FR2903961A1

FR2903961A1 - Element structurel de cellule de giravion,son procede de fabrication,cellule de giravion et giravion comportant de tels elements structurels

Info

Publication number: FR2903961A1
Application number: FR0606703A
Authority: FR
Inventors: Herve Payen
Original assignee: Eurocopter France SA; Eurocopter SA
Current assignee: Airbus Helicopters SAS
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-01-25
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: FR2903961B1

Abstract

L'invention concerne un élément structurel 20 de cellule de giravion dont une partie ou paroi 21 comporte au moins une cavité ou dépression 36 à 38, l'élément structurel comportant en outre au moins un insert 47 monté sans jeu dans la cavité ou dépression, l'insert comportant une pluralité d'amorces de déformation et/ou de rupture qui sont réparties sur (ou dans) une portion substantielle au moins de l'insert.

Description

1 Elément structurel de cellule de giravion, son procédé de fabrication,

cellule de giravion et giravion comportant de tels éléments structurels. La présente invention est relative à une poutre et/ou un cadre d'une cellule de giravion, à son procédé de fabrication, ainsi qu'à une cellule de giravion et un giravion comportant de tels poutres et/ou cadres. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'hélicoptères. Il a été décrit dans les brevets FR-2 632 604 et US-5,024,399, un cadre de cellule d'hélicoptère qui comporte une partie supérieure en forme de portique présentant deux extrémités, ainsi qu'une partie inférieure en forme de poutre, traverse ou semelle, qui présente deux extrémités reliées aux extrémités de la partie en forme de portique. Les cadres décrits dans ces brevets sont fabriqués en un matériau composite constitué de fibres ou tissus de carbone imprégné(e)s de résine thermodurcissable (phénolique ou époxy). La traverse comprend un panneau comprenant deux âmes parallèles délimitant un espace rempli d'une structure alvéolaire (nid d'abeille ou mousse) ; les âmes présentent, en partie inférieure du panneau, des ondulations longitudinales (qui sont sensiblement horizontales en position normale de l'hélicoptère) ; cette structure permet d'obtenir par amorce de flambage une déformation contrôlée de la partie du cadre formant traverse si cette partie heurte brutalement le sol. Il a été décrit dans le brevet US-5,069,318 une structure sous plancher d'hélicoptère qui comporte des raidisseurs en matériau composite, dont les plis sont interrompus en partie basse pour favoriser la rupture, du bas vers le haut, du raidisseur en cas de crash de l'hélicoptère et pour absorber ainsi l'énergie du choc.

2903961 2 Le brevet US-4,734,146 décrit un procédé de fabrication d'une poutre en matériau composite dont l'âme est ondulée, tandis que le brevet WO-03/018295 décrit un procédé d'assemblage de deux pièces composites. Il est par ailleurs connu de réaliser des pièces d'une structure 5 d'aéronef en alliage métallique, ,en particulier en alliage d'aluminium ; un inconvénient de ce type de pièce résulte de la difficulté de concevoir et réaliser une pièce répondant à des contraintes mécaniques qui sont très variables en fonction des conditions d'utilisation de l'aéronef, tout en présentant une masse faible ; pour cette dernière raison notamment , 10 depuis plusieurs décennies, les matériaux composites sont préférés aux alliages métalliques pour fabriquer de pièces de structure d'aéronef. Il a par ailleurs été proposé dans le document US-2002/0178583 d'assembler des pièces métalliques à un panneau de cloison non métallique pour l'encadrer.

