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WO2013178917A1 - Panneau composite auto-raidi et procede de realisation - Google Patents

Panneau composite auto-raidi et procede de realisation Download PDF

Info

Publication number
WO2013178917A1
WO2013178917A1 PCT/FR2013/051159 FR2013051159W WO2013178917A1 WO 2013178917 A1 WO2013178917 A1 WO 2013178917A1 FR 2013051159 W FR2013051159 W FR 2013051159W WO 2013178917 A1 WO2013178917 A1 WO 2013178917A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stiffeners
insert
outer skin
matrix
fiber layers
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/051159
Other languages
English (en)
Inventor
Dominique Guittard
Mathieu Lannuzel
Philippe Blot
Gilles Bezard
Original Assignee
Airbus Operations
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations filed Critical Airbus Operations
Priority to CA2874937A priority Critical patent/CA2874937C/fr
Priority to GB1421210.4A priority patent/GB2520438B/en
Priority to RU2014152719A priority patent/RU2014152719A/ru
Priority to CN201380034292.4A priority patent/CN104428127A/zh
Publication of WO2013178917A1 publication Critical patent/WO2013178917A1/fr
Priority to US14/557,074 priority patent/US10105938B2/en

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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T156/1002—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina
    • Y10T156/1028—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina by bending, drawing or stretch forming sheet to assume shape of configured lamina while in contact therewith

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a panel comprising elements increasing its rigidity and a device for implementing such a method.
  • the invention relates more particularly to a method of producing a composite material panel of the type called "self-stiffened", intended for example, to be applied to the fuselage, a structural box or a wing of an aircraft.
  • a self-stiffened panel consists mainly of a flat or curved outer skin on which stiffeners perpendicular to the plane of the panel are reported, to improve the resistance of this plate to the mechanical stresses applied to it.
  • Each stiffener is an elongated element whose transverse vertical section is L, T or U-shaped.
  • the stiffener thus comprises a horizontal portion which is parallel and is fixed to the outer skin, and one or more vertical longitudinal portions which are perpendicular to the main plane of the outer skin.
  • the outer skin and the stiffeners are made of composite material; they comprise fibers in at least one material, called reinforcement, which are bonded together by a matrix such as a resin.
  • a conventional method for producing such a self-stiffened panel is to position the outer skin on a molding support, then to set up skins for forming the preformed stiffeners on the outer skin. The whole is covered by a vacuum bag to form a vacuum around the skins. Then, wedging means are arranged on the vacuum bag to hold in place the vertical portions of the stiffeners.
  • the assembly is put in place in an oven to carry out the polymerization of the resin.
  • the outer skin and the skins intended to form the stiffeners are pre-impregnated with resin.
  • the establishment of the skins for forming the stiffeners is effected by means of preforms, or inserts, which are then removed, before the introduction of the air bag, and then wedging means.
  • the introduction of the vacuum bag and wedging means can deform the vertical portions of the stiffeners.
  • the invention aims to provide a method and a device for obtaining a self-stiffened panel for which the vertical portions of the stiffeners are properly flat to optimize the quality of the panel.
  • the invention proposes a method of producing a self-stiffened composite panel comprising an outer skin and stiffeners, each stiffener comprising a stiffener binding portion to the outer skin, and at least one portion protruding from the portion link,
  • the method comprises a step of draping fiber layers intended to form the stiffeners on at least one insert of shape complementary to the final shape of the stiffeners, so that each layer of fiber intended to form a stiffener comprises a portion binding and a portion projecting downwards relative to the connecting portion, a step of draping a layer of fibers intended to form the outer skin on the layers of fibers intended to form the stiffeners, and a step of simultaneously joining together all the layers fiber.
  • each vertical portion of a fiber layer forming a stiffener on an insert makes it easier to keep them in shape during the joining step, which makes it possible to obtain a panel comprising stiffeners of relatively precise shape.
  • the step of draping the layers of fibers on said at least one insert is followed by a step of positioning each insert covered by the associated layer of fibers on a molding support.
  • the step of positioning the stiffeners is to position the inserts covered by the fiber layers adjacent to each other.
  • the fiber layers are intended to be bonded to each other by a matrix, and during the draping and positioning stages, the fiber layers are not matrix impregnated and the bonding step comprises an injection phase. of said matrix and then a hardening phase of said matrix.
  • the step of injecting the matrix consists of injecting the matrix from bottom to top.
  • the step of joining consists of positioning at least one of a demolding fabric, an air drainage felt, a smoothing sheet and a vacuum bag on the layer of fibers intended to form the outer skin. before the injection phase of said matrix.
  • the panel comprises metal accessories attached to the stiffeners and / or the outer skin
  • the method comprises a step of placing the accessories simultaneously to the draping step of the fiber layers for forming the stiffeners.
  • the invention also proposes a device for implementing a method according to the invention which comprises a molding support on which the fiber layers for forming the stiffeners and the outer skin are draped, via inserts, characterized in that it comprises positioning means longitudinally and / or transversely of each insert on the support.
  • the positioning of the inserts on the molding support makes it possible to obtain a good transverse position and a parallelism of the vertical portions of the stiffeners.
  • said positioning means consist of a key system.
  • the support comprises a horizontal upper face which comprises grooves cooperating with the positioning means of each insert and the injection orifices of a binding matrix of the fiber layers.
