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WO2024209153A1 - Procede de fabrication d'un reservoir en materiau composite - Google Patents

Procede de fabrication d'un reservoir en materiau composite Download PDF

Info

Publication number
WO2024209153A1
WO2024209153A1 PCT/FR2024/050423 FR2024050423W WO2024209153A1 WO 2024209153 A1 WO2024209153 A1 WO 2024209153A1 FR 2024050423 W FR2024050423 W FR 2024050423W WO 2024209153 A1 WO2024209153 A1 WO 2024209153A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
domes
panels
precursor
tank
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/FR2024/050423
Other languages
English (en)
Inventor
Frédérick CAVALIERE
Cécile LESAMBER
Erwann LE GOFF
Original Assignee
Arianegroup Sas
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 Arianegroup Sas filed Critical Arianegroup Sas
Publication of WO2024209153A1 publication Critical patent/WO2024209153A1/fr

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    • F17C2270/0186—Applications for fluid transport or storage in the air or in space
    • F17C2270/0194—Applications for fluid transport or storage in the air or in space for use under microgravity conditions, e.g. space

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a composite material tank, particularly suitable for manufacturing a large tank, in particular having a great length.
  • the invention is of particular interest for manufacturing tanks intended to equip space launchers but is however not limited to this application.
  • Composite materials provide a weight saving compared to metallic materials, which is of particular interest in aerospace and aeronautical applications with a view to improving performance.
  • the mandrels must be removable and extractable through small openings at the tank bottoms located at the ends. This can typically be a mandrel 5 or 6 meters in diameter which must be extracted through an opening 1 meter in diameter or less.
  • it is, in some cases, necessary to position a vacuum tarpaulin around the part draped on the mandrel and to carry out vacuum polymerization.
  • the invention relates to a method of manufacturing a composite material tank, comprising:
  • a precursor assembly of the tank to be manufactured in a vacuum molding tool the assembly being made of thermosetting pre-impregnated fibrous material and comprising (i) a sectored cylinder, precursor of the body of the tank, extending along a longitudinal axis and formed by panels juxtaposed around the longitudinal axis with overlap between the neighboring panels, and (ii) two domes, precursors of the bottom of the tank, each of these domes being located on the side of an opposite longitudinal end of the cylinder, the domes delimiting with the cylinder an internal volume of the tank to be obtained, each dome defining a cylindrical junction zone positioned opposite the cylinder and inside the latter, the tooling comprising an internal part coated with a vacuum cover, located inside the internal volume, on which the assembly is positioned, and an external molding part, located outside the internal volume, and comprising (a) a molding portion of the tank body having a cylindrical shape located opposite the precursor cylinder, and (b) molding portions of a dome-shaped tank bottom each located opposite a separate bottom
  • the molding part is external to the precursor assembly, and therefore to the composite tank obtained.
  • This external positioning makes it easier to disassemble compared to the internal molding mandrel of the prior art and to more easily guarantee the sealing required for vacuum drawing.
  • the internal part in the invention only has a positioning function and not a molding function, and therefore has a much simpler design and a more easily disassemblable character.
  • the molding portion of the body can be provided with stiffeners on its face opposite the assembly in order to maintain its shape despite a significant length, without affecting the quality of the molding or the disassemblable character.
  • Co-firing makes it possible to polymerize the thermosetting resin impregnating the panels with that impregnating the domes, and to create covalent bonds between the polymer chains present. This joint polymerization leads to a bonding of the bottoms to the body of the composite material tank, without requiring the addition of a third-party adhesive compound.
  • the neighboring panels have a thinning in thickness on their overlap zone towards their longitudinal edges.
  • Such a feature helps to further minimize misalignments and stress concentrations in the reservoir.
  • the precursor domes have a thinning in thickness on their cylindrical junction zones towards a circumferential edge of the dome.
  • the precursor domes are each sectorized and formed by petals juxtaposed around the longitudinal axis with overlap between the neighboring petals.
  • the sectorization of the domes further improves their conformation during vacuum cooking by allowing relative sliding between the petals.
  • neighboring petals may exhibit a thinning of thickness over their overlapping zone in the direction of their longitudinal edges.
  • Such a feature helps to further minimize misalignments and stress concentrations in the reservoir.
  • the panels and domes are assembled in the half-fired state to form the precursor assembly.
  • the panels and domes, already formed can be assembled in the half-fired state to form the precursor assembly, or the panels and petals, intended to form the domes after juxtaposition, can be assembled in the half-fired state to form the precursor assembly.
  • a semi-cured thermosetting material has a partially cured resin that has a degree of progress of polymerization of between 15% and 70%, for example between 25% and 50%.
  • the degree of progress of polymerization can be determined by differential scanning calorimetry (“Differential Scanning Calorimetry”; “DSC”).
  • a semi-cooked material has a certain rigidity at room temperature (20°C) which facilitates its handling, and allows a simplification of the tools. Its use also allows to be less constrained by the life span at room temperature of the material because the polymerization of a semi-cooked material evolves very little at room temperature.
  • the resin of a semi-cooked material regains fluidity when the material is raised in temperature during vacuum cooking, which allows the elements to soften and to conform with the molding portions.
  • the panels and domes each include a plurality of stiffeners on a face opposite the molding portions.
  • the external nature of the molding tool does not interfere with the presence of the stiffeners.
  • the invention is therefore of particular interest for the manufacture of a stiffened tank which can be relatively difficult to obtain in the techniques of the prior art using an internal molding mandrel.
  • the method further comprises, before positioning the precursor assembly in the molding tool, forming the panels and domes by automatic fiber placement, the panels and domes each being draped over a separate form of the internal positioning portion.
  • This technique allows access to a wide variety of geometries, in particular compared to winding which does not allow draping in the direction of the longitudinal axis, or automated draping of excess thicknesses or local reinforcements.
  • Automatic fiber placement also makes it possible to obtain elements of low permeability in comparison with parts obtained by winding, suitable for example for the storage of cryogenic propellants.
  • the draping tooling is dissociated from the polymerization tooling, which makes it possible to reduce the duration of the manufacturing cycle.
  • the cylinder extends beyond each of the domes so as to define front and rear skirt precursors.
  • Such a feature is of particular interest in the context of a tank intended to equip an aerospace launcher, by allowing integration of the skirts in a single piece with the tank, thus making it possible to form a complete launcher stage in a simplified manner.
  • each of the domes can define a second cylindrical junction zone opposite a respective skirt precursor and which can be secured to the latter during vacuum cooking.
  • the panels and domes comprise carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, or a mixture of such fibers.
  • Fiber materials are particularly suitable for space launcher applications and for cryogenic environments.
  • the panels and domes are pre-impregnated with an epoxy resin, for example a class 180 epoxy resin which polymerizes at a temperature between 175°C and 185°C, for example substantially at 180°C.
  • an epoxy resin for example a class 180 epoxy resin which polymerizes at a temperature between 175°C and 185°C, for example substantially at 180°C.
  • This material is particularly suitable for space launcher applications and for cryogenic environments, and can be easily reworked after partial polymerization.
  • Figure 1 shows, schematically in perspective, an example of a panel usable within the framework of the invention.
  • Figure 2 shows, schematically and partially, a cross-section of the panel of Figure 1 relative to its longitudinal axis.
  • FIG. 2A Figure 2A shows, schematically and partially, the bevel angle of the panel of Figure 2.
  • Figure 3 shows, schematically in perspective, the covering of two neighboring panels according to an exemplary implementation of the invention.
  • Figure 4 represents, schematically and partially, a variant of a sectored cylinder.
  • Figure 5 shows, schematically and partially, another variant of the sectorized cylinder.
  • Figure 6 shows, schematically and partially, another variant of the sectorized cylinder.
  • Figure 7 shows, schematically and partially, another variant of the sectorized cylinder.
  • Figure 8 shows an example of a petal intended to form a precursor dome of the bottom by juxtaposition with other petals.
  • Figure 9 represents the juxtaposition of a second petal on the petal of Figure 8 according to an exemplary implementation of the invention.
  • Figure 10 shows, schematically and partially, a sectional view of the dome resulting from the juxtaposition of petals according to Figure 8 in a plane containing the height of the dome.
  • Figure 11 shows, schematically and partially, a sectional view of the dome resulting from the juxtaposition of petals according to Figure 8 in a plane perpendicular to the height of the dome.
  • Figure 12 schematically and partially represents a precursor assembly of the tank to be manufactured positioned in a vacuum molding tool as part of an exemplary implementation of the invention.
  • Figure 13 shows, schematically and partially, the stiffeners present on the assembly of Figure 12.
  • Figure 14 schematically represents the sous vide cooking of the assembly illustrated in Figure 12.
  • Figure 15 schematically represents a detail of a variant of the precursor dome of the bottom.
  • the precursor cylinder of the body is obtained by juxtaposition of thermosetting pre-impregnated fibrous panels. Generally speaking, it may comprise at least two fibrous panels, or even at least three fibrous panels. The example described here concerns the case of a cylinder with four panels.
  • the panels are advantageously produced by automatic placement of fibers, which constitutes a technique known per se.
  • the panels 10 each comprise a fiber reinforcement pre-impregnated with a thermosetting resin.
  • the choice of the reinforcement material and the resin depends on the intended application.
  • the fiber reinforcement comprises carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, or a mixture of such fibers.
  • the resin is an epoxy resin, for example based on a DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol A), TGPAP (triglycidyl paraaminophenol), or TGMDA (tetraglycidyl methylenedianiline) monomer, to which an amine-type hardener, for example DDS (diaminodiphenyl sulfone), may optionally be added.
