pneus avec bande de roulement contenant un composé d’échantillon E3 ont été préparés comme décrit dans les Exemples 1 à 3.
Tableau 9 : Formulation de Composé pour Bande de Roulement
(v) déchargeant, du second mélangeur, le composite de mélange humide ayant une teneur en liquide de moins de 3 %en poids sur la base du poids total dudit composite de mélange humide ;
Un procédé additionnel pour réaliser une bande de roulement de la présente invention peut comprendre les étapes consistant à :
(a) fournir un composite de mélange humide, ledit composite de mélange humide étant préparé en :
(ii) lors d’une ou plusieurs étapes de mélange, mélangeant le au moins un élastomère solide et la charge humide pour former un mélange, et lors d’au moins une desdites étapes de mélange, effectuant ledit mélange à des températures de mélangeur commandées par au moins des moyens de commande de température et appliquant une puissance spécifique moyenne d’au moins 2,5 kW/kg pendant un temps de mélange, et en retirant au moins une partie du liquide à partir du mélange par évaporation ;
(iii) déchargeant, du premier mélangeur, le mélange comprenant la charge dispersée dans l’élastomère à un chargement d’au moins 20 phr, dans lequel le mélange a une teneur en liquide qui est réduite à une quantité inférieure à la teneur en liquide au début de l’étape (ii), et dans lequel le mélange a une température de matériau dans la plage de 100°C à 180°C ;
- un vérin positionné de sorte qu’il ne rentre sensiblement pas en contact avec le mélange ;
(v) déchargeant, du second mélangeur, le composite ayant une teneur en liquide de moins de 3 %en poids sur la base du poids total dudit composite ;
La charge peut par exemple et de manière non exhaustive être un objet de type bac ou container rigide, vide ou rempli, un carton vide ou rempli, un colis, une palette vide ou chargée de produits, ...
Dans cet exemple particulier et non limitatif de l’invention, ces rouleaux 20 sont divisés en deux zones de convoyage Z1 et Z2 successives. Le rouleau 20-Z1 et 20-Z2 de chaque zone Z1 et Z2 est un rouleau moteur, qui de manière connue est motorisé au moyen d’un moteur logé dans le rouleau.
Dans une autre variante, le convoyeur 1 peut comporter une seule zone ou peut comporter trois zones ou plus.
Chaque rouleau motorisé 20-Z1 et 20-Z2 est couplé aux autres rouleaux 20 de la zone Z1, Z2 correspondante par des moyens de transmission 22, qui dans l’exemple illustré comportent des courroies de transmission 220 positionnées, de manière excentrée, à une extrémité de l’axe des rouleaux 20.
Chaque rouleau moteur 20-Z1, 20-Z2 est de préférence positionné dans la direction de convoyage au voisinage du centre C de la zone de convoyage Z1, Z2 correspondante. Cette position sensiblement centrale des rouleaux 20-Z1, 20-Z2 est une position optimale, mais non impérative. Elle permet d’améliorer l’entraînement des autres rouleaux 20 et notamment de réduire les problèmes pouvant découler d’un glissement des courroies de transmission 220, en particulier lorsque les courroies de transmission 220 sont lisses et non crantées.
Le moteur de chaque rouleau central 20-Z1, 20-Z2 est de préférence bidirectionnel, de sorte que le convoyeur 2 est bidirectionnel et permet de transporter dans la direction de convoyage une charge supportée par les rouleaux 20 entre un premier côté C1 du convoyeur 2 et un deuxième côte C2 du convoyeur dans un sens de convoyage X1 ou dans le sens de convoyage opposé X2.
Bien que la mise en œuvre d‘un convoyeur bidirectionnel soit préférentielle, l’invention peut néanmoins être mise en œuvre également avec un convoyeur monodirectionnel.
Le convoyeur 2 du module de convoyage 1 comporte également des moyens de détection 23, qui permettent de détecter la présence d’un objet sur les rouleaux 20 du convoyeur 2.
Ces moyens de détection 23 sont de préférence des détecteurs sans contact, par exemple de type photodiodes.
De préférence, ces moyens de détection 23 comportent, pour chaque zone Z1 et Z2, deux détecteurs 230 et 231, qui sont espacés l’un de l’autre dans la direction de convoyage.
Les signaux de détection délivrés par les détecteurs 230 et 231 sont envoyés au contrôleur 4.
