WO2013186476A1 - Procédé de fabrication de panneaux cellulaires, destinés notamment au domaine de l'aéronautique - Google Patents

Procédé de fabrication de panneaux cellulaires, destinés notamment au domaine de l'aéronautique Download PDF

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Didier LERETOUR
Alain Roussel
Xavier DUPONT
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present patent application relates to the manufacture of cellular panels, intended in particular in the field of aeronautics.
  • cellular panel is meant a panel formed of a cellular structure enclosed between two rigid skins.
  • the cellular structure is an aerated structure, that is to say formed of cells juxtaposed to each other.
  • Such a cellular structure may be formed for example by polyethylene foam, or by a honeycomb structure, formed of a juxtaposition of cells.
  • Such cell panels have the advantage that they are very good in the field, making them particularly suitable for aeronautical applications.
  • Such thrust reversal flaps actuated by thrust reversing rods when it is desired to redirect towards the front of the aircraft a portion of the air flow generated by the turbojet engines, must be able to withstand very strong forces. air pressures.
  • reinforcements are fixed on the cellular panels which form these inversion flaps.
  • FIG. 1 a first embodiment of such a thrust reversal shutter of the prior art.
  • This component comprises in this case a honeycomb structure 1 enclosed within a structuring skin 3 and an acoustic skin 5 pierced with a multitude of holes.
  • This thrust reversal flap can thus absorb some of the noise caused by the very high velocity air flow in the air stream in which this flap is installed.
  • Structural and acoustic skins 5 are typically made of composite materials, such as pleats of glass fiber and / or carbon fabrics taken from polymerized resin.
  • An angle 7, formed of metal alloy or composite material, is attached to the outside of the structuring skin 3, by gluing and / or riveting.
  • the angle 7 is attached to the inside of the structuring skin 3, also by gluing and / or riveting.
  • the angle 7 clutter the outer casing of the thrust reversal flap, and it is likely to detach in case of external shock.
  • angle 7 when the angle 7 is made of composite material, it must be prefabricated before being installed on the thrust reversal flap, so that several firing cycles must be considered to form the entirety of the room.
  • This object of the invention is achieved with a method of manufacturing a cellular panel comprising a cellular structure sandwiched between first and second rigid skins, characterized in that it comprises the steps of:
  • the reinforcement of the cellular panel is obtained by adding folds of tissue in the space separating the blocks of cellular material, then by firing in a single operation of the set of blocks of cellular material wrapped in the folds of tissue.
  • a reinforced cellular panel is obtained that does not require the supply of external parts, in which the reinforcement elements are incorporated, and can be fired in a single operation: it is in a way a structure of " box ", both very strong, having no protruding elements, and particularly simple to manufacture.
  • the base ply is pierced after baking so as to obtain an acoustic absorption panel
  • said reinforcing ply is formed by an over-length of at least one end of said base ply;
  • reinforcement is formed by over-lengths of two ends of said base fold
  • said reinforcing ply is formed by a fold distinct from said base ply;
  • said reinforcement fold is formed of dry fabric
  • said reinforcing ply is formed of fresh fabric
  • a resin injection method is used by infusion.
  • the present invention also relates to a cellular panel obtained by a method according to the above, and to a nacelle for an aircraft turbojet equipped with at least one cellular panel according to the above.
  • FIGS. 1 and 2 are perspective views of two variants of reinforced cellular panels of the prior art, described in the preamble of the present description,
  • FIGS. 3 and 4 are perspective views respectively of the extrados and the intrados of a thrust reverser flap made with the method according to the present invention
  • FIGS. 5 to 7 are diagrammatic sectional views of the different steps of manufacturing a panel according to a first embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of a cellular panel made according to a second embodiment of the method according to the invention.
  • This thrust reversal flap 9 has a generally slightly trapezoidal trapezoidal plate shape, comprising an upper surface 11 and a lower surface 13.
  • the lower surface 13 is the face of the flap 9 which is intended to be in contact with the cold air flow generated by the turbojet fan, both in direct jet mode and reverse jet.
  • the intrados 13 forms the outer wall of the cold flow vein of the thrust reverser, and allows the flow of this cold air downstream of the turbojet engine, thereby providing the thrust necessary for the propulsion of the aircraft.