  • DGEBA diglycidyl ether of bisphenol A
  • TGPAP triglycidyl paraaminophenol
  • TGMDA tetraglycidyl methylenedianiline
  • DDS diaminodiphenyl sulfone
  • the panels 10 have an elongated shape along a longitudinal axis X and have a curved shape in cross section relative to the axis X.
  • the panels 10 define two longitudinal edges 10a, 10b which are intended to be superimposed with a neighboring panel, as will be described below.
  • the invention finds a particular interest for the manufacture of very long tanks.
  • the panels 10 can have a length LO10 of at least 10 meters, for example at least 20 meters, in particular between 20 meters and 30 meters.
  • FIG. 1 illustrates an example of a possible structure for the panels 10 which are draped in a female tool, the person skilled in the art will recognize that the panels can alternatively be draped on a male tool without departing from the scope of the present invention.
  • the draping form is not an integral part of the vacuum casting tooling so as to allow parallel operation between draping and curing, thus reducing the manufacturing cycle time.
  • the panels 10 are, in the example of FIG. 1, provided with longitudinal stiffeners 12 made of thermosetting composite.
  • These stiffeners 12 are formed by conventional means known to those skilled in the art, for example by manual or automated draping, draping in a shaped mold or stamping under a press of raw flat plates, production of dry preforms and injection of resin into a mold by a resin transfer molding technique ("Resin Transfer Molding";"RTM").
  • the stiffeners 12 can have any section, for example Omega, T, J, among other possible shapes.
  • the stiffeners 12 may or may not have a local variation in shape or section. As illustrated, the stiffeners 12 can be present over at least the majority (more than 50%), or even at least 80%, of the length LOIO of the panels 10.
  • the panels 10 nevertheless have areas devoid of stiffening elements which will be described below.
  • the illustrated panels 10 are also provided with circumferential frame sectors 14 made of thermosetting composite.
  • the frame sectors 14 are formed in a manner known per se.
  • the frame sectors 14 may have any section, for example Z-shaped, C-shaped, F-shaped, T-shaped, Omega-shaped or J-shaped.
  • stiffeners 12 and frame sectors 14 may be half-cooked, or have complete polymerization, or little or no progress.
  • the panels 10 have circumferential zones 16, intended for docking with the bottoms, which are devoid of any stiffening element.
  • the zones 16 are each located on the side of an opposite longitudinal end of the panel 10 in question and on either side of a zone 18 provided with stiffeners 12 and frame sectors 14.
  • the bottoms will be secured to the body of the tank on these zones 16.
  • the panels 10 also have a longitudinal zone 19, located on the side of the longitudinal edge 10b and extending over their entire length LO10, which is devoid of any stiffening element.
  • the frame sectors 14 protrude from the panel 10 on the side opposite the zone 19 (on the side of the edge 10a), and form an extension 15 of the frame sectors 14.
  • the presence of the zone 19 as well as the extension of the frames 14 are the result of the arrangement envisaged for the overlap between neighboring panels 10.
  • Figure 2 shows the evolution of the thickness elO of the panels 10 over their width (dimension between the edges 10a and 10b).
  • the panels 10 have a median zone 101 of their width where the thickness elO is substantially constant, and two lateral zones 103a and 103b each located on the side of a respective longitudinal edge 10a, 10b which have an evolving thickness.
  • the zone 101 is located between the zones 103a, 103b.
  • the zone 103a connects the zone 101 to the edge 10a, and the zone 103b connects the zone 101 to the edge 10b. More Specifically, the zones 103a, 103b have a thinning of thickness in the direction of the associated longitudinal edge 10a, 10b.
  • the thickness elO may be strictly decreasing in the direction of the longitudinal edge 10a, 10b.
  • the thickness elO is minimal on the edges 10a, 10b and maximal on the median zone 101.
  • the panels 10 have a bevel on their edges 10a, 10b.
  • the panels 10 have, in cross-section relative to the X axis, a tapered shape in the direction of their edges 10a, 10b.
  • the zones 103a and 103b jointly occupy at least 5%, for example at least 50%, of the width LA10 of the panel 10. Unless otherwise stated, the width LA10 corresponds to the length of the arc of the curve connecting the edge 10a to the edge 10b.
  • the thickness thinning leads to a reduction in the thickness elO of at least 50%, for example at least 90%.
  • FIG. 2A schematically represents a thinning of the thickness of the panel 10 in the direction of a longitudinal edge 10b linked to the presence of a decreasing quantity of superimposed plies PS in the direction of the edge 10b.
  • the bevel angle a corresponding to the angle taken locally on the edge 10b, can advantageously be less than or equal to 1.5°, so as to further improve the smoothing of the forces.
  • the panels 10 which have just been described include stiffening elements but it is not outside the scope of the invention if they are devoid of them. The following will describe, in connection with FIGS. 3 to 7, the juxtaposition of these panels 10 to form the sectorized cylinder 100 which is, in the example considered, a precursor of the body of the tank but also of front and rear skirts which extend beyond the bottoms.
  • FIG 3 illustrates the juxtaposition of two neighboring panels 10 around the X axis.
  • the two illustrated panels 10 have the same structure and the same references are retained with respect to what has just been described.
  • the panels 10 partially overlap here.
  • the panels have a thinning of thickness on their overlap zone, that is to say that the zone 103b of the first panel 10 is covered by the zone 103a of the second neighboring panel 10.
  • the edge 10b of the first panel 10 is superimposed with the second neighboring panel 10, and the edge 10a of the second panel 10 is superimposed with the first panel.
  • the stiffeners 12 and frame sectors 14 of the second panel 10 cover the area 19 of the first panel 10.
  • the extension 15 of the frame sectors 14 of the second panel 10 extends over the area 101 of the first panel and is positioned adjacent to and in line with the frame sectors 14 of the first panel.
  • the extension 15 of the second panel 10 is assembled with the frame sectors 14 of the first panel 10 by techniques known per se, for example by covering, splicing or splicing. Furthermore, the zones 16 of the first panel 10 come in the extension of the zones 16 of the second panel 10.
  • the arrangement which has just been described can be applied to each pair of neighboring panels 10 juxtaposed to form the sectored cylinder.
  • the overlapping zones between neighboring panels can occupy at least 5%, for example at least 30% of the perimeter of the sectored cylinder. Having spread overlapping zones makes it possible to further improve the mechanical properties of the tank obtained.
  • the joining of the zones 16 forms a 360° circumferential zone devoid of any stiffening element.
  • the joining of the frame sectors 14 of each of the panels defines a plurality of 360° circumferential frames distributed over the length of the cylinder.
  • Figures 4 to 7 show different variants of juxtaposition of the panels 10 to form the sectorized cylinder 100.
  • the cylinder 100 extends along the X axis with panels juxtaposed around this axis.
  • the cylinder 100 is formed by tiling all the panels 10, that is to say that each of the panels has a first longitudinal edge 10b covering (above) a first neighboring panel, and a second longitudinal edge 10a, opposite the first edge 10b, covered (below) by a second neighboring panel, opposite the first neighboring panel.
  • first longitudinal edge 10b covering (above) a first neighboring panel
  • second longitudinal edge 10a opposite the first edge 10b, covered (below) by a second neighboring panel, opposite the first neighboring panel.
  • the thinning of the thickness of the neighboring panels 10 on their overlap zone ZR10 in the direction of their longitudinal edges 10a, 10b is noted.
  • the part which has just been described concerns the panels and their juxtaposition to form the precursor body cylinder.
  • the following concerns the precursor bottom domes which are intended to be secured to the cylinder to delimit the internal volume of the composite material tank to be obtained.
  • Figure 8 shows a petal 20, which has the shape of a dome sector, draped in shape.
  • each precursor dome of bottom is obtained by juxtaposition of thermosetting pre-impregnated fibrous petals 20.
  • each of the domes may comprise at least two petals 20, or even at least three petals 20. The example described here concerns the case of domes each having four petals 20.
  • the petals 20 are advantageously made by automatic placement of fibers.
  • the petals 20 each comprise a fiber reinforcement pre-impregnated with a thermosetting resin.
  • the choice of the reinforcement material and the resin depends on the intended application.
  • the reinforcement and the resin of the petals 20 may be as described above for the panels 10.
  • a resin identical to that of the panels 10, or failing that compatible with it, will advantageously be chosen for the petals 20.
  • the petals 20 may be draped over a male or female tool, and over a draping form that is not an integral part of the vacuum molding tool.
  • the petals 20 define two edges 20a, 20b each extending along a longitude, called longitudinal edges, which are intended to be superimposed with a neighboring petal.
  • the longitudinal edges 20a, 20b are intended to extend along the longitudinal axis X of the cylinder 100 in the precursor assembly which will be described below.
  • the petals 20 define two edges 20c, 20d each extending along a latitude (or circumferential) which are transverse to the edges 20a, 20b.
  • Each of the edges 20c, 20d connects the edge 20a to the edge 20b.
  • the edge 20c has a first curvilinear length, and the edge 20d a second curvilinear length which is greater than the first curvilinear length.
  • the petals 20 have a thickness that varies between the edges 20a and 20b.
  • the petals 20 thus have a median zone 201 where the thickness is substantially constant, and two lateral zones 203a and 203b each located on the side of a respective edge 20a, 20b which have a thickness that varies.
  • Area 203a is bounded by edge 20a and longitude 21 and area 203b by edge 20b and longitude 23.
  • Area 201 is located between areas 203a and 203b, or between longitudes 21 and 23.
  • the description provided above relating to areas 103a, 101 and 103b applies respectively to areas 203a, 201 and 203b mutatis mutandis.
  • the petals 20 define a sector 203d of a cylindrical junction zone which is intended to come opposite the precursor cylinder of the body, and more particularly opposite the docking zone 16 which was described above.