15 Un problème supplémentaire résulte, dans certains giravions notamment, de l'intégration d'au moins un réservoir (de carburant) réalisé en matériau souple (élastomère multicouche par exemple), dans la cellule du giravion, dans un espace pouvant s'étendre sous le plancher de la cabine et au dessus de la paroi extérieure, entre deux cadres consécutifs de la 20 cellule ; une telle intégration nécessite de disposer, dans l'espace recevant le réservoir souple, de parois d'appui (latérales notamment) pour le réservoir, qui soient sensiblement planes. Un objectif de l'invention est de proposer un élément structurel de cellule de giravion, tel qu'un cadre et/ou une poutre qui soit 25 essentiellement métallique et dont la partie inférieure, destinée à s'étendre sous un plancher de la cabine, présente des performances élevées d'absorption d'énergie en cas de choc vertical ( crash ) résultant d'un atterrissage, par déformation contrôlée de cette partie inférieure. Un objectif de l'invention est de proposer de tels éléments structurels, leur procédé de fabrication, des cellules de giravion et 2903961 3 giravions les incorporant, qui soient améliorés et/ou qui remédient, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients de ces objets et procédés connus. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un élément structurel 5 de cellule de giravion dont une partie ou paroi comporte au moins une cavité, i.e. un logement ou une dépression, l'élément structurel comportant en outre au moins un insert monté(s) (logé(s)) sans jeu dans la (les) cavité(s), l'insert (ou le cas échéant chacun des inserts) comportant une pluralité d'amorces de déformation et/ou de rupture qui sont réparties sur 10 (ou dans) une portion substantielle au moins de l'insert, de sorte que l'insert (les inserts) contribue(nt) à la résistance mécanique de l'élément structurel tout en augmentant sa capacité d'absorption d'énergie en cas de choc. Selon un mode préféré de réalisation, chaque cavité débouche sur la 15 tranche du cadre et le cas échéant sur une ou deux face(s) latérale(s) externes de la partie inférieure de l'élément structurel. Les amorces de déformation et/ou de rupture peuvent être sensiblement régulièrement réparties, par exemple équidistantes le long d'au moins un premier axe de mesure de distances.

20 Les amorces de déformation et/ou de rupture peuvent être sensiblement progressivement réparties, par exemple espacées le long d'au moins un second axe de mesure d'une distance variant selon une progression arithmétique (linéaire), géométrique, ou logarithmique. Ces amorces sont généralement formées de portions de moindre 25 résistance à des efforts mécaniques dans une direction déterminée, en particulier dans la direction probable d'un choc en cas de crash . Les amorces peuvent être réparties sur une surface et/ou dans le volume d'au moins une partie de l'insert, en particulier dans une partie située en partie basse de l'insert ù en position de montage de l'élément 2903961 4 structurel dans la cellule-. La hauteur respective de cette partie comprenant les amorces sera limitée afin de maîtriser la zone de déformation et assurer l'intégrité de la zone supérieure de l'insert. Des amorces de déformation et/ou de rupture peuvent être 5 essentiellement constituées par des variations d'épaisseur (ou autre variation géométrique) des parois minces de l'insert, par exemple par un nombre de plis de tissu composite pouvant éventuellement être pliés ou par une variation d'épaisseur d'une tôle mince. Des amorces de déformation et/ou de rupture peuvent être 10 essentiellement constituées de (dé)coupes ou perforations formées dans une paroi mince de l'insert. Des amorces de déformation et/ou de rupture peuvent être constituées par des variations des liaisons internes à l'insert par exemple par la variation d'épaisseur des films de produit adhésif entre paroi mince 15 et matériau de remplissage de l'insert. De préférence, un insert et la partie ou paroi de l'élément structurel entourant la cavité correspondante présentent des faces (en particulier deux faces) externes principales sensiblement planes û en particulier sensiblement parallèles - de façon à permettre l'appui sur celles-ci d'au 20 moins une paroi souple d'un réservoir intégré au giravion. L'invention s'applique en particulier aux traverses ûi.e. aux poutres transversaleset aux longerons --i.e. aux poutres longitudinales- faisant partie de la portion inférieure ûou barque - de la cellule d'un giravion. Selon d'autres modes particuliers de réalisation de l'invention : 25 - le cadre peut comporter une partie (supérieure) en forme de portique présentant deux extrémités et une partie (inférieure) en forme de traverse présentant deux extrémités reliées aux extrémités de la partie en forme de portique, la partie en forme de traverse ûet le cas échéant le cadre- comportant une ossature essentiellement métallique, et présente la 2903961 5 (les) cavité(s) et comporte l'insert (les inserts) logé(s) dans une ou plusieurs cavité; - l'insert peut (les inserts peuvent) être essentiellement constitué(s) d'un (de) panneau(x) présentant une structure lamifiée et/ou de type 5 sandwich , qui s'étend(ent) sensiblement le long d'un (parallèlement au) plan de la poutre et/ou du cadre ; - l'insert (les inserts) peut (peuvent) s'étendre sur au moins la moitié, en particulier de l'ordre de 75% environ à 100% environ, de la longueur de la traverse ou poutre ; 10 - l'insert (les inserts) peut (peuvent) s'étendre sur une au moins la moitié, en particulier de l'ordre de 75% environ à 100% environ, de la hauteur de la traverse ou poutre ; - l'insert (les inserts) peut (peuvent) comporter deux parois externes parallèles, et un matériau de remplissage pouvant être constitué par 15 exemple d'une structure alvéolaire s'étendant entre les deux parois externes parallèles ; -l'insert (les inserts) peut (peuvent) présenter des ondulations (parallèles) s'étendant sensiblement orthogonalement (perpendiculairement) à l'axe longitudinal de la poutre et/ou d'une partie du cadre formant 20 traverse, le long du plan de l'élément structurel (sensiblement verticalement en position d'utilisation de l'élément structurel) ; -l'insert peut être essentiellement constitué d'un matériau métallique ou d'un matériau composite ; l'insert peut notamment être essentiellement constitué de fibres ou tissus d'un matériau organique ou minéral qui sont 25 imprégné(e)s d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable ; - la (les) cavité(s) peut (peuvent) s'étendre entre deux portions du cadre ou de la poutre qui présentent une section transversale en forme de I.