Les deux détecteurs 230 et 231 de chaque zone de convoyage Z1, Z2 sont proches l’un de l’autre, de telle sorte qu’ils sont aptes à détecter simultanément la présence d’un objet transporté sur le convoyeur. En d’autres termes, l’espacement dans la direction de convoyage entre les deux détecteurs 230 et 231 d’une zone de convoyage Z1, Z2 est inférieure aux dimensions d’un objet transporté. Cette proximité entre les deux détecteurs de présence 230 et 231 dans la direction de convoyage permet au contrôleur 4 de commander le convoyeur 2, à partir des signaux de détection délivrés par les détecteurs 230 et 231, de manière transporter un objet jusqu’à une position d’arrêt, qui peut être contrôlée automatiquement avec précision et dans laquelle l’objet peut être immobilisé en étant centré dans la direction de convoyage par rapport au deux détecteurs 230, 231.
De préférence, les deux détecteurs 230 et 231 d’une zone de convoyage Z1, Z2 sont symétriques l’un de l’autre par rapport au centre C de la zone de convoyage correspondance, ce qui permet d’avoir une position d’arrêt d’un objet au centre de la zone de convoyage.
De préférence, les détecteurs 230 et 231 sont intercalés entre deux rouleaux 20 et plus particulièrement sont constitués par exemple par deux barres de photodiodes.
Contrôleur 4 Le contrôleur 4 est de préférence fixé châssis 21 du convoyeur 2 de manière amovible ou définitive.
Le contrôleur 4 est adapté dans cet exemple particulier pour commander les moteurs M ( ) des rouleaux 20-Z1 et 20-Z2 dans un sens de rotation ou l’autre, via un variateur V associé à chaque moteur M.
Dans des exemples de réalisations spécifiques, illustré par la , les fibres au sein d’un même pli peuvent être unidirectionnelles (63) ou multidirectionnelles (61, 62). Ces figures illustrent deux exemples de réalisation différents dans lesquels l’empilement des plis est symétrique autour d’un "pli neutre" (pouvant être imaginaire et étant situé au centre de l’empilement) afin d’obtenir des propriétés mécaniques homogènes. Dans le cas d’une aile d’avion, le sens des efforts est représenté par l’axe y (direction allant du fuselage vers l’extrémité de l’aile), décrit par la .
Ainsi, à gauche de la sont représentés quatre plis présentant tous des fibres bidirectionnelles. Le premier pli (61) présente des fibres à 0° et 90° par rapport à l’axe y. Le second et le troisième pli (62) présentent des fibres à +45° et -45° par rapport à l’axe y. Et enfin, le dernier pli (61) présente des fibres à 0° et 90° par rapport à l’axe y. Une telle disposition permet d’obtenir des propriétés mécaniques relativement homogènes selon les différentes directions de l’espace. Ainsi, la structure est plus à même de résister à des efforts tels que ceux présents dans le cas d’un vol en voltige par exemple.
A droite de la , sont représentés huit plis présentant des fibres unidirectionnelles ou bidirectionnelles. Le premier et le dernier pli (61) présentent des fibres à 0° et 90° par rapport à l’axe y. Le second et l’avant-dernier pli (62) présentent des fibres à +45° et -45° par rapport à l’axe y. Et les troisième, quatrième, cinquième et sixième plis (63) présentent des fibres à 0° par rapport à l’axe y. L’utilisation de plis unidirectionnels permet de renforcer l’aile dans la direction y (sens des efforts) et l’utilisation de plis multidirectionnels permet de maintenir les fibres et la résine des couches unidirectionnelles.
Il est également possible d’ajouter un ou plusieurs sur-épaississement(s) en ajoutant localement des plis, tel qu’illustré par la , et/ou en augmentant localement l’épaisseur des plis tel qu’illustré par la , ces sur-épaississements aillant pour rôle d’améliorer les propriétés mécaniques de certaines zones en fonction des efforts auxquels ladite zone est soumise. Par exemple, dans le cas d’une aile d’avion, un sur-épaississement peut être ajouté à la jonction entre l’aile et le fuselage sur une longueur représentant 30 à 40% de la demi envergure de l’aile en partant du fuselage, en fonction du domaine de vol. En effet, ce sur-épaississement permet d’améliorer la résistance de cette zone aux forces exercées sur l’aile. Dans le cas d’un avion ouvert au-delà de 4g, la valeur sera de 40% environ.
La représente une coupe de l’extrados (31) et de l’intrados (32) d’une aile, coupée au niveau d’un partie renforcée (12) intégrée au panneau. On observe ainsi un épaississement au niveau de la jonction avec le fuselage grâce à l’ajout de plis secondaires (72) entre chaque pli principal (71) de l’extrados et de l’intrados. L’extrados (31) présente une partie renforcée (12) formée par les plis non-divergés (15) et les plis divergés (16). Dans cet exemple de réalisation, la partie renforcée (12) décrite est de forme allongée dans la direction de l’envergure de l’aile et de section trapézoïdale, l’épaisseur de cette section étant, à l’instar de l’épaisseur totale des plis, plus importante au niveau de la jonction avec le fuselage.