  • the sector 203d corresponds to a circumferential zone delimited by the edge 20d and by a latitude 25.
  • the petals 20 have a thinning of thickness on their sector 203d in the direction of the edge 20d.
  • the petals 20 are juxtaposed at their edges 20a, 20b with overlap between neighboring petals, in a manner similar to what was described above for the panels 10. Thus, FIG.
  • FIG. 9 represents the positioning of a second petal 20 in partial overlap with the first petal 20, it being understood that two other petals are juxtaposed to form the complete dome 200 in the example considered.
  • FIG. 11 schematically shows the juxtaposition of these four petals 20.
  • the neighboring petals 20 here have a thinning of thickness e20 on their overlap zone ZR20 in the direction of their longitudinal edges 20a, 20b.
  • the dome 200 has a bottom zone 205 located between the edge 20c and the latitude 25.
  • the dome 200, and in particular the zone 205, has a shape of revolution.
  • the meeting of the sectors 203d forms a 360° cylindrical junction zone 210 which extends the zone 205 to the edge 20d.
  • Figure 10 shows the thinning of the thickness e20 of the petals 20 (or of the dome 200) in the direction of the edge 20d, at the level of the sectors 203d or of the zone 210.
  • the evolution of the radius R of the dome 200 is also visible with a radius R strictly increasing between the edge 20c and the latitude 25, and substantially constant over the zone 210.
  • the radius R of the dome 200, taken on the edge 20d can be greater than or equal to 1 meter, for example greater than or equal to 2.5 meters.
  • petals 20 may be provided with thermosetting composite stiffeners.
  • thermosetting composite stiffeners The description given above for these stiffeners in connection with the panels 10 is applicable. A possible illustration for these stiffeners is provided in FIG. 13 which will be described below.
  • a vacuum cover 34 is initially placed over a positioning portion 32.
  • the portion 32 is of much simpler design than the mandrel implemented in prior art techniques in that it is not used as a molding surface and does not need to be sealed. It is, therefore, more easily removable.
  • the part 32 is supported by a shaft 36 which extends along a longitudinal axis X.
  • the axis X corresponds to the longitudinal axis of the panels 10 and the cylinder 100 which has been described previously.
  • the part 32 may have an aerated structure, for example in a lattice, or comprise a plurality of retractable positioning elements fixed to the shaft.
  • the part 32 may, as illustrated, generally have the shape of the tank to be obtained.
  • the tarpaulin 34 covers the part 32.
  • the tarpaulin 34 may be made of elastomeric material, reinforced or not, and constitutes an element known per se.
  • the petals 20 are then positioned on the part 32 at its two opposite longitudinal ends 321 and 323.
  • the petals 20 are juxtaposed in the manner described above to form two precursor domes 200 at the opposite ends 321, 323.
  • the bottom zones 205 of the domes 200 each define an orifice 206, here in the general shape of a disk, through which the shaft 36 extends.
  • the domes 200 may have a general shape of revolution around the axis X.
  • the molding portions 38 are then positioned. These portions 38 each have the shape of a dome and are in the shape of the bottoms of the tank to be obtained.
  • the illustrated example shows two symmetrical portions 38 but it is not, of course, outside the scope of the invention if this is not the case.
  • the domes 200 are located inside the interior volume defined between the portions 38. Each dome 200 is held in place by a respective portion 38. Each dome 200 is interposed between a portion 38 and the vacuum tank 34 (or the part 32). As illustrated, the portions 38 cover the bottom area 205 but do not cover the cylindrical junction area 210.
  • the person skilled in the art will recognize that other variants are possible.
  • the domes 200 can first be positioned on the portions 38 and then this assembly can then be placed on the ends 321, 323 of the part 32.
  • the precise positioning of the portions 38 and their maintenance can be ensured by the shaft 36.
  • all the petals can first be draped on a dome tool, then the dome can be half-cooked before assembly on the part 32 or the portion 38.
  • a second and a third empty tarpaulins 35 are then placed respectively for the formation of the front and rear skirts which will be described below.
  • the second and third tarpaulins 35 may have the same nature as the first tarpaulin 34.
  • Positioning crowns 40 are then positioned at the ends 361, 363 of the shaft 36 which define a cylindrical positioning surface 42 whose function will be described below.
  • the panels 10 are then positioned and juxtaposed, in the manner described above, so as to form the cylinder 100 precursor of the body of the tank.
  • the cylinder 100 is located around the domes 200.
  • the domes 200 are located inside the cylinder 100.
  • the cylinder 100 extends from one dome 200 to another.
  • the length LO10 of the panels which also corresponds to the length of the cylinder 100, is greater than or equal to the length LC, measured along the X axis, which corresponds to the distance separating the two zones 205.
  • the length LC corresponds substantially to the length of the body of the tank to be obtained.
  • the cylinder 100 extends beyond the domes 200 to form front 110 and rear 120 skirt precursors positioned respectively opposite the second and third tarpaulins 35.
  • the length LO10 is greater than the length LR, measured along the X axis, which corresponds to the distance between the orifices 206 of the domes 200.
  • the length LR corresponds substantially to the length of the composite tank to be obtained. However, it is not outside the scope of the invention if the cylinder does not form such skirts by stopping at the domes 200.
  • a precursor assembly of the tank to be manufactured is thus obtained, which comprises the cylinder 100 and the domes 200 each located on the side of an opposite longitudinal end of the cylinder 100.
  • the domes 200 delimit with the cylinder 100 an internal volume V of the tank to be obtained.
  • the domes 200 close the cylinder 100 on the side of each of its longitudinal ends.
  • the cylinder 100 and the domes are each made of thermosetting pre-impregnated fibrous material.
  • the panels 10 are positioned opposite the zones 210 so as to allow the bases to be secured to the body during the co-firing which will be described below.
  • the zones 210 are opposite the zones 16 of the panels 10 devoid of stiffening elements which have been described above.
  • the panels 10 and domes 200 may be assembled in the semi-baked state to form the precursor assembly. They may each be draped, during their manufacture, in the semi-baked state, or alternatively be draped in the raw state, that is to say with a degree of advancement of polymerization lower than that of the semi-baked state and then undergo a partial polymerization heat treatment to bring them to the semi-baked state.
  • the domes 200 (or petals 20) and the panels 10 may be assembled after this partial polymerization.
  • the molding portion 60 of the tank body is then positioned, which is in the shape of the tank body to be obtained and which surrounds the cylinder 100 over its entire length.
  • the cylinder 100 is located inside the portion 60.
  • the portion 60 is located around the cylinder 100.
  • the portion 60 makes it possible to hold the panels 10 in place. It is possible to consider indexing the panels 10 on the portion 60.
  • the portion 60 can be sectorized and formed by several sectors assembled together to form a 360° molding portion. As illustrated, the portion 60 extends from one crown 40 to the other. It is positioned on the surface 42, which avoids having the weight of this external tooling support the panels 10.
  • the portion 60 can include stiffeners (not shown) on its face opposite the panels 10 in order to have significant rigidity and thus maintain the same shape, without bending, despite a significant length.
  • An internal surface SI of the precursor assembly is located on the side of the tank 34 (and delimits the internal volume V of the tank), and an external surface S2 of the assembly is located on the side of the portions 38, 60.
  • FIG. 13 shows a possible detail relating to the stiffeners 12 of the panels 10 and to the stiffeners 202 of the assembled domes 200.
  • the stiffeners 202 have a curved shape, here following longitudes of each of the domes 200.
  • the stiffeners 202 and 12 are located on a face of the precursor assembly opposite the portions 38, 60. In the illustrated example, the stiffeners 202 protrude from the domes 200 to extend along the panels when the cylinder 100 is assembled with the domes 200.
  • the stiffeners 202 are joined to the stiffeners 12 at junction zones 212, by techniques known per se, for example by edge-to-edge joining, warsting or splicing. It is not departing from the scope of the invention if the stiffeners of the domes do not extend beyond the zone 210, or if the domes are devoid of stiffeners.
  • the precursor assembly is thus positioned in the vacuum molding tool 30.
  • the cylinder 100 is interposed between the cover 34 and the molding portion 60, and each dome 200 is interposed between the cover 34 and a respective molding portion 38.
  • the portion 32 is located inside the precursor assembly, that is to say is located inside the internal volume V of the tank to be obtained.
  • the meeting of the portions 60 and 38 is located outside this internal volume and forms an external part of the assembly, intended for molding the tank.
  • Vacuum curing of the precursor assembly in the tooling and disassembly [0079]
  • the vacuum curing phase is illustrated in Figure 14. This curing phase can be carried out with or without additional pressure.
  • the heating applied leads to a fluidification of the resin(s) present.
  • the vacuuming of the tool 30 causes the tarpaulin 34 to be pressed against the cylinder. 100 and the domes 200 so as to press the latter against the portions 38, 60 and to conform them to the desired shape.
  • the domes 200 come to press against the panels 10 thanks to the slight relative displacement/spacing of the petals 20, spacing made possible thanks to the low viscosity of the resin at temperature and to the creep between petals.
  • the petals 20 move apart to conform to the internal surface of the panels. It is essentially the zone 210 which will dock with the panels 100.
  • the tarpaulins 35 apply pressure to the skirt precursors 110 and 120.
  • the heating allows the resin to finish polymerizing with the creation of bonds at the level of the polymer chains (creation of a three-dimensional network), fixing the interfaces and the overall shape of the reservoir structure.
  • the polymerization of the thermosetting materials is complete after the co-curing step.
  • Vacuum curing can be carried out in a heating chamber, such as an oven or an autoclave.
  • the oven will allow polymerization under vacuum, the autoclave will provide additional pressure in addition to the vacuum draw.
  • a molding tool equipped with heating elements (not shown) can be used to carry out this curing.
