INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ces matériaux pour les fibres sont particulièrement adaptés à l’application lanceur spatial. Brève description des dessins La représente, de manière schématique en perspective, un exemple de panneau utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une section transversale, par rapport à l’axe X, du panneau de la . La représente, de manière schématique et partielle, l’angle de biseau du panneau de la . La représente, de manière schématique en perspective, le recouvrement de deux panneaux voisins selon un exemple de mise en œuvre de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, un détail d’un exemple d’assemblage entre secteurs de cadre de deux panneaux voisins. La représente, de manière schématique et partielle, une variante de cylindre sectorisé. La représente, de manière schématique et partielle, une autre variante de cylindre sectorisé. La représente, de manière schématique et partielle, une autre variante de cylindre sectorisé. La représente, de manière schématique et partielle, une autre variante de cylindre sectorisé. La représente, de manière schématique et partielle, un assemblage précurseur de la pièce à fabriquer positionné dans un outillage de moulage sous vide dans le cadre d’un exemple de mise en œuvre de l’invention. La représente, de manière schématique, la cuisson avec mise sous vide de l’assemblage illustré à la . La représente, de manière schématique, la pièce obtenue après refroidissement.
Le cylindre sectorisé est obtenu par juxtaposition de panneaux fibreux pré-imprégnés thermoplastiques. D’une manière générale, il peut comporter au moins deux panneaux fibreux, voire au moins trois panneaux fibreux. L’exemple décrit ici concerne le cas d’un cylindre à quatre panneaux.
Les panneaux sont avantageusement réalisés par placement automatique de fibres, qui constitue une technique connue en soi. Les panneaux 10 comprennent chacun un renfort fibreux pré-imprégné par une résine thermoplastique. Le choix du matériau de renfort et de la résine est fonction de l’application envisagée. A titre d’exemple, le renfort fibreux comprend des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres d’aramide, ou un mélange de telles fibres. A titre d’exemple, la résine est une résine PAEK (polyaryléthercétone), PEEK (polyétheréthercétone), PEKK (polyéthercétonecétone), PES (polyethersulfone), PPS (poly(sulfure de phénylène)), ou PEI (polyétherimide). On utilise avantageusement la même résine dans les différents panneaux, ou à défaut des résines compatibles.
Les panneaux 10 s’étendent le long d’un axe X, correspondant à l’axe du cylindre obtenu après juxtaposition des panneaux, et présentent une forme incurvée en section transversale par rapport à l’axe X. Les panneaux 10 peuvent ou non avoir une forme allongée le long de l’axe X, selon la géométrie souhaitée pour la pièce. Les panneaux 10 définissent deux bords 10a, 10b qui sont, dans l’exemple illustré, destinés à être superposés avec un panneau voisin, comme il sera décrit dans la suite. Les bords 10a, 10b s’étendent le long de l’axe X, et peuvent être colinéaires à ce dernier comme illustré. La illustre un exemple de structure possible pour les panneaux 10 qui sont drapés dans un outillage femelle, la personne du métier reconnaîtra que les panneaux peuvent en variante être drapés sur un outillage mâle sans sortir du cadre de la présente invention. La forme de drapage ne fait pas partie intégrante de l’outillage de moulage sous vide de sorte à permettre un fonctionnement en parallèle entre drapage et cuisson, et réduire ainsi le temps de cycle de fabrication.
Les panneaux 10 sont, dans l’exemple de la , munis de raidisseurs rectilignes 12 en composite thermoplastique. Chaque raidisseur 12 est formé d’un renfort fibreux imprégné par une résine thermoplastique identique, ou à défaut compatible, avec la ou les résines des panneaux 10. Ces raidisseurs 12 sont formés par des moyens conventionnels connus de la personne du métier, par exemple par drapage manuel ou automatisé, drapage dans un moule en forme ou estampage sous presse de plaques planes crues, réalisation de préformes sèches et injection de résine dans un moule par une technique de moulage par transfert de résine (« Resin Transfer Molding » ; « RTM »). Les raidisseurs 12 peuvent avoir une section quelconque, par exemple en Omega, en T, en J, entre autres formes possibles. Les raidisseurs 12 peuvent ou non présenter une variation locale de forme ou de section. Comme illustré, les raidisseurs 12 peuvent être présents sur au moins la majorité (plus de 50%), voire au moins 80%, de la dimension DX des panneaux mesurée selon l’axe X.