  • each insert is of parallelepipedal shape of longitudinal main orientation and of rectangular section in a transverse vertical plane.
  • the support is made of a low coefficient of expansion material.
  • each insert is made of a material with a high coefficient of expansion.
  • the device comprises positioning means longitudinally and / or transversely of each accessory on the support.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a self-stiffened composite panel comprising stiffeners and which is adapted to be produced according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of a support on which the fiber layers intended to form the composite panel shown in FIG. 1 are intended to be draped;
  • FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 2, in which an insert covered by an associated layer of fibers, intended to form a stiffener, is positioned on the support;
  • FIG. 4 is a view similar to that of FIG. 3, in which all the inserts covered with their associated fiber layers are put in place on the support
  • FIG. 5 is a section along a transverse vertical plane of the installation before injection of the matrix
  • FIG. 6 is a schematic perspective view from below of a self-stiffened composite panel made according to the invention, comprising stiffeners and metal accessories.
  • Orientation from top to bottom will also be adopted as the orientation following Earth's gravity.
  • the vertical orientation V of the reference L, V, T can be confused with the orientation according to Earth's gravity, as shown by way of non-limiting example.
  • the vertical direction V of the reference L, V, T may be inclined with respect to the orientation according to the Earth's gravity.
  • FIG. 1 shows a panel 10 of the self-stiffened type, which comprises an outer skin 12 and a plurality of stiffeners 14.
  • the outer skin 12 and the stiffeners 14 are made of composite material, that is to say they comprise fibers of at least one material, called reinforcement, which are bonded together by a matrix such as a resin.
  • the panel 10 has, for example, the purpose of forming a part of the fuselage or wing of an aircraft, the outer skin 12 has an outer face 12a which is located outside the aircraft and the stiffeners are located inside the fuselage of the aircraft.
  • the panel 10 is shown in the form of a substantially horizontal flat plate, that is to say extending in a transverse longitudinal plane. It will be understood that the invention is not limited to this form of the panel 10, which may consist of a curved plate and / or curved.
  • the panel 10 is shown in a longitudinal main transverse orientation. It will be understood that the panel 10 can have any other orientation without departing from the scope of the invention.
  • the stiffeners 14 are intended to be arranged inside the fuselage, they are thus located on the inner side of the panel 10. Each stiffener 14 is furthermore made in such a way that it comprises an inwardly protruding portion with respect to an inner face 12b of the outer skin 12.
  • Each stiffener 14 consists of an elongate element which extends in a longitudinal main direction. Since it protrudes vertically from the inner skin, it imparts extra stiffness to the flexion of the outer skin 12.
  • each stiffener 14 in a transverse vertical plane, is L-shaped, T-shaped or U-shaped.
  • Each stiffener 14 comprises a stiffener connection portion 18. to the outer skin which is of transverse longitudinal orientation and which is contiguous to the inner face 12b of the outer skin 12.
  • Each stiffener 14 also comprises at least one protruding portion 16, which extends here longitudinally vertically and which protrudes vertically downwardly relative to the connecting portion 18, away from the outer skin 12, from an associated lateral edge of the connecting portion 18.
  • the stiffeners 14 are arranged adjacent to each other, they are distributed transversely on the outer skin 12 and are placed transversely to one another at their projecting portions 16.
  • each protruding portion 16 of a stiffener 14 is contiguous to a projecting portion 16 associated with an adjacent stiffener 14.
  • stiffeners 14 having an L-shaped section are disposed at the lateral ends of the panel 12 and their only protruding portion 16 is contiguous to a projecting portion 16 associated with an adjacent stiffener 14.
  • FIG. 2 shows a support 20 on which the panel 10 is intended to be formed.
  • This support 20 also called “marble”, consists of a horizontally horizontal parallelepipedic element, it comprises a horizontal upper face 20s on which different layers of fibers are successively put in place to form the panel 10.
  • FIGS. 3 and following show successive steps of implementation of the method of producing the panel 10 by a device for implementing said method.
  • the panel 10 is made by a method consisting of draping, that is to say successively putting in place layers of fibers intended to form the outer skin 12 and the stiffeners 14 and then joining them together by hardening the matrix.
  • fiber layers 24 intended to form the stiffeners 14 are draped before the fiber layer 22 intended to form the outer skin of the panel 10. Also, each layer of fibers 24 intended to form a stiffener 14 is put into place. shape so as to have the same shape as the stiffener 14 that it is intended to form.
  • Each layer of fiber 24 intended to form a stiffener thus comprises a connecting portion 28 intended to form the connecting portion 18 of the stiffener 14 and at least one vertical longitudinal protruding portion 26 protruding downwardly from an edge of the associated connecting portion 28, which is intended to form a projecting portion 16 of the stiffener 14.
  • the device comprises an insert 30 on which said fiber layer 24 intended to form a stiffener 14 is draped.
  • This insert 30 is of complementary shape to the final shape of the stiffener 14 to obtain, that is to say here, that the section of the insert 30 in a transverse vertical plane is rectangular.
  • the insert 30 thus has a horizontal upper wall 32 on which the connecting portion 28 of the fiber layer 24 is placed, and two vertical longitudinal side walls 34 against each of which a projecting portion 26 of the fiber layer 24 is contiguous .