2903961 6 Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un tel élément structurel qui comporte les opérations suivantes : - préparation d'une ébauche métallique de l'élément structurel, 5 - formation d'au moins une cavité dans l'ébauche, -engagement d'un insert dans la cavité. La cavité peut être en partie au moins formée par enlèvement de matière, i.e. par usinage mécanique, chimique ou électrochimique. L'insert peut être en partie au moins formé par enlèvement de 10 matière, en particulier par gravure chimique. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé une cellule de giravion comportant au moins un tel élément structurel, en particulier deux tels cadres qui s'étendent sensiblement parallèlement et sont reliés par des longerons solidaires des parties de cadre dépourvues de la (des) cavité(s).

15 Chacun des cadres et des longerons peut comporter (au moins) une cavité recevant (au moins) un insert, et peut participer ainsi à l'absorption d'énergie lors d'un atterrissage brutal. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un giravion comportant un tel cadre ou une telle cellule, et en particulier un giravion 20 qui comporte une réservoir dont une paroi souple s'appuie contre une partie du cadre comportant l'insert. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de 25 réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue de face ûen plan- d'une ébauche de cadre de contour hexagonal.

2903961 7 Les figures 2 et 3 sont des vues de face illustrant deux opérations successivement réalisées dans l'ébauche de la figure 1 pour l'obtention d'un cadre selon l'invention. Les figures 4 à 10 illustrent respectivement, en vue en coupe 5 transversale la partie inférieure d'une ébauche de poutre et/ou de cadre et de l'élément structurel obtenu à sept étapes successives dans la mise en oeuvre d'un procédé d'obtention d'un élément structurel selon l'invention. Les figures 4, 6 et 8 sont respectivement des vues selon IV-IV, selon VI-VI et selon VIII-VIII, des figures 1 à 3.