  • the temperature imposed during vacuum curing depends on the resin used and can for example be greater than or equal to 150°C, and for example be between 175°C and 185°C, for example close to 180°C.
  • a tool 30 made of composite material may be used to reduce the phenomenon of differential expansion between the tool and the tank.
  • the tool 30 may be metallic, for example made of Invar, or made of steel. In the latter case, it may be advantageous to minimize the stresses during cooling, for example by breaking the vacuum in the vacuum tank at the end of the polymerization stage, or by providing a half-opening of the portion 60.
  • the tooling 30 is then dismantled, which is facilitated by the positioning of the molding portions outside the tank, and by the simplified design of the internal part.
  • FIG. 15 illustrates an alternative embodiment integrating into this framework in which the dome has an additional junction on the skirt side thanks to the use of a toric part which will now be described.
  • the dome 200 of FIG. 15 defines a second cylindrical junction zone 310 opposite the skirt precursor 120, it being understood that a similar structure is present on the side of the skirt precursor 110.
  • the second zone 310 is located on the side opposite the first zone 210.
  • the first zone 210 delimits the internal volume V of the reservoir to be obtained, and the second zone 310 extends outside this volume V.
  • the second zone 310 is defined by a toroidal-shaped part 300 which is attached to the zone 205. More particularly, the part 300 comprises a zone 305 for junction with the dome 200 taking the shape of the zone 205 and secured to the latter, the zone 310 facing the skirt precursor 120 and a folded intermediate zone 307 connecting the zone 305 to the zone 310.
  • the part 300 is produced separately. In the same way as the base 200, it can be made up of juxtaposed sectors, formed by a thermosetting pre-impregnated fibrous material, which partially overlap.
  • the part 300 can be produced by automatic fiber placement, or manually in the case where the “folding” radius is too small to be produced by automated AFP draping.
  • the part 300 is half-baked after draping and before assembly with the base 200 and the panels 10.
  • the part 300 is positioned on the bottom 200 once the latter is positioned on the part 32. Then once in place, the portion 38 is positioned which has a shape adapted to the presence of the part 300. As a variant, the part 300 is first positioned on the portion 38, then the bottom 200 is positioned on this portion 38 and the assembly is placed on the part 32.
  • the part 300 may or may not be stiffened.
  • the stiffeners may be as described above and are positioned in the tooling prior to layup.
  • the space 250 between the dome 200 and the part 300 can be filled with a filling material, possibly loaded with fibers.
  • the toroidal part will soften under the action of the temperature (reduction in the viscosity of the resin). And under the action of the pressure, applied by the tarpaulins 35, the diameter of the toroid will slightly increase in diameter (relative spacing of the sectors of the toroid) and come to conform to the interior surface of the panels. Once completely polymerized, the toroidal part is integral with the bottom and the panels, and ensures a connection of the bottoms to the front and rear skirts.
  • the invention which has just been described is particularly suitable for the manufacture of tanks of great length, or even very great length, which can be encountered in the case of tanks of the main stage of space launchers ("lower stage” in English), or in the case of tanks of powder acceleration stages ("boosters" in English).
  • the invention also applies to upper stage tanks.
  • the composite tank may be filled with liquid methane, liquid hydrogen or liquid oxygen, or a combination of these compounds.
  • the tank may be used in a cryogenic environment.
  • the field of the invention is however not limited to a tank for integration into an aerospace launcher but may find an application in the aeronautical field or, more generally, in any application requiring a large tank.
  • the expression "between ... and " must be understood as including the limits.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un réservoir (1) en matériau composite dans lequel un assemblage précurseur en matériau fibreux pré-imprégné thermodurcissable est cuit sous vide dans un outillage (30) dont les parties de moulage sont externes à l'assemblage afin de faciliter le démoulage subséquent. L'assemblage comprend un cylindre (100) précurseur de corps refermé par deux dômes (200) précurseurs de fonds qui sont solidarisés au cylindre par co-cuisson. L'invention trouve un intérêt particulier pour la fabrication de réservoirs de grande dimension.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'un réservoir en matériau composite
Domaine Technique
[0001] Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d'un réservoir en matériau composite, particulièrement adapté à la fabrication d'un réservoir de grandes dimensions, ayant en particulier une grande longueur. L'invention trouve un intérêt particulier pour la fabrication de réservoirs destinés à équiper des lanceurs spatiaux mais n'est toutefois pas limitée à cette application.
Technique antérieure
[0002] Les matériaux composites apportent un gain de masse par rapport aux matériaux métalliques, ce qui présente un intérêt particulier dans les applications aérospatiales et aéronautiques dans l'optique d'améliorer les performances.
[0003] Le récent développement des lanceurs réutilisables s'accompagne du souhait de continuer à développer des structures plus légères dans la mesure où il est nécessaire de conserver une certaine quantité d'ergols pour le retour de l'étage sur Terre, ce qui conduit à l'embarquement d'une masse supplémentaire.
[0004] Dans les techniques actuelles de fabrication des réservoirs en matériau composite, la pièce est drapée sur un mandrin rotatif, par bobinage ou par technique de placement automatique de fibres (« Automated Fiber Placement » ; « AFP »). Ces techniques fournissent des résultats satisfaisants lorsque les réservoirs ont des dimensions limitées mais elles peuvent être améliorées pour la fabrication de réservoirs de grande taille, ayant typiquement une longueur de 20 à 30 mètres et un diamètre de plusieurs mètres.
[0005] En effet, des mandrins particulièrement longs peuvent ne pas présenter la rigidité requise pour conserver leur forme durant le drapage, notamment du fait d'une flexion sous leur propre poids ou suite à l'appui d'une tête d'un robot de drapage. Cela peut générer des problèmes de précision de drapage qui peuvent entraîner des défauts dans la structure.
[0006] Les mandrins doivent être démontables et extractibles par de petites ouvertures au niveau des fonds de réservoir situés aux extrémités. Il peut typiquement être question d'un mandrin de 5 ou 6 mètres de diamètre qui doit être extrait par une ouverture de 1 mètre de diamètre ou moins. Plus le réservoir sera grand et plus le démontage sera complexe, avec les risques d'endommagement associés pour la structure composite (chocs pouvant créer des dommages dans la structure). Cela engendrera des coûts importants car des outillages spécifiques complexes devront être conçus pour le démontage par ces petites ouvertures. En outre, il est, dans certains cas, nécessaire de positionner une bâche à vide autour de la pièce drapée sur le mandrin et de réaliser une polymérisation sous vide. Il est alors nécessaire d'assurer une étanchéité entre les différentes pièces constituant le mandrin démontable, afin de ne pas affecter la santé matière. Or plus l'outillage est long, plus il y aura de jonctions à étancher, avec les problèmes potentiels de fuites d'air associés. En outre, plus les réservoirs seront grands et plus il faudra de temps pour réaliser le drapage et la mise en place de la bâche à vide, et ces opérations doivent être réalisées dans une certaine durée n'excédant pas la durée de vie à l'ambiante du matériau indiquée par le fournisseur.
[0007] Il est également souhaitable de réduire la durée du cycle de fabrication dans la mesure où l'outillage de drapage sert également d'outillage de polymérisation, ce qui impose d'attendre la fin de cette étape et le démontage de la structure avant de pouvoir draper à nouveau.
[0008] Les limites des techniques actuelles sont encore plus marquées lorsqu'il s'agit d'intégrer au réservoir des éléments de renfort, comme des raidisseurs, ou des pièces d'interface. On connaît US 2021/245447 qui divulgue un procédé de fabrication d'un réservoir haute pression.
[0009] Il est donc souhaitable de disposer d'un procédé de fabrication d'un réservoir en matériau composite qui réponde à tout ou partie des inconvénients précités.
Exposé de l'invention
[0010] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un réservoir en matériau composite, comprenant :
- le positionnement d'un assemblage précurseur du réservoir à fabriquer dans un outillage de moulage sous vide, l'assemblage étant en matériau fibreux pré-imprégné thermodurcissable et comprenant (i) un cylindre sectorisé, précurseur du corps du réservoir, s'étendant le long d'un axe longitudinal et formé par des panneaux juxtaposés autour de l'axe longitudinal avec recouvrement entre les panneaux voisins, et (ii) deux dômes, précurseurs de fond du réservoir, chacun de ces dômes étant situé du côté d'une extrémité longitudinale opposée du cylindre, les dômes délimitant avec le cylindre un volume interne du réservoir à obtenir, chaque dôme définissant une zone de jonction cylindrique positionnée en regard du cylindre et à l'intérieur de ce dernier, l'outillage comprenant une partie interne revêtue d'une bâche à vide, située à l'intérieur du volume interne, sur laquelle l'assemblage est positionné, et une partie externe de moulage, située à l'extérieur du volume interne, et comprenant (a) une portion de moulage du corps du réservoir ayant une forme cylindrique située en regard du cylindre précurseur, et (b) des portions de moulage d'un fond de réservoir en forme de dôme situées chacune en regard d'un dôme précurseur de fond distinct, et
- la cuisson sous vide de l'assemblage dans l'outillage durant laquelle la bâche à vide applique une pression pour conformer l'assemblage sur les portions de moulage, avec maintien des zones de jonction en appui sur le cylindre précurseur et co-cuisson des dômes et du cylindre pour solidariser les fonds au corps et obtenir le réservoir en matériau composite.