  • the fiber layer 24 is placed on the insert 30 before it is placed on the support 20. This makes it possible to drape the layer of fibers 24 more effectively because the insert 30 is then easily accessible for an operator. Also, the fiber layer 24 is held in place on the insert 30 by the action of Earth's gravity alone, so there is no need for any additional holding device.
  • the assembly formed by the insert 30 and the fiber layer 24 is placed on the support 20.
  • the support 20 and the insert 30 comprise means making it possible to position the insert 30 horizontally with respect to the support 20, and consequently the fiber layer 24 with respect to the support 20.
  • These positioning means here comprise keys which are received in complementary grooves 36 formed in the support 20 and against which keys each insert 30 is longitudinally abutting.
  • the method of manufacturing the panel 10 includes a step of successively draping the fiber layers 24 intended to form the inserts 14, positioning on the support 20 the sets each of which is formed by an insert 30 and the fiber layer 24 associated one after the other. This successive implementation is done by positioning the sets on the support 20 adjacent to each other, that is to say by positioning each set next to a set already in place.
  • Two vertical portions 26 each belonging to a fiber layer 24, are disposed between the two adjacent inserts 30.
  • the transverse distance "e" between two adjacent inserts 30 is defined so that the two vertical portions 26 of the fiber layers 24 are clamped transversely between the two inserts 30.
  • the set of fiber layers 24 intended to form the stiffeners 14 are put in place on the support 20 and each one is maintained in the definitive shape of the stiffener 14 associated via the inserts 30.
  • inserts 30 are made so that all the connecting portions 28 of the fiber layers 24 are located at the same vertical distance from the upper face 20s of the support, that is to say that all the connecting portions 28 of the fiber layers 24 are located in the same horizontal plane.
  • the layer of fibers 22 intended to form the outer skin 12 is draped over the support 20, covering the skins 24 intended to form the stiffeners 14, that is to say by covering the portions of binding 28 fiber layers 24 for forming the stiffeners 14.
  • the connecting portions 28 are all located in the same horizontal plane. They thus define in turn a horizontal plane on which the fiber layer 22 for forming the outer skin 12 is draped. At the end of this posterior step, all the skins 22, 24 intended to form the panel 10 are all placed on the support 20. Each vertical portion of a fiber layer 24 intended to form a stiffener 14 'extends downwards and is held by Earth's gravity in this configuration. There is therefore no risk that it will deform in the rest of the process.
  • the fiber layer 22 intended to form the outer skin 12 which is naturally downwardly supported by the earth's gravity on the connecting portions 28 of the fiber layers 24. As shown in FIG. 22, 24 are then covered by different layers of environmental materials which will be used in a subsequent step of joining the fiber layers 22, 24.
  • These layers of environmental materials consist in particular of a vacuum bag 40 disposed outside the assembly, a fabric 42 facilitating demolding, a fabric or felt 44 of vacuum drainage and systems 46 for emptying under the vacuum bag 40 and a "flat caul" smoothing plate 47 to improve the surface condition of the outer face 12a of the outer skin 12.
  • the method comprises a subsequent step of joining the fibers to obtain the panel.
  • This step consists in injecting a resin to bind the fibers of the different layers 22, 24 together and bind the fiber layers 22, 24 together.
  • the resin is injected from the support 20, from the bottom to the top.
  • the fiber layers 22, 24 are impregnated from the free lower ends of their protruding portions to the fiber layer 22 for forming the outer skin 12, flowing between two adjacent inserts 30, space defined by their side walls 34 vis-à-vis, between which the vertical portions 26 of the fiber layers 24 are received.
  • the support 20 comprises resin injection orifices 48 which open into the upper horizontal face 20s of the support 20.
  • these orifices open into the grooves 36 allowing transverse positioning of the inserts 30 on the support 20.
  • the positioning of the grooves 36 on the support 20 is defined so that the keys cooperating with the inserts 30 are located at the side walls 34 of the inserts 30.
  • the longitudinal grooves 36 are located transversely at the level of the projecting vertical portions 26 of the fiber layers 24.
  • the resin After the resin has been completely injected and the air has been removed, the resin is cured, for example under an oven.
  • the support 20 is made of a material having a low coefficient of thermal expansion, which makes it possible to limit its dimensional variations.
  • the material constituting the support 20 is an alloy of iron and nickel, known under the name "Invar”.
  • the inserts 30 are made of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion, such as for example aluminum.
  • the self-stiffened panel 10 comprises metal accessories 50 which are integrated in the panel 10 during its production.
  • metal accessories 50 such as for example compression fittings, in particular make it possible to form supports on which components of the aircraft will subsequently be mounted.
  • the accessories 50 are put in place on the inserts 30 or on specific inserts simultaneously with the step of placing the fiber layers 22, 24, and preferably simultaneously with the placing step. in place of the fiber layers 24 for forming the stiffeners 14 on the inserts 30.
  • the inserts 30 are able to carry the accessories 50, for their positioning relative to the fiber layers 22, 24 and relative to the support 20.
  • each insert 30 has recesses (not shown) able to partially receive the accessories 50.
  • each accessory 50 consists of a compression fitting comprising a transverse longitudinal wall 52 which is situated in the same plane as the connecting portion 18 of the associated stiffener 14, two vertical longitudinal lateral portions 54 each of which is located in a plane of a protruding portion 16 of the stiffener 14, and a transverse vertical portion 56 connected to the longitudinal ends of the other portions 52, 54 of the fitting 50.