10 Les figures 11 et 12 sont respectivement des vues transversales et de dessus de la traverse inférieure d'un cadre selon l'invention qui est intégré à la cellule d'un giravion ; la figure 12 est une vue selon XII-XII de la figure 11. La figure 13 illustre en vue schématique en perspective, une 15 structure de giravion selon l'invention qui comporte deux cadres reliés par deux longerons. Les figures 14 et 15 illustrent respectivement en vue en coupe et en vue de côté, une poutre selon une variante de réalisation de l'invention ; sur ces deux figures, l'insert n'est pas représenté pour ne pas nuire à leur 20 clarté. La figure 14 est une vue selon XIV-XIV de la figure 15. Par référence aux figures 1 à 3 notamment, le cadre 20 ûcomme son ébauche- comporte une traverse inférieure 21 d'axe longitudinal 22. Le cadre comporte en outre cinq tronçons rectilignes 23 à 27 formant une arche fermée par la traverse 21.

25 Les portions 21, 23 à 27 du cadre 20 s'étendent le long d'un plan sensiblement parallèle au plan des figures 1 à 3, qui contient l'axe 22, ainsi qu'un axe 28 orthogonal à l'axe 22.

2903961 8 Lorsque le cadre est intégré à une cellule de giravion, l'axe 22 est horizontal (transversal) et l'axe 28 est vertical lorsque le giravion est en position horizontale. La traverse 21 présente une hauteur 29 (figures 2, 9 et 11) supérieure 5 à celle des portions 23 à 27 du cadre ; la hauteur 29 peut être de l'ordre d'un (ou plusieurs) décimètres. Comme illustré figure 11, la face supérieure 30 de la traverse 21 reçoit une paroi 31 qui peut faire partie du plancher de la cabine du giravion.

10 L'ébauche de cadre illustrée figures 1 et 4 peut être obtenue notamment par moulage, forgeage, ou matriçage et peut être monolithique ; cette ébauche peut être éventuellement constituée d'un alliage d'aluminium. Par référence aux figures 4 et 5, les faces latérales (externes) 32, 33 de l'ébauche (figure 4) peuvent être rectifiées de sorte que la traverse 15 présente (figure 5) une section transversale en forme de I, les faces 32, 33 étant planes et parallèles aux axes 22 et 28 ûet au plan du cadre-. L'épaisseur 34 de l'âme 35 peut être de l'ordre d'un (ou plusieurs) centimètre(s). Par référence aux figures 2 et 6 notamment, l'âme 35 de la traverse 20 est évidée pour former trois cavités 36 à 38 ûdisjointes- séparées par deux ponts 39, 40 ; les portions 39, 40 peuvent être respectivement solidarisées à deux longerons reliant deux cadres entre eux. Chacune des cavités débouche sur les faces latérales externes 32, 33 de l'âme 35 de la traverse 21.

25 Par référence aux figures 3 et 7, chacune des cavités (telle que la cavité 37) est élargie/prolongée à sa périphérie (telle que repérée 37a, figure 7), par lamage/fraisage des portions de l'âme 35 qui les entourent).

2903961 9 Par référence aux figures 3 et 8, chacune des cavités est ensuite prolongée sur une partie de sa périphérie, jusqu'à déboucher sur la tranche du cadre : la cavité 36 débouche en 41 sur une extrémité longitudinale de la traverse 21 ûet sur une face externe 42 de la portion 23 de cadre ; la cavité 5 37 débouche en 43 sur la face inférieure 44 de la traverse ; et la cavité 38 débouche en 45 sur la face externe 46 de la portion 27 du cadre. Au moins, un insert ûtel que 47, figure 9- est ensuite introduit par l'ouverture 43 selon la flèche 48, figure 9, par exemple en force, dans la cavité 37, de façon à combler sensiblement complètement celle-ci, de sorte 10 que la face externe (inférieure) 52 de l'insert soit sensiblement affleurante à la paroi (44) du cadre entourant l'ouverture 43. De façon similaire, au moins un insert est introduit ûpar l'ouverture 41, 45- dans chaque logement 36, 38. L'insert 47 est de forme parallélépipédique rectangle complémentaire 15 de la forme parallélépipédique rectangle de la cavité 37 qui le reçoit avec un jeu sensiblement nul permettant l'assemblage, ses faces 49, 50 étant planes et parallèles au plan 22, 28 du cadre, ainsi qu'aux faces externes 53 des portions résiduelles 54 de l'âme de la traverse. Compte tenu de la faible épaisseur de ces portions 54, les faces 49, 20 50 de l'insert sont sensiblement coplanaires aux faces 53 latérales externes de portion de traverse qui les entourent. Par référence aux figures 8ä 10 et 11, une paroi 55 est ensuite fixée aux portions 56 de semelle inférieure de la traverse, pour obturer l'ouverture 43. Avantageusement, la paroi 55 peut correspondre au 25 revêtement externe de l'appareil. Par référence aux figures 11 et 12, un réservoir 59 de carburant est disposé sous le plancher 31 de la cellule de giravion, entre le plancher et la paroi 55.