  • the thrust reverser flap 9 hinders the cold flow vein, so that the intrados 13 redirects most of the cold air flow upstream of the thrust reverser, allowing contribute to the braking of the aircraft during landing. It is therefore understood that the intrados 1 3 is the "active" surface of the inversion flap 9, that is to say the surface to have satisfactory aerodynamic characteristics and / or sound absorption.
  • the thrust reversal shutter 9 is made by means of the method according to the invention, and thus comprises internal reinforcing elements 17a, 17b, made according to the method according to the invention, as will be described below. .
  • two blocks 19a, 19b of cellular material such as honeycomb structures, are initially placed on a fold of dry fabric 21, while maintaining a space 23 between these two blocks 19a and 19b.
  • fold means a web of fiber fabric, such as carbon or glass fibers, intended to be impregnated with curable polymerizable resin.
  • both ends 25a and 25b of this base ply 21 are folded so as to enclose the two blocks of cellular material 19a and 19b. .
  • folds 27 may be dry folds, that is to say fibers without resin, or fresh folds, that is to say, pre-impregnated folds of resin.
  • the face of the assembly thus formed is covered, by which the reinforcement folds 27, of at least one, and preferably of a plurality, have been introduced 29a , 29b of dry folds or so-called "cover" 29a, 29b.
  • the resin injection process may for example be a resin transfer molding (RTM) type process known per se.
  • RTM resin transfer molding
  • This process consists in the fact of the establishment of folds in a sequence and an appropriate geometry, the set being subsequently cooked in a single step once this implementation is carried out.
  • the number of base plies 21, reinforcement 27 and coverage 29a, 29b is not limited to the embodiments shown: the number of superimposed folds can indeed vary as a function of needs and mechanical characteristics sought.
  • over-lengths 21 1 a, 21 1 b, and 212 a, 212 b of the base pleats 21 a and 21 b, respectively, of which the lengths are U-shaped, are used. in the space 23 separating the two blocks of cellular material 19a and 19b.
  • the cell panel thus obtained can fulfill an acoustic absorption function, as is generally the case with the thrust reversing flaps, it is of course possible to pierce the base folds 21 or 21a, 21b, so that the cells of the cell material blocks 19a and 19b can communicate with the cold air for scrolling along the intrados 13 of the thrust reversal flap.
  • each block of cellular material 19a, 19b may itself consist of a stack of honeycomb structure, so as to achieve optimal acoustic absorption (structure sound absorption SDOF or DDOF, for "simple degree of freedom", that is to say a simple degree of freedom or “double degree of freedom” that is to say a double degree of freedom, as is known in itself).
  • structure sound absorption SDOF or DDOF for "simple degree of freedom", that is to say a simple degree of freedom or “double degree of freedom” that is to say a double degree of freedom, as is known in itself).
  • the cellular panels produced by the method according to the invention could equip all other parts of a nacelle for an aircraft turbojet engine, and may or may not have sound absorption characteristics.
  • the method according to the invention could also be used to manufacture cellular panels intended for other parts of an aircraft than the nacelles.

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Description

Procédé de fabrication de panneaux cellulaires, destinés notamment au domaine de l'aéronautique
La présente demande de brevet se rapporte à la fabrication de panneaux cellulaires, destinés notamment au domaine de l'aéronautique.
Dans le domaine de l'aéronautique, on est amené à fabriquer un certain nombre de pièces à partir de panneaux cellulaires.
Par « panneau cellulaire », on entend un panneau formé d'une structure cellulaire enfermée entre deux peaux rigides.
La structure cellulaire est une structure aérée, c'est-à-dire formée de cellules juxtaposées les unes aux autres.
Une telle structure cellulaire peut être formée par exemple par de la mousse de polyéthylène, ou bien par une structure de type nids d'abeilles, formée d'une juxtaposition d'alvéoles.
De tels panneaux cellulaires présentent comme avantage nota m m e nt u n très bon ra ppo rt rés i sta n ce/po id s , ce q u i l es rend particulièrement adaptés à des applications aéronautiques.
De plus, en perçant l'une des peaux d'une multitude de trous, on peut obtenir des boîtes de Helmholtz, permettant d'obtenir un effet d'absorption acoustique : on peut alors utiliser les panneaux cellulaires à l'intérieur des nacelles pour turboréacteurs d'aéronef afin de réduire l'intensité des émissions acoustiques de ces turboréacteurs.