  • the fitting 50 is located here at a longitudinal end of the panel 10. Thus, when it is put in place, the fitting 50 covers a longitudinal end of the associated insert 30.
  • the invention is not limited to a panel 10 comprising only stiffeners 14 having vertical longitudinal protruding portions 16 and that the panel may also comprise stiffeners 14 having transverse vertical protruding portions.
  • the method of manufacturing a panel comprising such stiffeners 14 is similar to the method just described and the device is adapted to these transverse vertical protruding portions.
  • the device comprises a plurality of longitudinally aligned inserts 30 which are offset longitudinally to allow forming the transverse vertical protruding portions.
  • the insert further comprises transverse grooves 60 shown in Figure 2, which allow the longitudinal positioning of the inserts 20 on the support 30 and in which injection ports open for the injection of the resin.

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Abstract

L'invention propose un procédé de réalisation d'un panneau comportant une peau externe et des raidisseurs comportant une portion (18) de liaison, et au moins une portion (16) en saillie, qui comporte une étape de drapage de couches de fibres (24) sur au moins un insert (30) de manière que chaque couche de fibre (24) comporte une portion de liaison (28) et une portion (26) faisant saillie vers le bas par rapport à la portion de liaison (28), une étape de drapage d'une couche de fibres (22) formant la peau externe (12), une étape de solidarisation des couches de fibres (22, 24). L'invention propose aussi un dispositif pour la mise en œuvre du procédé.

Description

PANNEAU COMPOSITE AUTO-RAIDI ET PROCEDE DE REALISATION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de réalisation d'un panneau comportant des éléments augmentant sa rigidité et un dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procédé.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de réalisation d'un panneau en matériau composite du type appelé "auto-raidi", destiné par exemple, à être appliqué au fuselage, à un caisson structural ou à une aile d'un aéronef.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un panneau auto-raidi consiste principalement en une peau extérieure plane ou cintrée sur laquelle des raidisseurs perpendiculaires au plan du panneau sont rapportés, afin d'améliorer la résistance de cette plaque aux sollicitations mécaniques qui lui sont appliquées.
Chaque raidisseur est un élément allongé dont la section verticale transversale est en forme de L, de T ou de U. Le raidisseur comporte ainsi une portion horizontale qui est parallèle et est fixée à la peau externe, et une ou plusieurs portions longitudinales verticales qui sont perpendiculaires au plan principal de la peau extérieure.
Selon un mode de réalisation connu, la peau externe et les raidisseurs sont réalisés en matériau composite ; ils comprennent des fibres en au moins un matériau, appelées renfort, qui sont liées entre elles par une matrice telle qu'une résine.
Un procédé de réalisation conventionnel pour réaliser un tel panneau auto-raidi consiste à positionner la peau externe sur un support de moulage, puis à mettre en place des peaux destinées à former les raidisseurs préformés sur la peau externe. L'ensemble est recouvert par un sac à vide permettant de former un vide d'air autour des peaux. Ensuite, des moyens de calage sont disposés dessus le sac à vide pour maintenir en place les portions verticales des raidisseurs.
L'assemblage est mis en place dans une étuve pour réaliser la polymérisation de la résine.
Lors de leur mise en place, la peau externe et les peaux destinées à former les raidisseurs sont pré-imprégnés de résine.
La mise en place des peaux destinées à former les raidisseurs s'effectue par l'intermédiaire de préformes, ou inserts, qui sont ensuite retirés, avant la mise en place de la poche à air, puis des moyens de calage.
Avant que les moyens de calage soient mis en place, aucun dispositif ne maintient correctement les portions verticales des raidisseurs. Celles-ci peuvent donc se déformer, et cette déformation se retrouvera sur le panneau fini.
Aussi, la mise en place du sac à vide et des moyens de calage peuvent déformer les portions verticales des raidisseurs.
Enfin, un tel procédé oblige le personnel d'intervenir au-dessus du support pour un bon positionnement des différents éléments, rendant le travail relativement difficile pour la réalisation de panneaux de grandes dimensions.
L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif permettant d'obtenir un panneau auto-raidi pour lequel les portions verticales des raidisseurs sont correctement planes, afin d'optimiser la qualité du panneau.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention propose un procédé de réalisation d'un panneau composite auto-raidi comportant une peau externe et des raidisseurs, chaque raidisseur comportant une portion de liaison du raidisseur à la peau externe, et au moins une portion faisant saillie par rapport à la portion de liaison,
caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de drapage de couches de fibres destinées à former les raidisseurs sur au moins un insert de forme complémentaire à la forme définitive des raidisseurs, de manière que chaque couche de fibre destinée à former un raidisseur comporte une portion de liaison et une portion faisant saillie vers le bas par rapport à la portion de liaison, une étape de drapage d'une couche de fibres destinée à former la peau externe sur les couches de fibres destinées à former les raidisseurs, et une étape consistant à solidariser simultanément toutes les couches de fibres.
Le positionnement de chaque portion verticale d'une couche de fibre formant un raidisseur sur un insert permet de faciliter leur maintien en forme lors de l'étape de solidarisation, ce qui permet d'obtenir un panneau comportant des raidisseurs de forme relativement précise.