Les panneaux 10 illustrés sont également munis de secteurs de cadre 14 circonférentiels en composite thermoplastique qui constituent des éléments de raidissement. Chaque secteur 14 de cadre est formé d’un renfort fibreux imprégné par une résine thermoplastique identique, ou à défaut compatible, avec la ou les résines des panneaux 10 et des raidisseurs 12. Comme pour les raidisseurs 12, les secteurs de cadre 14 sont formés de manière connue en soi. Les secteurs de cadre 14 peuvent avoir une section quelconque, par exemple en Z, en C, en F, en T, en Omega ou en J. Chaque secteur de cadre peut présenter un soyage aux extrémités (de manière à s’assembler par recouvrement sur les autres secteurs de cadre afin de former le cadre complet), ou bien peut être droit (pour s’assembler aux autres secteurs de cadre via une pièce d’éclissage). Les secteurs 14 de cadre peuvent présenter des variations de forme au niveau des semelles qui seront en contact avec le panneau 10 (pour s’ajuster au mieux aux variations côté panneau 10). Les secteurs 14 de cadre peuvent présenter des échancrures traversées par les raidisseurs 12 et coopérant avec ces derniers. Ces échancrures peuvent avoir la même forme et sensiblement les mêmes dimensions que les raidisseurs 12 les traversant. Les secteurs 14 de cadre peuvent être assemblés aux raidisseurs 12 par une pièce d’interface mais l’on ne sort pas du cadre de l’invention si une telle pièce est omise.
Les secteurs 14 de cadre et les raidisseurs 12 sont assemblés sur une surface interne du cylindre une fois les panneaux 10 juxtaposés. D’une manière générale, on notera que les panneaux 10 peuvent inclure des zones de surépaisseur formant des renforts locaux.
Les raidisseurs 12 et secteurs 14 de cadre sont assemblés sur les panneaux 10 par des techniques connues en soi, comme la soudure par point, l’agrafage, ou l’emploi de fixations rapportées. Cet assemblage a simplement pour but de positionner les raidisseurs 12 et secteurs 14 de cadre sur les panneaux 10, mais pas de produire une solidarisation robuste de ces derniers aux panneaux 10 laquelle est obtenue après la co-consolidation qui sera décrite plus bas.
Dans l’exemple illustré, les panneaux 10 présentent également une zone 19, située du côté du bord 10b et s’étendant sur toute la dimension DX, qui est dépourvue d’élément de raidissement (pas de raidisseur 12, ni secteur 14 de cadre). On notera également que, dans l’exemple illustré, les secteurs de cadre 14 dépassent du panneau 10 du côté opposé à la zone 19 (du côté du bord 10a), et forment une extension 15 des secteurs de cadre 14. La présence de la zone 19 ainsi que le prolongement des secteurs 14 de cadre sont la résultante de l’agencement envisagé pour la juxtaposition entre panneaux 10 voisins.