Dans un certain nombre de cas, il importe de pouvoir renforcer la résistance de tels panneaux cellulaires : c'est par exemple le cas lorsqu'on souhaite réal iser des volets d'inversion de poussée pour turboréacteur d'aéronef.
De tels volets d'inversion de poussée, actionnés par des bielles d'inversion de poussée lorsqu'on souhaite rediriger vers l'avant de l'aéronef une partie du flux d'air engendré par les turboréacteurs, doivent pouvoir résister à de très fortes pressions d'air.
Pour atteindre cette résistance, on fixe des renforts sur les panneaux cellulaires qui forment ces volets d'inversion de poussée.
On peut voir sur la figure 1 un premier mode de réalisation d'un tel volet d'inversion de poussée de la technique antérieure. Ce volet comprend en l'espèce une structure en nids d'abeilles 1 enfermée à l'intérieur d'une peau structurante 3 et d'une peau acoustique 5 percée d'une multitude de trous.
Ce volet d'inversion de poussée peut ainsi absorber une partie du bruit provoqué par la circulation à très haute vitesse de l'air dans la veine d'air dans laquelle ce volet est installé.
Les peaux structurante 3 et acoustique 5 sont typiquement fabriquées avec des matériaux composites, tels que des plis de tissus de fibres de verre et/ou de carbone pris dans de la résine polymérisée.
Une cornière 7, formée en alliage métallique ou en matériau composite, est rapportée à l'extérieur de la peau structurante 3, par collage et/ou rivetage.
Dans une deuxième variante de la technique antérieure, illustrée à la figure 2, la cornière 7 est rapportée à l'intérieur de la peau structurante 3, également par collage et/ou rivetage.
Chacune de ces deux variantes de la technique antérieure soulève un certain nombre de problèmes techniques.
Ainsi par exemple, dans le cas de la variante de la figure 1 , la cornière 7 encombre l'enveloppe extérieure du volet d'inversion de poussée, et elle est susceptible de se détacher en cas de choc extérieur.
Dans le cas de la variante de la figure 2, il est nécessaire d'usiner la structure en nids d'abeilles 1 afin de pouvoir placer et fixer le pied de la cornière 7 sur la face intérieure de la peau structurante 3.
De plus, dans ces deux variantes, lorsque la cornière 7 est en matériau composite, elle doit être préfabriquée avant d'être installée sur le volet d'inversion de poussée, de sorte que plusieurs cycles de cuisson doivent être envisagés pour former l'intégralité de la pièce.
La prése nte i nve ntio n vi se nota m m ent à supprimer ces inconvénients.
On atteint ce but de l'invention avec un procédé de fabrication d'un panneau cellulaire comprenant une structure cellulaire prise en sandwich entre des première et deuxième peaux rigides, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
- préparer au moins deux blocs de matériau cellulaire, - disposer ces deux blocs sur au moins un pli de tissu sec dit « pli de base », en maintenant un espace entre ces deux blocs, - rabattre ce pli de base autour de ces deux blocs de manière à les envelopper,
- remplir l'espace entre les deux blocs d'au moins un pli de tissu dit « de renfort »,
- recouvrir le pli de base d'au moins un pli de tissu sec ou frais dit
« de couverture », du côté où l'on a introduit le pli de renfort,
- injecter l'ensemble ainsi obtenu de résine, et à
- cuire l'ensemble ainsi obtenu.
Grâce à ce procédé, le renfort du panneau cellulaire est obtenu par ajout de plis de tissus dans l'espace séparant les blocs de matériau cellulaire, puis par cuisson en une seule opération de l'ensemble de blocs de matériau cellulaire enveloppés dans les plis de tissu.
On obtient de la sorte un panneau cellulaire renforcé ne nécessitant pas d'apport de pièces extérieures, dans lequel les éléments de renfort sont incorporés, et pouvant être cuit en une seule opération : il s'agit en quelque sorte d'une structure de « boîte », tout à la fois très résistante, ne comportant pas d'éléments protubérants, et particulièrement simple à fabriquer.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de ce procédé selon l'invention :
- on perce le pli de base postérieurement à la cuisson, de manière à obtenir un panneau d'absorption acoustique ;
- ledit pli de renfort est formé par une sur-longueur d'au moins une extrémité dudit pli de base ;
- led it pl i de renfort est formé par des sur-longueurs de deux extrémités dudit pli de base ;
- ledit pli de renfort est formé par un pli distinct dudit pli de base ;
- ledit pli de renfort est formé en tissu sec ;
- ledit pli de renfort est formé en tissu frais ;
- on superpose plusieurs plis de base ;
- on superpose plusieurs plis de renfort ;
- on superpose plusieurs plis de couverture ;
- on utilise un procédé d'injection de résine par infusion.