2903961 10 La face externe 57 de la paroi 58 souple du réservoir s'appuie sur la face externe 50 de l'insert et le cas échéant contre les faces externes 53 de la traverse qui sont sensiblement dans le prolongement de la face 50. L'invention permet d'éviter d'équiper la traverse du cadre de 5 panneaux d'habillage spécifiques prévus pour l'appui de la paroi 58 souple. Selon une variante (non représentée) de réalisation de l'insert, celui-ci peut présenter une épaisseur croissante de sa base vers son sommet, auquel cas les traces (dans le plan des figures 9 à 11) des faces 49 et 50 forment un angle aigu (ouvert vers le haut).

10 Dans la variante de réalisation illustrée figures 14 et 15, une portion 61 résiduelle de l'ébauche, qui s'étend parallèlement à l'axe 22 et dans le prolongement des portions 54, sépare chaque ouverture latérale (telle que repérée 37 figures 2 et 3) en deux ouvertures 37a et 37b distinctes. L'invention permet d'éviter, en cas de crash du giravion, un flambage 15 généralisé d'une structure de giravion ; à cet effet, la structure peut comporter comme illustré figure 13, deux traverses de cadres reliées par deux longerons 60 présentant une structure identique ou similaire à celle décrite ci-avant en relation avec les figures 4 à 10 notamment ; l'invention permet d'améliorer la capacité d'absorption d'une partie de l'énergie du 20 choc par les inserts intégrés à la barque .

Claims

REVENDICATIONS

1. Elément structurel (20,60) de giravion caractérisé en ce qu'une partie (21) ou paroi de l'élément structurel comporte au moins une cavité ou dépression (36 à 38), l'élément structurel comportant en outre au moins un insert (47) monté sans jeu dans la cavité ou dépression, l'insert comportant une pluralité d'amorces de déformation et/ou de rupture qui sont réparties sur (ou dans) une portion substantielle au moins de l'insert.

2. Elément structurel selon la revendication 1 dans lequel les amorces de déformation et/ou de rupture sont sensiblement régulièrement réparties, par exemple équidistantes, le long d'au moins un premier axe (22) de mesure.

3. Elément structurel selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les amorces de déformation et/ou de rupture sont sensiblement progressivement réparties le long d'au moins un second axe (28) de mesure.

4. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel les amorces de déformation et/ou de rupture sont formées de portions de moindre résistance à des efforts mécaniques dans une direction (28, 48) déterminée, qui sont prevues à la surface et/ou dans le volume d'au moins une partie de l'insert, et dans lequel la(les) cavité(s) débouche(nt) sur la tranche et le cas échéant sur une ou deux face(s) latérale(s) externe(s) de la partie inférieure de l'élément structurel.

5. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel des amorces de déformation et/ou de rupture sont essentiellement constituées d'au moins une variation géométrique dans une paroi mince de l'insert.

6. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel les amorces de déformation et/ou de rupture sont essentiellement constituées par une variation dans les liaisons internes de l'insert. 2903961 12

7. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel des amorces de déformation et/ou de rupture sont essentiellement constituées de (dé)coupes ou perforations formées dans une paroi mince de l'insert. 5

8. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel un insert et la partie ou paroi (54) du cadre entourant la cavité ou dépression correspondante présentent des faces (49, 50, 53) externes principales sensiblement planes, en particulier sensiblement parallèles.

9. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 10 qui comporte un cadre comportant une partie (supérieure) (23 à 27) en forme de portique présentant deux extrémités et une partie (inférieure) (21) en forme de traverse présentant deux extrémités reliées aux extrémités de la partie en forme de portique, dans lequel la partie en forme de traverse ù et le cas échéant le cadre- comporte une ossature essentiellement 15 métallique, et dans lequel la partie en forme de traverse présente la (les) cavité(s) et comporte au moins un insert logé dans la (les) cavité(s).

10. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel l'insert est (les inserts sont) essentiellement constitué(s) d'un (de) panneau(x) présentant une structure lamifiée et/ou de type 20 sandwich , qui s'étend(ent) sensiblement le long d'un (parallèlement au) plan (22, 28) de l'élément structurel.

11. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comportant une partie formant poutre et dans lequel l'insert (les inserts) s'étend(ent) sur au moins la moitié, en particulier de l'ordre de 25 75% environ à 100% environ, de la longueur de la partie formant poutre.

12. Elément structurel selon la revendication 11, dans lequel l'insert (les inserts) s'étend(ent) sur une au moins la moitié, en particulier de l'ordre de 75% environ à 100% environ, de la hauteur (29) de la partie formant poutre. 2903961 13

13. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel l'insert (les inserts) comporte(nt) deux parois (49, 50) externes parallèles, et un matériau (51) de remplissage et/ou une structure alvéolaire s'étendant entre les deux parois externes parallèles. 5

14. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'insert (les inserts) présente(nt) des ondulations (parallèles) s'étendant sensiblement orthogonalement (perpendiculairement) à l'axe longitudinal d'une partie de l'élément structurel formant poutre, le long du plan du de l'élément structurel, sensiblement verticalement en position 10 d'utilisation.

15. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la (les) cavité(s) s'étend(ent) entre deux portions (39, 40) de poutre ou de traverse qui présentent une section transversale en forme générale de I. 15

16. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel l'insert est essentiellement constitué d'un matériau métallique.

17. Elément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel l'insert est essentiellement constitué d'un matériau 20 composite.

18. Elément structurel selon la revendication 17, dans lequel l'insert est essentiellement constitué de fibres ou tissus d'un matériau organique ou minéral qui sont imprégné(e)s d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable. 25

19. Procédé de fabrication d'un élément structurel selon l'une quelconque des revendications 1_ à 18, qui comporte les opérations suivantes : -préparation d'une ébauche métallique de l'élément structurel, 2903961 14 -formation d'au moins une cavité dans l'ébauche, - engagement d'un insert dans la cavité.

20. Procédé selon la revendication 19 dans lequel la cavité est en partie au moins formée par enlèvement de matière (usinage mécanique, 5 chimique ou électrochimique).

21. Procédé selon la revendication 20 dans lequel la cavité est en partie au moins formée par usinage mécanique.

22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 20 dans lequel l'insert est en partie au moins formé par enlèvement de matière 10 (usinage mécanique, chimique ou électrochimique).

23. Procédé selon la revendication 22 dans lequel l'insert est en partie au moins formé par usinage chimique.

24. Cellule de giravion comportant au moins un élément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 qui est susceptible d'être 15 obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 23.

25. Giravion dont la cellule comporte au moins un élément structurel selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 qui est susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 23.

26. Giravion selon la revendication 25, qui comporte un réservoir 20 (59) dont une paroi (58) souple s'appuie contre une partie d'un élément structurel (20,60) comportant l'insert.

27. Giravion selon la revendication 25 ou 26, qui comporte (au moins) deux cadres (20) reliés par (au moins) deux longerons (60), chacun des cadres et des longerons comportant ladite cavité recevant ledit insert.