La montre l’évolution de l’épaisseur e10 des panneaux 10 selon l’axe Y perpendiculaire à l’axe X. Les panneaux 10 présentent une zone médiane 101 de leur largeur où l’épaisseur e10 est sensiblement constante, et deux zones latérales 103a et 103b chacune situées du côté d’un bord 10a, 10b respectif qui présentent une épaisseur évolutive. La zone 101 est située entre les zones 103a, 103b. La zone 103a relie la zone 101 au bord 10a, et la zone 103b relie la zone 101 au bord 10b. Plus précisément, les zones 103a, 103b présentent un amincissement d’épaisseur en direction du bord associé 10a, 10b. L’épaisseur e10 peut être strictement décroissante en direction du bord 10a, 10b. L’épaisseur e10 est minimale sur les bords 10a, 10b et maximale sur la zone médiane 101. Les panneaux 10 présentent un biseau sur leurs bords 10a, 10b. Les panneaux 10 ont, en section transversale par rapport à l’axe X, une forme effilée en direction de leurs bords 10a, 10b. Les zones 103a et 103b occupent conjointement au moins 5 %, par exemple au moins 50%, de la dimension DY du panneau 10. Sauf mention contraire, la dimension DY correspond à la longueur de l’arc de courbe reliant le bord 10a au bord 10b. L’amincissement d’épaisseur conduit à une diminution de l’épaisseur e10 d’au moins 50 %, par exemple d’au moins 90%. Cette diminution de l’épaisseur e10 est par exemple comprise entre 50 % et 95 %, voire entre 90% et 95%. La représente, de manière schématique, un amincissement de l’épaisseur du panneau 10 en direction d’un bord 10b lié à la présence d’une quantité décroissante de plis superposés PS en direction du bord 10b. L’angle α de biseau, correspondant à l’angle pris localement sur le bord 10b, peut avantageusement être inférieur ou égal à 1,5°, de sorte à améliorer davantage encore le lissage des efforts.
La suite s’attache à décrire, en lien avec les figures 3 à 7, la juxtaposition de ces panneaux 10 pour former le cylindre 100 sectorisé. Les raidisseurs 12 et secteurs 14 de cadre n’ont pas été représentés sur les figures 4 à 7.
La illustre la juxtaposition de deux panneaux 10 voisins autour de l’axe X. Les deux panneaux 10 illustrés ont la même structure et les mêmes références sont conservées par rapport à ce qui vient d’être décrit. Les panneaux 10 se recouvrent ici partiellement. Les panneaux présentent un amincissement d’épaisseur sur leur zone de recouvrement ZR10, c’est-à-dire que la zone 103b du premier panneau 10 est recouverte par la zone 103a du deuxième panneau 10 voisin. Le bord 10b du premier panneau 10 est superposé avec le deuxième panneau 10 voisin, et le bord 10a du deuxième panneau 10 est superposé avec le premier panneau. Les raidisseurs 12 et secteurs de cadre 14 du deuxième panneau 10 recouvrent la zone 19 du premier panneau 10. L’extension 15 des secteurs de cadre 14 du deuxième panneau 10 se prolonge sur la zone 101 du premier panneau et se positionne de manière adjacente et dans le prolongement des secteurs de cadre 14 du premier panneau. L’extension 15 se prolonge au-delà de la zone ZR10 de recouvrement, qui correspond ici à la zone de jonction entre les panneaux 10. L’extension 15 est assemblée avec les secteurs de cadre 14 du premier panneau 10 par des techniques connues en soi, par exemple par recouvrement, soyage ou éclissage. Cet assemblage peut être réalisé en dehors de la zone ZR10. La illustre un exemple d’un tel assemblage où une éclisse 14a, présente en dehors de la zone ZR10, raccorde les secteurs 14 de cadre des premier et deuxième panneaux 10. L’éclisse 14a peut également comprendre un matériau thermoplastique de sorte à assurer sa soudure aux secteurs 14 de cadre durant la co-consolidation.
Le circuit 20 est frigoporteur pour le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau dans les échangeurs 110, 112, cette récupération d’énergie froide associée au dégivrage du CO 2 , constitue le gain direct.
La description suivante est effectuée en suivant la circulation du fluide de transfert le long du circuit 20, lors du dégivrage du CO 2 .
En sortie d’un échangeur 5 du circuit frigorifique 50, la température mesurée par une sonde 141 est avantageusement de -5°C, température permettant le dégivrage du CO 2 .
L’électrovanne 203 de la branche 201 est ouverte, ainsi que l’électrovanne 221 de la branche 223, l’électrovanne 204 de la branche 202 est fermée ainsi que l’électrovanne 225 de la branche commune 24, puisque l’échangeur 103 est en mode givrage. Le fluide de transfert entre avantageusement à -5°C dans l’échangeur 101, en mode dégivrage, température mesurée par la sonde 122, en entrée de l’échangeur 101, et les électrovannes 121, 1110 et 204 sont fermées.