La présente invention se rapporte également à un panneau cellulaire obtenu par un procédé conforme à ce qui précède, ainsi qu'à une nacelle pour turboréacteur d'aéronef équipée d'au moins un panneau cellulaire conforme à ce qui précède. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles :
- les figures 1 et 2 sont des vues en perspective de deux variantes de panneaux cellulaires renforcés de la technique antérieure, décrites en préambule de la présente description,
- les figures 3 et 4 sont des vues en perspective respectivement de l'extrados et de l'intrados d'un volet d'inversion de poussée réalisé avec le procédé selon la présente invention,
- les figures 5 à 7 sont des vues schématiques en coupe des différentes étapes de fabrication d'un panneau selon un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, et
- la figure 8 est une vue en coupe d'un panneau cellulaire réalisé selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention.
Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
On se reporte à présent aux figures 3 et 4 sur lesquelles on a représenté un volet d'inversion de poussée 9, destiné à équiper un inverseur de poussée pour aéronef.
Ce volet d'inversion de poussée 9 présente une forme générale de plaque trapézoïdale légèrement incurvée, comportant un extrados 1 1 et un intrados 13.
L'intrados 13 est la face du volet 9 qui est destinée à être en contact avec le flux d'air froid engendré par la soufflante du turboréacteur, tant en mode de jet direct que de jet inversé.
En mode de jet direct, l'intrados 13 forme la paroi extérieure de la veine de flux froid de l'inverseur de poussée, et permet l'écoulement de cet air froid jusqu'en aval du turboréacteur, fournissant ainsi la poussée nécessaire à la propulsion de l'aéronef.
En mode de jet inversé, le volet d'inversion de poussée 9 entrave la veine de flux froid, de sorte que l'intrados 13 redirige la majeure partie du flux d'air froid vers l'amont de l'inverseur de poussée, permettant de contribuer au freinage de l'aéronef lors de l'atterrissage. On comprend donc que l'intrados 1 3 est la surface « active » du volet d'inversion 9, c'est-à-dire la surface devant présenter des caractéristiques aérodynamiques et/ou d'absorption acoustique satisfaisantes.
A noter que, comme cela est connu en soi, l'actionnement du volet d'inversion 9 entre ces positions de jet direct et de jet inversé est provoqué par la bielle d'inversion de poussée 15.
Le volet d'inversion de poussée 9 est réalisé au moyen du procédé selon l'invention, et comporte ainsi des éléments de renfort internes 17a, 17b, réalisés conformément au procédé selon l'invention, ainsi qu'il va être décrit ci- après.
On se reporte aux figures 5, 6 et 7, sur lesquelles on peut voir les différentes étapes de fabrication du volet 9, dans la zone de la ligne de coupe V-V de la figure 4.
Comme on peut le voir sur la figure 5, on commence par disposer deux blocs 19a, 19b, de matériau cellulaire, tels que des structures en nids d'abeilles, sur un pli de tissu sec 21 , en maintenant un espace 23 entre ces deux blocs 19a et 19b.
On notera ici que l'on entend par « pli » une nappe de tissu de fibres, telles que des fibres de carbone ou de verre, destinées à être imprégnées de résine polymérisable par cuisson.
Une fois les deux blocs 19a et 19b posés sur le pli de base 21 comme indiqué à la figure 5, on rabat les deux extrémités 25a et 25b de ce pli de base 21 , de manière à envelopper les deux blocs de matériau cellulaire 19a et 19b.
A l'étape suivante, visible à la figure 6, on insère une pluralité de pl is dits « de renfort » dans l'espace 23 ménagé entre les deux blocs 1 9a et 19b.
A noter que ces plis 27 peuvent être des plis secs, c'est-à-dire de fibres sans résine, ou bien des plis frais, c'est-à-dire des plis pré-imprégnés de résine.