[0011] Dans l'invention, la partie de moulage est externe à l'assemblage précurseur, et donc au réservoir composite obtenu. Ce positionnement externe permet de faciliter le démontage par rapport au mandrin de moulage interne de l'art antérieur et de garantir plus facilement l'étanchéité requise pour le tirage de vide. A la différence du mandrin de l'art antérieur, la partie interne n'a dans l'invention qu'une fonction de positionnement et non de moulage, et présente donc une conception beaucoup plus simple et un caractère plus facilement démontable. Si nécessaire, la portion de moulage du corps peut être munie de raidisseurs sur sa face opposée à l'assemblage afin de conserver sa forme malgré une longueur importante, sans affecter la qualité du moulage ou le caractère démontable.
[0012] La co-cuisson permet de polymériser la résine thermodurcissable imprégnant les panneaux avec celle imprégnant les dômes, et de créer des liaisons covalentes entre les chaînes polymère en présence. Cette polymérisation conjointe conduit à une solidarisation des fonds au corps du réservoir en matériau composite, sans nécessiter l'ajout d'un composé adhésif tiers.
[0013] Dans un exemple de réalisation, les panneaux voisins présentent un amincissement d'épaisseur sur leur zone de recouvrement en direction de leurs bords longitudinaux.
[0014] Une telle caractéristique participe à minimiser davantage encore les désaffleurements et concentrations de contraintes dans le réservoir.
[0015] Dans un exemple de réalisation, les dômes précurseurs présentent un amincissement d'épaisseur sur leurs zones de jonction cylindriques en direction d'un bord circonférentiel du dôme.
[0016] Une telle caractéristique participe à minimiser davantage encore les désaffleurements et concentrations de contraintes dans le réservoir. [0017] Dans un exemple de réalisation, les dômes précurseurs sont chacun sectorisés et formés par des pétales juxtaposés autour de l'axe longitudinal avec recouvrement entre les pétales voisins.
[0018] La sectorisation des dômes améliore davantage encore leur conformation durant la cuisson sous vide en autorisant un glissement relatif entre les pétales.
[0019] En particulier, les pétales voisins peuvent présenter un amincissement d'épaisseur sur leur zone de recouvrement en direction de leurs bords longitudinaux.
[0020] Une telle caractéristique participe à minimiser davantage encore les désaffleurements et concentrations de contraintes dans le réservoir.
[0021] Dans un exemple de réalisation, les panneaux et dômes sont assemblés à l'état mi- cuit pour former l'assemblage précurseur. Ainsi, les panneaux et les dômes, déjà constitués, peuvent être assemblés à l'état mi-cuit pour former l'assemblage précurseur, ou bien les panneaux et les pétales, destinés à former les dômes après juxtaposition, peuvent être assemblés à l'état mi-cuit pour former l'assemblage précurseur.
[0022] Un matériau thermodurcissable mi-cuit a une résine partiellement polymérisée qui présente un degré d'avancement de polymérisation compris entre 15% et 70%, par exemple entre 25% et 50%. Pour une résine donnée, le degré d'avancement de polymérisation peut être déterminé par calorimétrie différentielle à balayage (« Differential Scanning Calorimetry » ; « DSC »).
[0023] Un matériau mi-cuit présente une certaine rigidité à température ambiante (20°C) qui facilite sa manipulation, et permet une simplification des outillages. Son emploi permet également de moins être contraint par la durée de vie à l'ambiante du matériau car la polymérisation d'un matériau mi-cuit évolue très peu à l'ambiante. La résine d'un matériau mi-cuit retrouve de la fluidité lorsque le matériau est remonté en température lors de la cuisson sous vide, ce qui permet aux éléments de se ramollir et de se conformer avec les portions de moulage.
[0024] Dans un exemple de réalisation, les panneaux et les dômes comprennent chacun une pluralité de raidisseurs sur une face opposée aux portions de moulage.
[0025] Le caractère externe de l'outillage de moulage n'interfère pas avec la présence des raidisseurs. L'invention trouve donc un intérêt particulier pour la fabrication d'un réservoir raidi lequel peut être relativement difficile à obtenir dans les techniques de l'art antérieur mettant en œuvre un mandrin de moulage interne.
[0026] Dans un exemple de réalisation, le procédé comprend en outre, avant le positionnement de l'assemblage précurseur dans l'outillage de moulage, la formation des panneaux et des dômes par placement automatique de fibre, les panneaux et les dômes étant chacun drapés sur une forme distincte de la partie interne de positionnement.
[0027] Cette technique permet d'avoir accès à une large variété de géométries, notamment par rapport au bobinage qui ne permet pas de draper dans la direction de l'axe longitudinal, ou de draper de manière automatisée des surépaisseurs ou renforts locaux. Le placement automatique de fibre permet également d'obtenir des éléments de faible perméabilité en comparaison avec des pièces obtenues par bobinage, adaptés par exemple au stockage d'ergols cryogéniques. En outre, l'outillage de drapage est dissocié de l'outillage de polymérisation, ce qui permet de réduire la durée du cycle de fabrication.
[0028] Dans un exemple de réalisation, le cylindre se prolonge au-delà de chacun des dômes de sorte à définir des précurseurs de jupes avant et arrière.
[0029] Une telle caractéristique présente un intérêt particulier dans le cadre d'un réservoir destiné à équiper un lanceur aérospatial, en permettant une intégration des jupes d'un seul tenant avec le réservoir permettant ainsi de former un étage complet de lanceur de manière simplifiée.
[0030] En particulier, chacun des dômes peut définir une deuxième zone de jonction cylindrique en regard d'un précurseur de jupe respectif et qui peut être solidarisée à ce dernier lors de la cuisson sous vide.
[0031] Dans un exemple de réalisation, les panneaux et les dômes comprennent des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres d'aramide, ou un mélange de telles fibres.
[0032] Ces matériaux pour les fibres sont particulièrement adaptés à l'application lanceur spatial, et à des ambiances cryogéniques.
[0033] Dans un exemple de réalisation, les panneaux et les dômes sont pré-imprégnés par une résine époxy, par exemple une résine époxy classe 180 qui polymérise à une température comprise entre 175°C et 185°C, par exemple sensiblement à 180°C.
[0034] Ce matériau est particulièrement adapté à l'application lanceur spatial, et à des ambiances cryogéniques, et peut se retravailler aisément après une polymérisation partielle.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 représente, de manière schématique en perspective, un exemple de panneau utilisable dans le cadre de l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 représente, de manière schématique et partielle, une section transversale du panneau de la figure 1 par rapport à son axe longitudinal.
[Fig. 2A] La figure 2A représente, de manière schématique et partielle, l'angle de biseau du panneau de la figure 2. [Fig. 3] La figure 3 représente, de manière schématique en perspective, le recouvrement de deux panneaux voisins selon un exemple de mise en œuvre de l'invention.
[Fig. 4] La figure 4 représente, de manière schématique et partielle, une variante de cylindre sectorisé.
[Fig. 5] La figure 5 représente, de manière schématique et partielle, une autre variante de cylindre sectorisé.
[Fig. 6] La figure 6 représente, de manière schématique et partielle, une autre variante de cylindre sectorisé.
[Fig. 7] La figure 7 représente, de manière schématique et partielle, une autre variante de cylindre sectorisé.
[Fig. 8] La figure 8 représente un exemple de pétale destiné à former un dôme précurseur de fond par juxtaposition avec d'autres pétales.
[Fig. 9] La figure 9 représente la juxtaposition d'un deuxième pétale sur le pétale de la figure 8 selon un exemple de mise en œuvre de l'invention.
[Fig. 10] La figure 10 représente, de manière schématique et partielle, une vue en coupe du dôme résultant de la juxtaposition de pétales selon la figure 8 dans un plan contenant la hauteur du dôme.
[Fig. 11] La figure 11 représente, de manière schématique et partielle, une vue en coupe du dôme résultant de la juxtaposition de pétales selon la figure 8 dans un plan perpendiculaire à la hauteur du dôme.
[Fig. 12] La figure 12 représente, de manière schématique et partielle, un assemblage précurseur du réservoir à fabriquer positionné dans un outillage de moulage sous vide dans le cadre d'un exemple de mise en œuvre de l'invention.
[Fig. 13] La figure 13 représente, de manière schématique et partielle, les raidisseurs présents sur l'assemblage de la figure 12.
[Fig. 14] La figure 14 représente, de manière schématique, la cuisson sous vide de l'assemblage illustré à la figure 12.
[Fig. 15] La figure 15 représente, de manière schématique, un détail d'une variante de dôme précurseur de fond.
Description des modes de réalisation
[0035] L'invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière. [0036] Le descriptif ci-dessous aborde, dans un premier temps, la structure et l'obtention du cylindre précurseur du corps, ainsi que des dômes précurseurs de fonds. Le détail de l'outillage de moulage sous vide, à l'intérieur duquel est positionné l'assemblage précurseur, ainsi que la phase de cuisson sous vide seront évoqués dans un second temps.
[0037] Panneaux et cylindre précurseur du corps
[0038] Le cylindre précurseur du corps est obtenu par juxtaposition de panneaux fibreux pré-imprégnés thermodurcissables. 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.
[0039] 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 thermodurcissable. 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 époxy, par exemple à base d'un monomère DGEBA (diglycidyl éther du bisphenol A), TGPAP (triglycidyl paraaminophenol), ou TGMDA (tetraglycidyl methylenedianiline), auquel on peut éventuellement adjoindre un durcisseur de type amine, par exemple du DDS (diaminodiphenyl sulfone). On utilise avantageusement la même résine dans les différents panneaux, ou à défaut des résines compatibles.
[0040] Les panneaux 10 ont une forme allongée le long d'un axe longitudinal X et présentent une forme incurvée en section transversale par rapport à l'axe X. Les panneaux 10 définissent deux bords 10a, 10b longitudinaux qui sont destinés à être superposés avec un panneau voisin, comme il sera décrit dans la suite. Comme indiqué plus haut, l'invention trouve un intérêt particulier pour la fabrication de réservoirs de grande longueur. Ainsi, les panneaux 10 peuvent avoir une longueur LO10 d'au moins 10 mètres, par exemple d'au moins 20 mètres, en particulier comprise entre 20 mètres et 30 mètres. La figure 1 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.