L’échangeur 101, au début du dégivrage, est avantageusement à une température moyenne de -110°C, et l’enceinte 100 a été mise sous vide au début du cycle de dégivrage du CO 2 .
Le fluide de transfert se refroidit en réchauffant l’échangeur, le CO 2 se sublime, la pression dans l’enceinte monte avantageusement progressivement jusqu’à 520 kPa, qui est la pression du point triple du CO 2 , alors le CO 2 passe de la phase solide à la phase gaz à -56°C.
Le fluide de transfert sort par la branche 223, via l’électrovanne 221, et rejoint le réservoir 28 via la ligne commune 24.
Compte tenu du fait que la sublimation du CO 2 de -120°C à - 56°C représente un tiers de l’énergie de fusion, la température moyenne du fluide de transfert dans le réservoir 28 est de l’ordre de -62°C, mesurée par deux sondes 2210 et 2311, ces deux sondes 2210, 2311 étant respectivement placées en entrée en sortie du réservoir 28.
Le stockage du fluide de transfert dans le réservoir 28 assure un débit stable du caloporteur / frigoporteur pour les opérations de givrage des échangeurs 110 ou 112.
L’électrovanne 231 étant ouverte, le fluide de transfert sortant du réservoir 28 via la branche 23 devient alors un frigoporteur.
Ce fluide rejoint la branche 19 et va refroidir l’échangeur 110 car l’électrovanne 1118 de la branche 29 est ouverte et l’électrovanne 1119 de la branche 21 est fermée.
L’échangeur 110 est avantageusement un échangeur tubes – ailettes, où les fumées circulant sur les ailettes se refroidissent de 2°C, température mesurée par la sonde 71, jusqu’à avantageusement -52°C, température mesurée par la sonde 73.
Le frigoporteur, circulant dans les tubes, entre avantageusement à -64°C, température mesurée par la sonde 131, et sort avantageusement à -5°C, température mesurée par la sonde 133, et rejoint la branche 25 via la vanne de régulation 216 qui est ouverte, la vanne de régulation 215 étant fermée.
Le caloporteur / frigoporteur rejoint la pompe 2 via la ligne 26 et dans ce cas de fonctionnement, l’échangeur 5 n’a pas besoin de refroidir le fluide caloporteur / frigoporteur.
Le circuit frigoporteur/ caloporteur 20 récupère l’énergie froide du dégivrage du CO 2 et transfère cette énergie pour le refroidissement des fumées de 2°C à -52°C.
Avantageusement, dès que la concentration volumique de CO 2 est égale ou supérieure à 21,5% dans le mélange de gaz à traiter, le débit thermique du caloporteur / frigoporteur provenant de l’énergie froide récupérée sur le dégivrage du CO 2 est suffisant pour assurer tout le besoin frigorifique.
Dans une première variante, , une temporisation, étape 31, est déclenchée par la détection de la vitre 3 ouverte, étape 23. À la fin de la temporisation, si la vitre est toujours détectée en position ouverte, étape 33, alors la climatisation est arrêtée, étape 25, sinon le procédé retourne à l’étape de surveillance 23. La temporisation est d’une durée prédéterminée choisie pour éviter des arrêts suivis de redémarrages rapides qui usent la climatisation et qui ont plutôt pour effet d’engendrer des surconsommations d’énergie. Par exemple, la durée peut être choisie de 1 à 5 minutes. Cela permet, par exemple, à l’utilisateur de baisser sa vitre pour payer un péage ou un parking sans enclencher l’arrêt de la climatisation.
Dans une seconde variante, , le système comprend en outre, connectés au contrôleur 7, un thermomètre 41 pour mesurer la température extérieure au véhicule et un capteur 43 de la vitesse du véhicule.
Le contrôleur 7 est également connecté à une interface 45 permettant en particulier de communiquer des informations à l’utilisateur par voie visuelle ou sonore.
Le système comprend alors les étapes supplémentaires suivantes, .
