FR2646494A1 - Materiau leger pour structures aerospatiales - Google Patents

Abstract

Matériau léger pour structures aérospatiales. Ce matériau comprend une enveloppe métallique 2, ayant une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm, emplie d'hydrogène ou d'hélium sous une pression telle qu'en cas d'absence de charges mécaniques, la structure obtenue soit sous un état de tension mécanique. De tels éléments peuvent être accolés, sous des peaux externes, pour former des panneaux plats ou des éléments arrondis. Application : éléments de renforcement ou de support de charge pour structures aérospatiales.

Description

La présente invention concerne des matériaux légers, destinés à servir à

la construction de structures aérospatiales. Un matériau couramment utilisé dans la construction des avions et aéronefs consiste en deux peaux métalliques entre lesquelles il y a, reliée et/ou collée à ces peaux,une

couche en nid d'abeilles métallique. Ce matériau est large-

ment utilisé dans les cas o les charges sont réparties ou distribuées par nature, comme dans le cas des sols de cabines ou certaines aires ou surfaces des ailes, des plans ou ailettes ou dérives de queue. On connaît également un matériau gonflable consistant en un sac flexible de forme convenable, dont des régions sont reliées par des éléments flexibles tendus. Ce matériau était spécifiquement destiné

à servir dans un contexte spatial pour permettre l'"atter-

rissage" des structures sous forme aplatie et leur dilata-

tion subséquente à leur forme finale quand les structures

ont atteint leur destination.

Dans de nombreuses applications aérospatiales, la combinaison de la charge et de la longueur de transmission

est telle que les structures résultantes sont en compres-

sion et que leur comportement est régi par des critères de stabilité élastique. Les charges que les structures doivent supporter régissent le dimensionnement du matériau servant

à fabriquer les structures et en régissent donc les masses.

Selon la présente invention, celle-ci propose un matériau léger destiné à servir de composant de support de

charges d'nne structure aérospatiale, le matériau compre-

nant une enveloppe métallique ayant une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm et qui est emplie d'hydrogène ou d'hélium à une pression telle que, lorsque la structure n'est pas soumise à des charges mécaniques, cette structure se trouve

en un état de tension mécanique.

De préférence, le gaz est de l'hélium. Typiquement, l'épaisseur de la paroi de l'enveloppe est de 0,1 mm, et la

pression du gaz est de 10 bars.

L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins d'accompagnement sur lesquels: la figure 1 est une représentation d'un élément simple de renforcement comportant une mise en oeuvre de l'invention; la figure 2 est une représentation d'une structure de panneau comportant la mise en oeuvre de l'invention; la figure 3 est une représentation d'une autre forme de structure de panneau comportant la mise en oeuvre de l'invention; et la figure 4 montre une autre forme d'élément de

renforcement comportant la mise en oeuvre de l'invention.

En se référant aux dessins, on voit que la figure 1 montre un élément simple de renforcement,qui consiste en une chambre 1 cylindrique dont la paroi 2 est en un alliage d'aluminium et a une épaisseur d'environ 0,1 mm. La chambre

1 cylindrique est emplie d'hélium sous une pression d'envi-

ron 10 bars.

La figure 2 montre une façon de fabriquer une struc-

ture de panneau sensiblement plat. Comme dans le cas de l'élément de renforcement décrit en référence à la figure 1, la structure de panneau consiste en une chambre 21, qui a une paroi 22 en un alliage d'aluminium ayant environ 0,1 mm d'épaisseur et qui est emplie d'hélium sous une pression d'environ 10 bars. Dans ce cas, cependant, la chambre 21 est mise sous forme d'un panneau sensiblement plat, précontraint à l'aide d'éléments 23 de précontrainte qui relient des régions opposées de la paroi 22 de la chambre 21. Les éléments 23 de précontrainte peuvent avoir la forme de fils métalliques, de filés ou d'éléments

filetés, ou bien prendre la forme de feuilles minces con-

tinues. On peut réaliser des structures de panneaux ayant une forme autre qu'une forme sensiblement plane, par exemple un plan de sustentation ou une aile, ou une partie d'un tel plan ou d'une telle aile, en faisant varier de façon systématique convenable les longueurs des éléments 23 de précontrainte. On peut ainsi obtenir un ou des panneaux

de forme aérodynamique incurvée.

Un inconvénient de la structure de panneau repré-

sentée sur la figure 2 est que, en raison de la minceur de la paroi 22 de la chambre 21, elle tend à se bosseler aux endroits o les éléments 23 de précontrainte sont reliés à la paroi 22 de la chambre 21. On peut surmonter cet effet grâce à l'agencement représenté sur la figure 3. Dans ce cas, plusieurs chambres 31, ayant la même structure que celle précédemment décrite, sont reliées ensemble sur la majeure partie de leurs périphéries. Non seulement le fait de relier ainsi ensemble les chambres 31 leur donne des sections allongées semblables à celles de la structure de panneau décrite à propos de la figure 2, mais cela permet d'y parvenir sans avoir besoin de recourir à des éléments internes quelconques de précontrainte. Des peaux externes 32 et 33 sont reliées et/ou collées aux extrémités 34 arrondies des chambres 31, pour donner des surfaces externes dépourvues de bosselures. Un avantage de cette forme de structure est qu'une perte d'intégrité suivie d'une décompression d'une ou plusieurs chambres 31 ne va

pas nécessairement provoquer un affaissement du panneau.

Comme précédemment, on peut réaliser des panneaux ayant une épaisseur autre qu'une épaisseur uniforme, en faisant varier les longueurs d'une chambre 31 dans la direction

perpendiculaire aux peaux externes 32 et 33 du panneau.

Une construction multicellulaire semblable, pour protéger contre une perte de solidité mécanique, peut être appliquée à des éléments de renforcement, et une telle structure est représentée sur la figure 4. Plusieurs

chambres 4 cylindriques et séparées sont étroitement acco-

lées et reliées et/o collées ensemble le long de leurs lignes de contact, en formant ainsi un garnissage serré. Ces chambres sont entourées par un cylindre 42 externe auquel sont reliées et/ou collées les chambres 4' cylindriques

externes du garnissage intérieur.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Matériau léger destiné à servir de composant de support de charge d'une structure aérospatiale, ce matériau

étant caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe métal-

lique (2), ayant une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm et emplie d'hydrogène ou d'hélium sous une pression telle que, si elle n'est pas soumise à des charges, la -structure

se trouve sous un état de tension mécanique.

2. Matériau léger selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que ce matériau comprend plusieurs structures (21) selon la revendication 1, reliées ou collées ensemble

et reliées ou collées à une peau (22) externe.

3. Matériau léger selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau léger a

la forme d'un panneau sensiblement plat.

4. Matériau léger selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau léger a la forme d'un panneau ayant une forme aérodynamique incurvée.

5. Matériau léger selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il peut être mis sous

forme d'un élément de renforcement mécanique.

6. Matériau léger selon l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrogène ou l'hélium est présent sous une pression de l'ordre de

bars.