De préférence, l'étape de drapage des couches de fibres sur ledit au moins un insert est suivie d'une étape de positionnement de chaque insert recouvert par la couche de fibres associée sur un support de moulage.
De préférence, l'étape de positionnement des raidisseurs consiste à positionner les inserts recouvert par les couches de fibres de manière adjacente les uns des autres.
De préférence, les couches de fibres sont destinées à être liées entre elles par une matrice, et lors des étapes de drapage et de positionnement, les couches de fibres ne sont pas imprégnées de matrice et l'étape de solidarisation comporte une phase d'injection de ladite matrice puis une phase de durcissement de ladite matrice.
De préférence, l'étape d'injection de la matrice consiste à injecter la matrice du bas vers le haut.
De préférence, l'étape de solidarisation consiste à positionner au moins l'un parmi un tissus de démoulage, un feutre de drainage d'air, une tôle de lissage et un sac à vide sur la couche de fibres destinée à former la peau externe avant la phase d'injection de ladite matrice.
De préférence, le panneau comporte des accessoires métalliques fixés aux raidisseurs et/ou à la peau externe, et le procédé comporte une étape de mise en place des accessoires simultanée à l'étape de drapage des couches de fibres destinées à former les raidisseurs.
L'invention propose aussi un dispositif de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention qui comporte un support de moulage sur lequel les couches de fibres destinées à former les raidisseurs et la peau externe sont drapées, par l'intermédiaire d'inserts, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement longitudinalement et/ou transversalement de chaque insert sur le support.
Le positionnement des inserts sur le support de moulage permet d'obtenir une bonne position transversale et un parallélisme des portions verticales des raidisseurs.
Aussi, il est possible d'utiliser des inserts de formes et de dimensions différentes sur un même insert, pour réaliser un autre panneau ayant des dimensions différentes.
De préférence, lesdits moyens de positionnement consistent en un système à clavettes.
De préférence, le support comporte une face supérieure horizontale qui comporte des rainures coopérant avec les moyens de positionnement de chaque insert et des orifices d'injection d'une matrice de liaison des couches de fibres.
De préférence, chaque insert est de forme parallélépipédique d'orientation principale longitudinale et de section rectangulaire selon un plan vertical transversal.
De préférence, le support est réalisé en un matériau à faible coefficient de dilatation.
De préférence, chaque insert est réa lisé en matériau à fort coefficient de dilatation.
De préférence, le dispositif comporte des moyens de positionnement longitudinalement et/ou transversalement de chaque accessoire sur le support.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un panneau composite auto-raidi comportant des raidisseurs et qui est apte à être réalisé conformément à l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique d'un support sur lequel les couches de fibres destinées à former le panneau composite représenté à la figure 1 sont destinées à être drapées ;
- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, dans laquelle un insert recouvert par une couche de fibres associée, destinée à former un raidisseur, est positionné sur le support ;
- la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, dans laquelle tous les inserts recouverts de leurs couches de fibres associées sont mis en place sur le support
- la figure 5 est une section selon un plan vertical transversal de l'installation avant l'injection de la matrice ;
- la figure 6 est une représentation schématique en perspective vue de dessous d'un panneau composite auto-raidi réalisé selon l'invention, comportant des raidisseurs et des accessoires métalliques.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif les orientations longitudinale, verticale et transversale selon le repère L, V, T indiqué à la figure 1.
On adoptera aussi l'orientation de haut en bas comme étant l'orientation suivant la gravité terrestre. Il sera compris que l'orientation verticale V du repère L, V, T peut être confondue avec l'orientation selon la gravité terrestre, comme représenté à titre d'exemple non limitatif. Ainsi, il sera compris qu'à titre de variante de l'invention qui va être décrite, la direction verticale V du repère L, V, T peut être inclinée par rapport à l'orientation selon la gravité terrestre.
Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 un panneau 10 du type auto-raidi, qui comporte une peau externe 12 et une pluralité de raidisseurs 14.
La peau externe 12 et les raidisseurs 14 sont réalisés en matériau composite, c'est-à-dire qu'ils comportent des fibres en au moins un matériau, appelées renfort, qui sont liées entre elles par une matrice telle qu'une résine.
Le panneau 10 a, par exemple, pour but de former une partie du fuselage ou d'une aile d'un aéronef, la peau externe 12 comporte une face externe 12a qui est située à l'extérieur de l'aéronef et les raidisseurs sont situés à l'intérieur du fuselage de l'aéronef.
Ici, le panneau 10 est représenté sous la forme d'une plaque plane sensiblement horizontale, c'est-à-dire s'étendant dans un plan longitudinal transversal. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette forme du panneau 10, qui peut consister en une plaque cintrée et/ou courbée.
Aussi, pour faciliter la compréhension de l'invention, le panneau 10 est représenté selon une orientation principale longitudinale transversale. Il sera compris que le panneau 10 peut avoir toute autre orientation sans sortir du domaine de l'invention.
Les raidisseurs 14 sont destinés à être agencés à l'intérieur du fuselage, ils sont donc situés du côté interne du panneau 10. Chaque raidisseur 14 est en outre réalisé de manière qu'il comporte une portion faisant saillie vers l'intérieur par rapport à une face interne 12b de la peau externe 12.