Le contrôleur fait, étape 51, le calcul des consommations d’énergie pour deux situations : une première situation avec la climatisation à l’arrêt et la vitre ouverte et une seconde situation avec la climatisation en marche et la vitre fermée. Ce calcul est fait en prenant comme paramètres d’entrée la vitesse du véhicule et la température extérieure au véhicule et, éventuellement la température de consigne de la climatisation.
À l’étape 53, il compare les deux résultats et si le calcul montre que la seconde situation est plus économe en énergie, il envoie un message, étape 55, à l’interface 45 pour conseiller à l’utilisateur de fermer la vitre et de mettre en route la climatisation.
En effet, au-dessus d’une certaine vitesse, les turbulences générées par des vitres ouvertes créent des forces de freinage aérodynamique qui augmentent la consommation d’énergie de propulsion, cette augmentation de consommation pouvant devenir supérieure à la consommation de la climatisation.
En considérant la température extérieure, lorsque celle-ci est très élevée, il peut être à l’inverse plus avantageux de créer un rafraichissement par convection en laissant les vitres ouvertes.
Ce calcul peut être préparé pendant le développement du véhicule en utilisant des simulations et des modélisations de sorte que le contrôleur se limite à la lecture d’une table à deux entrées, température extérieure et vitesse.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, il est indiqué que la vitre est considérée en position ouverte, quel que soit son degré d’ouverture. Il est également possible de considérer différents degrés d’ouverture et de définir un seuil d’ouverture à partir duquel le système considère la vitre comme ouverte. Par exemple, le système peut considérer qu’une vitre ouverte avec un entrebâillement de quelques millimètres est en position fermée.
L’ouvrant peut être un autre élément du véhicule automobile qu’une vitre, si cet élément peut avoir une position fermée et une position ouverte sur l’extérieur pendant le fonctionnement du véhicule automobile. Par exemple, l’ouvrant peut être un toit ouvrant.
L’agencement qui vient d’être décrit peut s’appliquer à chaque couple de panneaux voisins 10 juxtaposés pour former le cylindre sectorisé. D’une manière générale, les zones de recouvrement entre panneaux voisins peuvent occuper au moins 5 %, par exemple au moins 30 % du périmètre du cylindre sectorisé. Le fait d’avoir des zones de recouvrement étalées permet d’améliorer davantage encore les propriétés mécaniques de la pièce obtenue. En particulier lorsque tous les panneaux sont assemblés pour former le cylindre sectorisé, la réunion des secteurs de cadre 14 de chacun des panneaux définit une pluralité de cadres circonférentiels à 360°.
Les figures 4 à 7 montrent différentes variantes de juxtaposition des panneaux 10 pour former le cylindre 100 sectorisé. Le cylindre 100 est un cylindre d’axe X avec des panneaux juxtaposés autour de cet axe. L’axe X correspond à l’axe de révolution du cylindre.
Dans la variante de la , le cylindre 100 est formé par tuilage de tous les panneaux 10, c’est-à-dire que chacun des panneaux présente un premier bord 10b recouvrant (au-dessus) un premier panneau voisin, et un deuxième bord 10a, opposé au premier bord 10b, recouvert (en-dessous) par un deuxième panneau voisin, opposé au premier panneau voisin. On note en particulier l’amincissement d’épaisseur des panneaux 10 voisins sur leur zone ZR10 de recouvrement en direction de leurs bords 10a, 10b.
Le cas de panneaux 10 biseautés, présentant un amincissement d’épaisseur sur leur zone de recouvrement, vient d’être décrit. On notera que l’on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque les panneaux ont des côtés droits, ou présentant un soyage (qui permettra de faire un assemblage par recouvrement).
La suite s’attache à décrire le positionnement dans l’outillage de moulage sous vide. Une cinématique possible pour le montage de l’outillage 30 de moulage sous vide et le positionnement de l’assemblage précurseur va, à présent, être détaillée en lien avec la . Sur cette figure, ainsi que sur les figures 9 et 10, les épaisseurs relatives ainsi que les espacements entre les différents éléments n’ont pas été rigoureusement respectés pour des raisons de lisibilité.