[0041] Les panneaux 10 sont, dans l'exemple de la figure 1, munis de raidisseurs longitudinaux 12 en composite thermodurcissable. 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 longueur LOIO des panneaux 10. Les panneaux 10 présentent néanmoins des zones dépourvues d'éléments de raidissement qui vont être décrites dans la suite.
[0042] Les panneaux 10 illustrés sont également munis de secteurs de cadre 14 circonférentiels en composite thermodurcissable. 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.
[0043] Les raidisseurs 12 et secteurs de cadre 14 peuvent être mi-cuits, ou présenter une polymérisation complète, ou peu ou pas avancée.
[0044] Les panneaux 10 présentent des zones 16 circonférentielles, destinées à l'accostage avec les fonds, qui sont dépourvues d'élément de raidissement. Les zones 16 sont chacune situées du côté d'une extrémité longitudinale opposée du panneau 10 considéré et de part et d'autre d'une zone 18 munie de raidisseurs 12 et secteurs de cadre 14. Comme il sera détaillé plus bas, les fonds seront solidarisés au corps du réservoir sur ces zones 16. Les panneaux 10 présentent également une zone longitudinale 19, située du côté du bord longitudinal 10b et s'étendant sur toute leur longueur LO10, qui est dépourvue d'élément de raidissement. 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 cadres 14 sont la résultante de l'agencement envisagé pour le recouvrement entre panneaux 10 voisins.
[0045] La figure 2 montre l'évolution de l'épaisseur elO des panneaux 10 sur leur largeur (dimension entre les bords 10a et 10b). Les panneaux 10 présentent une zone médiane 101 de leur largeur où l'épaisseur elO est sensiblement constante, et deux zones latérales 103a et 103b chacune situées du côté d'un bord longitudinal 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 longitudinal associé 10a, 10b. L'épaisseur elO peut être strictement décroissante en direction du bord longitudinal 10a, 10b. L'épaisseur elO 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 largeur LA10 du panneau 10. Sauf mention contraire, la largeur LA10 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 elO d'au moins 50 %, par exemple d'au moins 90%. Cette diminution de l'épaisseur elO est par exemple comprise entre 50 % et 95 %, voire entre 90% et 95%. La figure 2A représente, de manière schématique, un amincissement de l'épaisseur du panneau 10 en direction d'un bord longitudinal 10b lié à la présence d'une quantité décroissante de plis superposés PS en direction du bord 10b. L'angle a 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.
[0046] Les panneaux 10 qui viennent d'être décrits comportent des éléments de raidissement mais l'on ne sort pas du cadre de l'invention s'ils en sont dépourvus. 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 qui est, dans l'exemple considéré, précurseur du corps du réservoir mais également de jupes avant et arrière qui s'étendent au-delà des fonds.
[0047] La figure 3 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, 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 du deuxième panneau 10 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. En outre, les zones 16 du premier panneau 10 viennent dans le prolongement des zones 16 du deuxième panneau 10.
[0048] 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 du réservoir obtenu. En particulier lorsque tous les panneaux sont assemblés pour former le cylindre sectorisé, la réunion des zones 16 forme une zone circonférentielle à 360° dépourvue d'élément de raidissement. En outre, la réunion des secteurs de cadre 14 de chacun des panneaux définit une pluralité de cadres circonférentiels à 360° répartis sur la longueur du cylindre.
[0049] Les figures 4 à 7 montrent différentes variantes de juxtaposition des panneaux 10 pour former le cylindre 100 sectorisé. Le cylindre 100 s'étend le long de l'axe X avec des panneaux juxtaposés autour de cet axe.
[0050] Dans la variante de la figure 4, le cylindre 100 est formé par tuilage de tous les panneaux 10, c'est-à-dire que chacun des panneaux présente un premier bord longitudinal 10b recouvrant (au-dessus) un premier panneau voisin, et un deuxième bord longitudinal 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 longitudinaux 10a, 10b.
[0051] Dans la variante de la figure 5, il y a un tuilage excepté pour le panneau 10 en bas à droite de la figure qui vient recouvrir ses deux panneaux voisins.
[0052] Les variantes des figures 6 et 7 montrent des cas où il n'y a pas de tuilage qui sont également couverts par la présente invention.
[0053] La partie qui vient d'être décrite concerne les panneaux et leur juxtaposition pour former le cylindre précurseur de corps. La suite concerne les dômes précurseurs de fonds qui sont destinés à être solidarisés au cylindre pour délimiter le volume interne du réservoir en matériau composite à obtenir.
[0054] Dômes précurseurs de fond
[0055] La figure 8 représente un pétale 20, qui a la forme d'un secteur de dôme, drapé en forme. Selon cet exemple, chaque dôme précurseur de fond est obtenu par juxtaposition de pétales 20 fibreux pré-imprégnés thermodurcissables. D'une manière générale, chacun des dômes peut comporter au moins deux pétales 20, voire au moins trois pétales 20. L'exemple décrit ici concerne le cas de dômes ayant chacun quatre pétales 20.
[0056] Comme pour les panneaux 10, les pétales 20 sont avantageusement réalisés par placement automatique de fibres. Les pétales 20 comprennent chacun un renfort fibreux pré-imprégné par une résine thermodurcissable. Le choix du matériau de renfort et de la résine est fonction de l'application envisagée. Le renfort et la résine des pétales 20 peuvent être tels que décrits plus haut pour les panneaux 10. On choisira avantageusement pour les pétales 20 une résine identique à celle des panneaux 10, ou à défaut compatible avec celle- ci. De manière similaire aux panneaux 10, les pétales 20 peuvent être drapés sur un outillage mâle ou femelle, et sur une forme de drapage ne faisant pas partie intégrante de l'outillage de moulage sous vide.
[0057] Comme pour les panneaux 10, les pétales 20 définissent deux bords 20a, 20b s'étendant chacun selon une longitude, dits bords longitudinaux, qui sont destinés à être superposés avec un pétale voisin. Les bords 20a, 20b longitudinaux sont destinés à s'étendre le long de l'axe X longitudinal du cylindre 100 dans l'assemblage précurseur qui sera décrit plus bas. Les pétales 20 définissent deux bords 20c, 20d s'étendant chacun selon une latitude (ou circonférentiels) qui sont transverses aux bords 20a, 20b. Chacun des bords 20c, 20d relie le bord 20a au bord 20b. Le bord 20c présente une première longueur curviligne, et le bord 20d une deuxième longueur curviligne qui est supérieure à la première longueur curviligne.
[0058] De manière similaire aux panneaux 10, et à l'illustration de la figure 2, les pétales 20 présentent une épaisseur évolutive entre les bords 20a et 20b. Les pétales 20 présentent ainsi une zone médiane 201 où l'épaisseur est sensiblement constante, et deux zones latérales 203a et 203b chacune situées du côté d'un bord 20a, 20b respectif qui présentent une épaisseur évolutive. La zone 203a est délimitée par le bord 20a et la longitude 21 et la zone 203b par le bord 20b et la longitude 23. La zone 201 est située entre les zones 203a et 203b, ou entre les longitudes 21 et 23. La description fournie plus haut relative aux zones 103a, 101 et 103b s'applique respectivement aux zones 203a, 201 et 203b mutatis mutandis.
[0059] Les pétales 20 définissent un secteur 203d d'une zone cylindrique de jonction qui est destiné à venir en regard du cylindre précurseur du corps, et plus particulièrement en regard de la zone 16 d'accostage qui a été décrite plus haut. Le secteur 203d correspond à une zone circonférentielle délimitée par le bord 20d et par une latitude 25. Dans l'exemple décrit ici et comme illustré à la figure 10, les pétales 20 présentent un amincissement d'épaisseur sur leur secteur 203d en direction du bord 20d. [0060] Les pétales 20 sont juxtaposés au niveau de leurs bords 20a, 20b avec recouvrement entre pétales voisins, de manière similaire à ce qui a été décrit plus haut pour les panneaux 10. Ainsi, la figure 9 représente le positionnement d'un deuxième pétale 20 en recouvrement partiel avec le premier pétale 20, étant entendu que deux autres pétales sont juxtaposés pour former le dôme 200 complet dans l'exemple considéré. La figure 11 montre schématiquement la juxtaposition de ces quatre pétales 20. Les pétales 20 voisins présentent ici un amincissement d'épaisseur e20 sur leur zone ZR20 de recouvrement en direction de leurs bords 20a, 20b longitudinaux.
[0061] Comme illustré à la figure 10, le dôme 200 présente une zone 205 de fond située entre le bord 20c et la latitude 25. Le dôme 200, et en particulier la zone 205, a une forme de révolution. La réunion des secteurs 203d forme une zone 210 de jonction cylindrique à 360° qui prolonge la zone 205 jusqu'au bord 20d. La figure 10 montre l'amincissement de l'épaisseur e20 des pétales 20 (ou du dôme 200) en direction du bord 20d, au niveau des secteurs 203d ou de la zone 210. L'évolution du rayon R du dôme 200 est également visible avec un rayon R strictement croissant entre le bord 20c et la latitude 25, et sensiblement constant sur la zone 210. Le rayon R du dôme 200, pris sur le bord 20d, peut être supérieur ou égal à 1 mètre, par exemple supérieur ou égal à 2,5 mètres.
[0062] On notera également que les pétales 20 peuvent être munis de raidisseurs en composite thermodurcissable. La description faite plus haut pour ces raidisseurs en lien avec les panneaux 10 est applicable. Une illustration possible pour ces raidisseurs est fournie à la figure 13 qui sera décrite dans la suite.