Chaque raidisseur 14 consiste en un élément allongé qui s'étend selon une direction principale longitudinale. Puisqu'il fait saillie verticalement par rapport à la peau interne, il confère une raideur supplémentaire à la flexion à la peau externe 12.
Comme on peut le voir à la figure 1, la section de chaque raidisseur 14, selon un plan vertical transversal est en forme de L, en forme de T ou en forme de U. Chaque raidisseur 14 comporte une portion 18 de liaison du raidisseur 14 à la peau externe qui est d'orientation longitudinale transversale et qui est accolée à la face interne 12b de la peau externe 12. Chaque raidisseur 14 comporte aussi au moins une portion 16 en saillie, qui s'étend ici longitudinalement verticalement et qui fait saillie verticalement vers le bas par rapport à la portion de liaison 18, en s'éloignant de la peau externe 12, depuis un bord latéral associé de la portion de liaison 18.
Les raidisseurs 14 sont disposés adjacents les uns aux autres, ils sont répartis transversalement sur la peau externe 12 et sont accolés transversalement les uns aux autres au niveau de leurs portions en saillie 16.
Ainsi, chaque portion en saillie 16 d'un raidisseur 14 est accolée à une portion en saillie 16 associée d'un raidisseur 14 adjacent. Aussi, des raidisseurs 14 ayant une section en forme de L sont disposés au niveau des extrémités latérales du panneau 12 et leur seule portion en saillie 16 est accolée à une portion en saillie 16 associée d'un raidisseur 14 adjacent.
On a représenté à la figure 2 un support 20 sur lequel le panneau 10 est destiné à être formé.
Ce support 20, aussi appelé "marbre", consiste en un élément globalement parallélépipédique horizontal, il comporte une face supérieure horizontale 20s sur laquelle différentes couches de fibres sont successivement mises en place pour former le panneau 10.
On a représenté aux figures 3 et suivantes des étapes successives de mise en œuvre du procédé de réalisation du panneau 10 par un dispositif de mise en œuvre dudit procédé.
Le panneau 10 est réalisé selon un procédé qui consiste à draper, c'est- à-dire à mettre en place successivement des couches de fibres destinées à former la peau externe 12 et les raidisseurs 14 puis à les solidariser entre elles par durcissement de la matrice.
Selon l'invention, des couches de fibres 24 destinées à former les raidisseurs 14 sont drapées avant la couche de fibres 22 destinée à former la peau externe du panneau 10. Aussi, chaque couche de fibres 24 destinée à former un raidisseur 14 est mise en forme de manière à avoir la même forme que le raidisseur 14 qu'elle est destinée à former.
Chaque couche de fibre 24 destinée à former un raidisseur comporte ainsi une portion de liaison 28 destinée à former la portion de liaison 18 du raidisseur 14 et au moins une portion en saillie 26 longitudinale verticale faisant saillie vers le bas depuis un bord de la portion de liaison 28 associée, qui est destinée à former une portion en saillie 16 du raidisseur 14.
Pour maintenir chaque couche de fibres 24 en forme pendant des opérations suivantes de mise en place des autres couches de fibres 22, 24 destinées à former les autres raidisseurs 14 et la peau externe 12, ainsi que pendant l'étape de solidarisation des couches de fibres entre elles, le dispositif comporte un insert 30 sur lequel ladite couche de fibres 24 destinée à former un raidisseur 14 est drapée.
Cet insert 30 est de forme complémentaire de la forme définitive du raidisseur 14 à obtenir, c'est-à-dire ici, que la section de l'insert 30 selon un plan vertical transversal est rectangulaire. L'insert 30 comporte ainsi une paroi supérieure horizontale 32 sur laquelle la portion de liaison 28 de la couche de fibres 24 est posée, et deux parois latérales 34 longitudinales verticales contre chacune desquelles une portion en saillie 26 de la couche de fibres 24 est accolée.
De préférence, la couche de fibres 24 est mise en place sur l'insert 30 avant sa mise en place sur le support 20. Cela permet de draper plus efficacement la couche de fibres 24 car l'insert 30 est alors facile d'accès pour un opérateur. Aussi, la couche de fibres 24 est maintenue en place sur l'insert 30 par la seule action de la gravité terrestre, il n'y a donc besoin d'aucun dispositif de maintien supplémentaire.
L'ensemble formé par l'insert 30 et la couche de fibres 24 est mis en place sur le support 20.
Le support 20 et l'insert 30 comportent des moyens permettant de positionner horizontalement l'insert 30 par rapport au support 20, et par conséquent la couche de fibres 24 par rapport au support 20.
Ces moyens de positionnement comportent ici des clavettes qui sont reçues dans des rainures complémentaires 36 réalisées dans le support 20 et contre lesquelles clavettes chaque insert 30 est en butée longitudinalement.
Le procédé de fabrication du panneau 10 comporte une étape consistant à draper successivement les couches de fibres 24 destinées à former les inserts 14, en positionnant sur le support 20 les ensembles dont chacun est formé par un insert 30 et la couche de fibres 24 associée les uns après les autres. Cette mise en place successive s'effectue en positionnant les ensembles sur le support 20 de manière adjacente les uns des autres, c'est-à-dire en positionnant chaque ensemble à côté d'un ensemble déjà mis en place.
Lorsque deux ensembles adjacents sont mis en place sur le support 20, leurs inserts 30 respectifs sont décalés transversalement l'un par rapport à l'autre et la distance transversale "e" entre ces deux inserts 30 adjacents correspond à la largeur finale d'un raidisseur 14.