Une bâche à vide 34 est initialement placée sur une partie 32 de positionnement. La partie 32 est de conception beaucoup plus simple qu’une surface de moulage dans la mesure où elle est simplement utilisée pour le positionnement des éléments. Elle est, par conséquent, plus facilement démontable. La partie 32 est supportée par un arbre 36 qui s’étend le long de l’axe X qui correspond à l’axe X des panneaux 10 et du cylindre 100, qui a été décrit précédemment. La partie 32 peut avoir une structure aérée, par exemple en treillis, ou comporter une pluralité d’éléments de positionnement rétractables fixés à l’arbre. La partie 32 peut, comme illustré, avoir généralement la forme de la pièce à obtenir. La bâche 34 recouvre la partie 32. La bâche 34 peut être en matériau élastomérique, renforcé ou non, et constitue un élément connu en soi.
On positionne ensuite des couronnes 40 de positionnement aux extrémités 361, 363 de l’arbre 36 qui définissent une surface 42 de positionnement cylindrique destinée à guider la partie 60 externe de moulage lors de son positionnement.
Les panneaux 10 sont ensuite positionnés et juxtaposés, de la manière décrite plus haut, de sorte à former le cylindre 100 précurseur de la pièce à obtenir. Le cylindre 100 est positionné autour de la partie 32 (et de la bâche 34). Dans l’exemple illustré, chaque panneau 10 porte une pluralité de secteurs 14 de cadre et une pluralité de raidisseurs 12. La partie 32 peut définir des logements, par exemple sous la forme de cavités débouchant en surface de la partie 32, dans lesquels les éléments de raidissement 12, 14 sont positionnés. Les éléments de raidissement 12, 14 peuvent être en appui sur une paroi définissant les cavités, ou sur un élément de positionnement présent dans celles-ci, pour aider à leur placement dans l’outillage 30.
Le cylindre 100 délimite un volume V interne de la pièce à obtenir. Le cylindre 100 est en matériau fibreux pré-imprégné thermoplastique. Les éléments de raidissement 12, 14 sont assemblés sur une surface interne S1 du cylindre 100. Dans l’exemple illustré, les raidisseurs 12 portés par le cylindre 100 peuvent être régulièrement espacés le long d’une direction circonférentielle, autour de l’axe X. De manière similaire, les secteurs 14 de cadre portés par le cylindre 100 peuvent être régulièrement espacés le long de l’axe X. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention lorsque ces espacements ne sont pas réguliers, le positionnement des éléments de raidissement étant ajusté en fonction de la pièce et des sollicitations qu’elle subit en fonctionnement.
Dans l’exemple illustré, le cylindre 100 présente un diamètre supérieur à sa dimension selon l’axe X. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention lorsque l’invention est appliquée à la formation de pièces ayant une forme allongée le long de l’axe X, par exemple de longueur d’au moins dix mètres.
On positionne ensuite la partie 60 externe de moulage qui est à la forme de la pièce à obtenir et qui vient entourer le cylindre 100. Le cylindre 100 est situé à l’intérieur de la partie 60. La partie 60 est située autour du cylindre 100. Comme illustré, la partie 60 s’étend d’une couronne 40 à l’autre. Elle vient en regard de la surface 42. Une surface interne S1 du cylindre 100 est située du côté de la bâche 34 (et délimite le volume V interne), et une surface externe S2 du cylindre 100 est située du côté de la partie 60. Dans l’exemple illustré, l’arbre 36, ainsi que l’outillage 30, sont orientés verticalement mais la personne du métier reconnaîtra que l’invention peut s’appliquer à un outillage 30 s’étendant horizontalement. Auquel cas, il peut s’avérer utile de munir la partie de moulage de raidisseurs sur sa face opposée à l’assemblage afin qu’elle conserve sa forme en particulier si la fabrication d’une pièce de longueur conséquente est envisagée.
Les joints d’étanchéité 52 entre la bâche 34 et la partie 60 sont ensuite réalisés.