[0063] Une structure possible pour le cylindre 100 et les dômes 200 vient d'être décrite. La suite s'attache à décrire leur assemblage et leur positionnement dans l'outillage de moulage sous vide.
[0064] Montage de l'outillage de moulage sous vide et positionnement de l'assemblage précurseur dans cet outillage
[0065] La cinématique de montage de l'outillage 30 de moulage sous vide et de positionnement de l'assemblage précurseur va, à présent, être détaillée en lien avec la figure 12. Sur cette figure, ainsi que sur la figure 14, les épaisseurs relatives ainsi que les espacements entre les différents éléments n'ont pas été rigoureusement respectés pour des raisons de lisibilité.
[0066] Une bâche à vide 34 est initialement placée sur une partie 32 de positionnement. La partie 32 est de conception beaucoup plus simple que le mandrin mis en œuvre dans les techniques de l'art antérieur dans la mesure où elle n'est pas utilisée en tant que surface moulante et ne nécessite pas d'être étanche. Elle est, par conséquent, plus facilement démontable. La partie 32 est supportée par un arbre 36 qui s'étend le long d'un axe longitudinal X. L'axe X correspond à l'axe longitudinal 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 du réservoir 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.
[0067] Les pétales 20 sont ensuite positionnés sur la partie 32 à ses deux extrémités longitudinales 321 et 323 opposées. Les pétales 20 sont juxtaposés de la manière décrite plus haut pour former deux dômes 200 précurseurs de fond aux extrémités opposées 321, 323. Les zones 205 de fond des dômes 200 définissent chacune un orifice 206, ici en forme générale de disque, au travers duquel s'étend l'arbre 36. Les dômes 200 peuvent présenter une forme générale de révolution autour de l'axe X.
[0068] On positionne ensuite les portions 38 de moulage. Ces portions 38 ont chacune la forme d'un dôme et sont à la forme des fonds du réservoir à obtenir. L'exemple illustré montre deux portions 38 symétriques mais on ne sort, bien entendu, pas du cadre de l'invention si ce n'est pas le cas. Les dômes 200 sont situés à l'intérieur du volume intérieur défini entre les portions 38. Chaque dôme 200 est maintenu en place par une portion 38 respective. Chaque dôme 200 est intercalé entre une portion 38 et la bâche à vide 34 (ou la partie 32). Comme illustré, les portions 38 recouvrent la zone 205 de fond mais ne recouvrent pas la zone 210 de jonction cylindrique. La personne du métier reconnaîtra que d'autres variantes sont possibles. Ainsi, les dômes 200 peuvent d'abord être positionnés sur les portions 38 puis cet ensemble peut ensuite être placé sur les extrémités 321, 323 de la partie 32. Le positionnement précis des portions 38 ainsi que leur maintien peut être assuré par l'arbre 36. Selon une variante, tous les pétales peuvent d'abord être drapés sur un outillage dôme, puis le dôme peut être mi-cuit avant assemblage sur la partie 32 ou la portion 38.
[0069] Dans l'exemple considéré à la figure 12, une deuxième et une troisième bâches 35 à vide sont ensuite placées respectivement pour la formation des jupes avant et arrière qui sera décrite dans la suite. Les deuxième et troisième bâches 35 peuvent avoir la même nature que la première bâche 34.
[0070] On positionne ensuite des couronnes 40 de positionnement aux extrémités 361, 363 de l'arbre 36 qui définissent une surface 42 de positionnement cylindrique dont la fonction sera décrite plus bas. [0071] Les panneaux 10 sont ensuite positionnés et juxtaposés, de la manière décrite plus haut, de sorte à former le cylindre 100 précurseur du corps du réservoir. Le cylindre 100 est situé autour des dômes 200. Dans l'exemple illustré, les dômes 200 sont situés à l'intérieur du cylindre 100. Le cylindre 100 s'étend d'un dôme 200 à un autre. D'une manière générale, la longueur LO10 des panneaux, qui correspond également à la longueur du cylindre 100, est supérieure ou égale à la longueur LC, mesurée selon l'axe X, qui correspond à la distance séparant les deux zones 205. La longueur LC correspond sensiblement à la longueur du corps du réservoir à obtenir. Dans l'exemple illustré, le cylindre 100 se prolonge au-delà des dômes 200 pour former des précurseurs de jupes avant 110 et arrière 120 positionnés respectivement en regard de la deuxième et de la troisième bâches 35. Ainsi dans cet exemple la longueur LO10 est supérieure à la longueur LR, mesurée selon l'axe X, qui correspond à la distance entre les orifices 206 des dômes 200. La longueur LR correspond sensiblement à la longueur du réservoir composite à obtenir. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si le cylindre ne forme pas de telles jupes en s'arrêtant au niveau des dômes 200.
[0072] On obtient ainsi, après positionnement des panneaux 10, un assemblage précurseur du réservoir à fabriquer qui comprend le cylindre 100 et les dômes 200 situés chacun du côté d'une extrémité longitudinale opposée du cylindre 100. Les dômes 200 délimitent avec le cylindre 100 un volume V interne du réservoir à obtenir. Les dômes 200 referment le cylindre 100 du côté de chacune de ses extrémités longitudinales. Le cylindre 100 et les dômes sont chacun en matériau fibreux pré-imprégné thermodurcissable. Les panneaux 10 sont positionnés en regard des zones 210 de sorte à permettre la solidarisation des fonds au corps lors de la co-cuisson qui sera décrite plus bas. En particulier, les zones 210 sont en regard des zones 16 des panneaux 10 dépourvues d'élément de raidissement qui ont été décrites plus haut.
[0073] Les panneaux 10 et dômes 200 (ou pétales 20) peuvent être assemblés à l'état mi- cuit pour former l'assemblage précurseur. Ils peuvent chacun être drapés, lors de leur fabrication, à l'état mi-cuit, ou en variante être drapés à l'état cru, c'est-à-dire avec un degré d'avancement de polymérisation inférieur à celui de l'état mi-cuit et subir ensuite un traitement thermique de polymérisation partielle pour les porter à l'état mi-cuit. Les dômes 200 (ou pétales 20) et les panneaux 10 peuvent être assemblés après cette polymérisation partielle.
[0074] On positionne ensuite la portion 60 de moulage du corps du réservoir qui est à la forme du corps du réservoir à obtenir et qui vient entourer le cylindre 100 sur toute sa longueur. Le cylindre 100 est situé à l'intérieur de la portion 60. La portion 60 est située autour du cylindre 100. La portion 60 permet de maintenir en place les panneaux 10. On peut envisager d'indexer les panneaux 10 sur la portion 60. Comme les panneaux 10, la portion 60 peut être sectorisée et formée par plusieurs secteurs assemblés entre eux pour former une portion de moulage à 360°. Comme illustré, la portion 60 s'étend d'une couronne 40 à l'autre. Elle est positionnée sur la surface 42, ce qui évite de faire supporter le poids de cet outillage extérieur sur les panneaux 10. La portion 60 peut comporter des raidisseurs (non représentés) sur sa face opposée aux panneaux 10 afin de présenter une rigidité importante et conserver ainsi la même forme, sans fléchissement, malgré une longueur importante. Une surface interne SI de l'assemblage précurseur est située du côté de la bâche 34 (et délimite le volume V interne du réservoir), et une surface externe S2 de l'assemblage est située du côté des portions 38, 60.
[0075] La figure 13 montre un détail possible relatif aux raidisseurs 12 des panneaux 10 et aux raidisseurs 202 des dômes 200 assemblés. Les raidisseurs 202 ont une forme incurvée, suivant ici des longitudes de chacun des dômes 200. Les raidisseurs 202 et 12 sont situés sur une face de l'assemblage précurseur opposée aux portions 38, 60. Dans l'exemple illustré, les raidisseurs 202 dépassent des dômes 200 pour s'étendre le long des panneaux lorsque le cylindre 100 est assemblé avec les dômes 200. Les raidisseurs 202 sont joints aux raidisseurs 12 au niveau de zones de jonction 212, par des techniques connues en soi, par exemple par jonction bord-à-bord, soyage ou éclissage. On ne sort pas du cadre de l'invention si les raidisseurs des dômes ne se prolongent pas au-delà de la zone 210, ou si les dômes sont dépourvus de raidisseurs.
[0076] Les joints d'étanchéité 52 entre les bâches 34, 35 et les portions 38, 60 de moulage sont ensuite réalisés.
[0077] L'assemblage précurseur est ainsi positionné dans l'outillage 30 de moulage sous vide. En particulier, le cylindre 100 est intercalé entre la bâche 34 et la portion 60 de moulage, et chaque dôme 200 est intercalé entre la bâche 34 et une portion 38 de moulage respective. La partie 32 est située à l'intérieur de l'assemblage précurseur, c'est-à-dire est située à l'intérieur du volume V interne du réservoir à obtenir. La réunion des portions 60 et 38 est située à l'extérieur de ce volume interne et forme une partie externe à l'assemblage, destinée au moulage du réservoir.
[0078] Cuisson sous vide de l'assemblage précurseur dans l'outillage et démontage [0079] La phase de cuisson sous vide est illustrée à la figure 14. Cette phase de cuisson peut être réalisée avec ou sans pression additionnelle.