Deux portions verticales 26 appartenant chacune à une couche de fibre 24, sont disposées entre les deux inserts 30 adjacents.
Selon un mode de réalisation préféré, la distance transversale "e" entre deux inserts 30 adjacents est définie de manière telle que les deux portions verticales 26 des couches de fibres 24 sont serrées transversalement entre les deux inserts 30.
A l'issue de l'étape de mise en place, comme on peut le voir à la figure 4, l'ensemble des couches de fibres 24 destinées à former les raidisseurs 14 sont mises en place sur le support 20 et chacune est maintenue dans la forme définitive du raidisseur 14 associé par l'intermédiaire des inserts 30.
Selon un autre aspect des inserts 30, ceux-ci sont réalisés pour que toutes les portions de liaison 28 des couches de fibres 24 soient situées à une même distance verticale de la face supérieure 20s du support, c'est-à-dire que toutes les portions de liaison 28 des couches de fibres 24 sont situées dans un même plan horizontal.
Ensuite, selon une étape postérieure, la couche de fibres 22 destinée à former la peau externe 12 est drapée sur le support 20, en recouvrant les peaux 24 destinées à former les raidisseurs 14, c'est-à-dire en recouvrant les portions de liaison 28 des couches de fibres 24 destinées à former les raidisseurs 14.
Comme on l'a dit précédemment, les portions de liaison 28 sont toutes situées dans un même plan horizontal. Elles définissent ainsi à leur tour un plan horizontal sur lequel la couche de fibres 22 destinée à former la peau externe 12 est drapée. A l'issue de cette étape postérieure, l'ensemble des peaux 22, 24 destinées à former le panneau 10 sont toutes mises en place sur le support 20. Chaque portion verticale d'une couche de fibres 24 destinée à former un raidisseur 14 s'étend vers le bas et est maintenue par la gravité terrestre dans cette configuration. Il n'y a donc pas de risque qu'elle se déforme dans la suite du procédé.
Il en est de même pour la couche de fibres 22 destinée à former la peau externe 12 qui s'appuie naturellement vers le bas par la gravité terrestre sur les portions de liaison 28 des couches de fibres 24. Comme représenté à la figure 5 les peaux 22, 24 sont ensuite recouvertes par différentes couches de matériaux d'environnement qui seront utilisées lors de d'une étape ultérieure de solidarisation des couches de fibres 22, 24.
Ces couches de matériaux d'environnement consistent notamment en un sac à vide 40 disposé à l'extérieur de l'ensemble, un tissu 42 facilitant le démoulage, un tissu ou feutre 44 de drainage du vide et des systèmes 46 pour faire le vide sous le sac à vide 40 et une tôle de lissage "caul plate" 47 pour améliorer l'état de surface de la face externe 12a de la peau externe 12.
Le procédé comporte une étape suivante de solidarisation des fibres, pour obtenir le panneau.
Cette étape consiste à injecter une résine pour lier entre elles les fibres des différentes couches 22, 24 et lier ensemble les couches de fibres 22, 24.
La résine est injectée à partir du support 20, depuis le bas vers le haut. Ainsi, les couches de fibres 22, 24 sont imprégnées à partir des extrémités inférieures libres de leurs portions en saillie26 jusqu'à la couche de fibres 22 destinée à former la peau externe 12, en s'écoulant entre deux inserts 30 adjacents, dans l'espace défini par leurs parois latérales 34 en vis-à-vis, entre lesquelles les portions verticales 26 des couches de fibres 24 sont reçues.
Le support 20 comporte à cet effet des orifices 48 d'injection de résine qui débouchent dans la face supérieure 20s horizontale du support 20. De préférence, ces orifices débouchent dans les rainures 36 permettant le positionnement transversal des inserts 30 sur le support 20. Comme on peut le voir à la figure 3, le positionnement des rainures 36 sur le support 20 est défini pour que les clavettes coopérant avec les inserts 30 soient situées au niveau des parois latérales 34 des inserts 30. Ainsi, les rainures longitudinales 36 sont situées transversalement au niveau des portions verticales en saillie 26 des couches de fibres 24.
Après que la résine ait été entièrement injectée et que l'air ait été supprimé, la résine est durcie, par exemple sous une étuve.
Selon un autre aspect du dispositif, le support 20 est réalisé en un matériau ayant un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui permet de limiter ses variations dimensionnelles. A titre d'exemple, le matériau constitutif du support 20 est un alliage de fer et de nickel, connu sous la dénomination "Invar". Aussi, les inserts 30 sont réalisés en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique relativement élevé, tel que par exemple en aluminium.
Cela permet de faciliter la désolidarisation et le démoulage des inserts 30 d'avec le panneau 10 fini, malgré les orientations verticales des faces verticales d'appui en vis-à-vis entre les inserts 30 et les raidisseurs 14 ainsi obtenus. Il n'y a donc pas besoin de réaliser les raidisseurs 14 et les inserts 30 avec des angles de dépouille.
Selon une variante de réalisation du panneau auto-raidi 10, celui-ci comporte des accessoires métalliques 50 qui sont intégrés au panneau 10 lors de sa réalisation.