[0080] Le chauffage appliqué conduit à une fluidification de la ou des résines en présence. La mise sous vide de l'outillage 30 provoque un plaquage de la bâche 34 contre le cylindre 100 et les dômes 200 de sorte à plaquer ces derniers contre les portions 38, 60 et à les conformer à la forme souhaitée. Les dômes 200 viennent se plaquer contre les panneaux 10 grâce au léger déplacement relatif / écartement des pétales 20, écartement rendu possible grâce à la faible viscosité de la résine en température et au fluage entre pétales. Lors de l'assemblage avec les panneaux 10, sous l'effet de la température et de la pression, les pétales 20 s'écartent pour venir se conformer à la surface interne des panneaux. C'est essentiellement la zone 210 qui s'accostera avec les panneaux 100. Les bâches 35 appliquent quant à elles une pression sur les précurseurs de jupe 110 et 120.
[0081] Une fois toutes les pièces en place, le chauffage permet à la résine de finir de polymériser avec création de liaisons au niveau des chaînes polymères (création d'un réseau tridimensionnel), figeant les interfaces et la forme globale de la structure réservoir. La polymérisation des matériaux thermodurcissables est complète après l'étape de co-cuisson. [0082] La cuisson sous vide peut être réalisée dans une enceinte chauffante, comme une étuve ou un autoclave. L'étuve permettra la polymérisation sous vide, l'autoclave permettra d'apporter une pression additionnelle en plus du tirage de vide. En variante ou en combinaison, on peut mettre en œuvre un outillage de moulage muni d'éléments chauffants (non représentés) pour réaliser cette cuisson. La température imposée lors de la cuisson sous vide dépend de la résine utilisée et peut par exemple être supérieure ou égale à 150°C, et par exemple être comprise entre 175°C et 185°C, par exemple voisine de 180°C.
[0083] On peut utiliser un outillage 30 en matériau composite pour diminuer le phénomène de dilatation différentielle entre l'outillage et le réservoir. En variante, l'outillage 30 peut être métallique, par exemple en Invar, ou en acier. Dans ce dernier cas, il pourra être avantageux de minimiser les contraintes lors du refroidissement par exemple en cassant le vide dans la bâche à vide à la fin du palier de polymérisation, ou en prévoyant un entrebâillement de la portion 60.
[0084] On procède ensuite au démontage de l'outillage 30 lequel est facilité par le positionnement des portions de moulage à l'extérieur du réservoir, et par la conception simplifiée de la partie interne.
[0085] Le réservoir 1 obtenu qui vient d'être décrit présente une jupe 1100 avant et une jupe 1200 arrière prolongeant le corps 1000 au-delà des fonds 2000. Les jupes 1100 et 1200 sont monolithiques avec le reste du réservoir 1. La figure 15 illustre une variante de réalisation s'intégrant dans ce cadre dans laquelle le dôme présente une jonction supplémentaire côté jupe grâce à l'emploi d'une pièce torique qui va à présent être décrite. [0086] Ainsi, le dôme 200 de la figure 15 définit une deuxième zone 310 de jonction cylindrique en regard du précurseur de jupe 120, étant entendu qu'une structure similaire est présente du côté du précurseur de jupe 110. La deuxième zone 310 est située du côté opposé à la première zone 210. La première zone 210 délimite le volume V interne du réservoir à obtenir, et la deuxième zone 310 s'étend à l'extérieur de ce volume V.
[0087] La deuxième zone 310 est définie par une pièce 300 de forme torique qui est rapportée sur la zone 205. Plus particulièrement, la pièce 300 comprend une zone 305 de jonction au dôme 200 reprenant la forme de la zone 205 et solidaire de cette dernière, la zone 310 en regard du précurseur de jupe 120 et une zone intermédiaire 307 repliée reliant la zone 305 à la zone 310.
[0088] La pièce 300 est réalisée à part. De la même manière que le fond 200, elle peut être constituée de secteurs juxtaposés, formés par un matériau fibreux pré-imprégné thermodurcissable, qui se recouvrent partiellement. La pièce 300 peut être réalisée par placement automatique de fibre, ou bien manuellement dans le cas où le rayon de « pliure » soit trop petit pour être réalisé par drapage automatisé AFP. De manière avantageuse, la pièce 300 est mi-cuite après drapage et avant assemblage avec le fond 200 et les panneaux 10.
[0089] La pièce 300 est positionnée sur le fond 200 une fois celui-ci positionné sur la partie 32. Ensuite une fois en place, la portion 38 est positionnée laquelle a une forme adaptée à la présence de la pièce 300. En variante, on positionne d'abord la pièce 300 sur la portion 38, puis le fond 200 est positionné sur cette portion 38 et l'ensemble est placé sur la partie 32.
[0090] La pièce 300 peut ou non être raidie. Les raidisseurs peuvent être tels que décrits plus haut et sont positionnés dans l'outillage préalablement au drapage.
[0091] L'espace 250 entre le dôme 200 et la pièce 300 peut être comblé par un matériau remplissage, éventuellement chargé de fibres.
[0092] Comme pour le fond de réservoir, lors de la cuisson sous vide, la pièce torique va se ramollir sous l'action de la température (diminution de la viscosité de la résine). Et sous l'action de la pression, appliquée par les bâches 35, le diamètre du tore va légèrement augmenter de diamètre (écartement relatif des secteurs du tore) et venir se conformer à la surface intérieure des panneaux. Une fois complètement polymérisée, la pièce torique est solidaire du fond et des panneaux, et assure une liaison des fonds aux jupes avant et arrière.
[0093] L'invention qui vient d'être décrite est particulièrement adaptée à la fabrication de réservoirs de grande longueur, voire très grande longueur, que l'on peut rencontrer dans le cas des réservoirs de l'étage principal des lanceurs spatiaux (« lower stage » en anglais), ou dans le cas des réservoirs des étages d'accélération à poudre (« boosters » en anglais). L'invention s'applique également aux réservoirs des étages supérieurs (« upper stages » en anglais). En fonctionnement, le réservoir composite peut être rempli de méthane liquide, hydrogène liquide ou oxygène liquide, ou une association de ces composés. Le réservoir peut être utilisé en ambiance cryogénique. [0094] Le domaine de l'invention n'est toutefois pas limité à un réservoir pour une intégration dans un lanceur aérospatial mais peut trouver une application dans le domaine aéronautique ou, plus généralement, dans toute application nécessitant un réservoir de grande dimension. [0095] L'expression « compris(e) entre ... et ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d'un réservoir (1) en matériau composite, comprenant :
- le positionnement d'un assemblage précurseur du réservoir à fabriquer dans un outillage (30) de moulage sous vide, l'assemblage étant en matériau fibreux pré-imprégné thermodurcissable et comprenant (i) un cylindre (100) sectorisé, précurseur du corps (1000) du réservoir, s'étendant le long d'un axe (X) longitudinal et formé par des panneaux (10) juxtaposés autour de l'axe longitudinal avec recouvrement entre les panneaux voisins, et (ii) deux dômes (200), précurseurs de fond (2000) du réservoir, chacun de ces dômes étant situé du côté d'une extrémité longitudinale opposée du cylindre, les dômes délimitant avec le cylindre un volume interne (V) du réservoir à obtenir, chaque dôme définissant une zone (210) de jonction cylindrique positionnée en regard du cylindre et à l'intérieur de ce dernier, l'outillage comprenant une partie interne (32) revêtue d'une bâche (34) à vide, située à l'intérieur du volume interne, sur laquelle l'assemblage est positionné, et une partie externe de moulage, située à l'extérieur du volume interne, et comprenant (a) une portion (60) de moulage du corps du réservoir ayant une forme cylindrique située en regard du cylindre précurseur, et (b) des portions (38) de moulage d'un fond de réservoir en forme de dôme situées chacune en regard d'un dôme précurseur de fond distinct, et
- la cuisson sous vide de l'assemblage dans l'outillage durant laquelle la bâche à vide applique une pression pour conformer l'assemblage sur les portions de moulage, avec maintien des zones de jonction en appui sur le cylindre précurseur et co-cuisson des dômes et du cylindre pour solidariser les fonds au corps et obtenir le réservoir en matériau composite.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel les panneaux (10) voisins présentent un amincissement d'épaisseur (elO) sur leur zone (ZR) de recouvrement en direction de leurs bords (10a ; 10b) longitudinaux.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les dômes (200) précurseurs présentent un amincissement d'épaisseur (e20) sur leurs zones (210) de jonction cylindriques en direction d'un bord (20d) circonférentiel du dôme.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les dômes (200) précurseurs sont chacun sectorisés et formés par des pétales (20) juxtaposés autour de l'axe longitudinal (X) avec recouvrement entre les pétales voisins.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel les pétales (20) voisins présentent un amincissement d'épaisseur (e20) sur leur zone (ZR20) de recouvrement en direction de leurs bords (20a ; 20b) longitudinaux.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les panneaux (10) et dômes (200) sont assemblés à l'état mi-cuit pour former l'assemblage précurseur.
[Revendication 7] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les panneaux (10) et les dômes (200) comprennent chacun une pluralité de raidisseurs (12 ; 202) sur une face opposée aux portions (38 ; 60) de moulage.
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le procédé comprend en outre, avant le positionnement de l'assemblage précurseur dans l'outillage (30) de moulage, la formation des panneaux (10) et des dômes (200) par placement automatique de fibre, les panneaux et les dômes étant chacun drapés sur une forme distincte de la partie interne (32) de positionnement.
[Revendication 9] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le cylindre (100) se prolonge au-delà de chacun des dômes (200) de sorte à définir des précurseurs (110 ; 120) de jupes avant et arrière.
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 9, dans lequel chacun des dômes (200) définit une deuxième zone (310) de jonction cylindrique en regard d'un précurseur (110 ; 120) de jupe respectif et qui est solidarisée à ce dernier lors de la cuisson sous vide.
[Revendication 11] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les panneaux (10) et les dômes (200) comprennent des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres d'aramide, ou un mélange de telles fibres. [Revendication 12] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les panneaux (10) et les dômes (200) sont pré-imprégnés par une résine époxy.
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