Ces accessoires métalliques 50, tels que par exemple des ferrures de compression, permettent notamment de former des supports sur lesquels des composants de l'aéronef seront ultérieurement montés.
Selon cette variante de réalisation, les accessoires 50 sont mis en place sur les inserts 30 ou sur des inserts spécifiques simultanément à l'étape de mise en place des couches de fibres 22, 24, et de préférence, simultanément à l'étape de mise en place des couches de fibres 24 destinées à former les raidisseurs 14 sur les inserts 30. Les inserts 30 sont aptes à porter les accessoires 50, pour leur positionnement par rapport aux couches de fibres 22, 24 et par rapport au support 20. Selon encore une autre variante de réalisation, chaque insert 30 comporte des évidements (non représentés) aptes à recevoir en partie les accessoires 50.
Ici, comme représenté à la figure 6, chaque accessoire 50 consiste en une ferrure de compression comportant une paroi longitudinale transversale 52 qui est située dans le même plan que la portion de liaison 18 du raidisseur 14 associé, deux portions latérales 54 longitudinales verticales dont chacune est située dans un plan d'une portion en saillie 16 du raidisseur 14, et une portion 56 verticale transversale reliée aux extrémités longitudinales des autres portions 52, 54 de la ferrure 50.
La ferrure 50 est située ici à une extrémité longitudinale du panneau 10. Ainsi, lors de sa mise en place, la ferrure 50 recouvre une extrémité longitudinale de l'insert 30 associé.
Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à un panneau 10 comportant uniquement des raidisseurs 14 comportant des portions en saillie 16 longitudinales verticales et que le panneau peut aussi comporter des raidisseurs 14 comportant des portions en saillie verticales transversales.
Le procédé de fabrication d'un panneau comportant de tels raidisseurs 14 est similaire au procédé qui vient d'être décrit et le dispositif est adapté à ces portions en saillie verticales transversales.
Pour cela, le dispositif comporte plusieurs inserts 30 alignés longitudinalement qui sont décalés longitudinalement pour permettre de former les portions en saillie verticales transversales.
L'insert comporte en outre des rainures transversales 60 représentées à la figure 2, qui permettent le positionnement longitudinal des inserts 20 sur le support 30 et dans lesquelles des orifices d'injection débouchent pour l'injection de la résine.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un panneau composite auto-raidi (10) comportant une peau externe (12) et des raidisseurs (14), chaque raidisseur (14) comportant une portion (18) de liaison du raidisseur (14) à la peau externe (12), et au moins une portion (16) faisant saillie par rapport à la portion de liaison (18), le procédé comportant :
une étape de drapage de couches de fibres (24) destinées à former les raidisseurs (14) sur au moins un insert (30) de forme complémentaire à la forme définitive des raidisseurs (14), de manière que chaque couche de fibre (24) destinée à former un raidisseur (14) comporte une portion de liaison (28) et une portion (26) faisant saillie vers le bas par rapport à la portion de liaison (28),
une étape de drapage d'une couche de fibres (22) destinée à former la peau externe (12) sur les couches de fibres (24) destinées à former les raidisseurs (14), une étape consistant à solidariser simultanément toutes les couches de fibres (22, 24) par une matrice,
dans lequel, lors des étapes de drapage et de positionnement, les couches de fibres (22, 24) ne sont pas imprégnées de matrice et l'étape de solidarisation comporte une phase d'injection de ladite matrice puis une phase de durcissement de ladite matrice, et dans lequel l'étape d'injection de la matrice consiste à injecter la matrice du bas vers le haut.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de drapage des couches de fibres (24) sur ledit au moins un insert (30) est suivie d'une étape de positionnement de chaque insert (30) recouvert par la couche de fibres (24) associée sur un support de moulage (20).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de positionnement consiste à positionner les inserts (30) recouvert par les couches de fibres (24) de manière adjacente les uns des autres.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de solidarisation consiste à positionner au moins l'un parmi un tissus de démoulage (42), un feutre de drainage d'air (44), une tôle de lissage (47) et un sac à vide (40) sur la couche de fibres (22) destinée à former la peau externe (12) avant la phase d'injection de ladite matrice.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le panneau (10) comporte des accessoires métalliques (50) fixés aux raidisseurs (14) et/ou à la peau externe (12), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mise en place des accessoires (50) simultanée à l'étape de drapage des couches de fibres (24) destinées à former les raidisseurs (14).
6. Dispositif de mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, qui comporte un support de moulage (20) sur lequel les couches de fibres (22, 24) destinées à former les raidisseurs (14) et la peau externe (12) sont drapées, par l'intermédiaire d'inserts (30),
caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement (36) longitudinalement et/ou transversalement de chaque insert (30) sur le support (20).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de positionnement (36) consistent en un système à clavettes.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le support (20) comporte une face supérieure horizontale (20s) qui comporte des rainures (36) coopérant avec les moyens de positionnement de chaque insert (30) et des orifices (48) d'injection d'une matrice de liaison des couches de fibres (22, 24).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que chaque insert (30) est de forme parallélépipédique d'orientation principale longitudinale et de section rectangulaire selon un plan vertical transversal.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le support (20) est réalisé en un matériau à faible coefficient de dilatation.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que chaque insert (30) est réalisé en matériau à fort coefficient de dilatation.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement longitudinalement et/ou transversalement de chaque accessoire (50) sur le support (20).
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