Une fois ces plis de renfort 27 insérés dans l'espace 23, on recouvre la face de l'ensemble ainsi formé, par laquelle on a introduit les plis de renfort 27, d'au moins un, et de préférence d'une pluralité 29a, 29b de plis secs ou frais dits « de couverture » 29a, 29b.
E n s u ite , on i nj ecte l ' en sem bl e a i n s i obten u d'une résine polymérisable, telle qu'une résine polyimide, et on fait cuire l'ensemble ainsi injecté dans un autoclave, de manière à polymériser la résine et à durcir l'ensemble.
Le procédé d'injection de résine peut être par exemple un procédé d u type RTM « resin transfert moulding » (procédé de transfert de résine), connu en soi.
Comme on peut le comprendre à la lumière de ce qui précède, le procédé qui vient d'être décrit de réalisation des renforts 27 du panneau cellulaire est d'une grande simplicité de mise en œuvre.
Ce procédé consiste en effet en la mise en place de plis selon une séquence et une géométrie appropriées, l'ensemble étant par la suite cuit en une seule étape une fois cette mise en place réalisée.
Contrairement au panneau cellulaire renforcé de la technique antérieure, aucun usinage des blocs de matériau alvéolaire 19a, 19b n'est nécessaire ; aucun collage ni rivetage n'est nécessaire non plus, et aucun élément de renfort ne dépasse du volume enveloppe de la pièce finale.
Bien entendu , le nombre de pl is de base 21 , de renfort 27 et de couverture 29a, 29b , n 'est n u l l em e nt l i m ité a ux modes de réalisation représentés : le nombre de plis superposés peut en effet varier en fonction des besoins et des caractéristiques mécaniques recherchés.
Dans le mode de réalisation présenté à la figure 8, on utilise deux plis de base 21 a, 21 b, et un seul pli de couverture 29.
A la différence du mode de réalisation précédent, on utilise des sur-longueurs, respectivement 21 1 a, 21 1 b, et 212a, 212b des plis de base 21 a et 21 b, lesquel les su r-longueurs sont d isposées en U dans l'espace 23 séparant les deux blocs de matériau cellulaire 19a et 19b.
Ces sur-longueurs des plis de base 21 a et 21 b se substituent donc en l'espèce au pli de renfort 27 du mode de réalisation précédent.
Si l 'on sou haite q ue le panneau cel lulaire ainsi obtenu puisse remplir une fonction d'absorption acoustique, comme c'est en général le cas des volets d'inversion de poussée, on peut bien entendu percer les plis de base 21 ou 21 a, 21 b, de man ière que les alvéoles des blocs de matériau cellulaire 19a et 1 9b puissent communiquer avec l'air froid destiné à défiler le long de l'intrados 13 du volet d'inversion de poussée.
Comme cela est connu en soi, chaque bloc de matériau cellulaire 19a, 1 9b pourra lui-même être constitué d'un empilement de structure en nids d'abeilles, de manière à réaliser une absorption acoustique optimale (structure d'absorption acoustique SDOF ou DDOF, pour « simple degree of freedom », c'est-à-dire simple degré de liberté ou « double degree of freedom » c'est-à- dire double degré de liberté, comme cela est connu en soi).
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simples exemples.
C'est ainsi que les panneaux cellulaires réalisés grâce au procédé selon l'invention pourraient équiper toutes autres parties d'une nacelle pour turboréacteur d'aéronef, et présenter ou non des caractéristiques d'absorption acoustique.
Le procédé selon l'invention pourrait également être utilisé pour fabriquer des panneaux cellulaires destinés à d'autres parties d'un aéronef que les nacelles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un panneau cellulaire comprenant une structure cellulaire prise en sandwich entre des première et deuxième peaux rigides, remarquable en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
- préparer au moins deux blocs de matériau cellulaire (19a, 19b),
- disposer ces deux blocs sur au moins un pli de tissu sec (21 ; 21a, 21b) dit « pli de base », en maintenant un espace (23) entre ces deux blocs,
- rabattre ce pli de base (21 ; 21a, 21b) autour de ces deux blocs (19a, 19b) de manière à les envelopper,
- remplir l'espace (23) entre les deux blocs (19a, 19b) d'au moins un pli de tissu dit « de renfort » (27 ; 211a, 211b, 212a, 212b),
- recouvrir le pli de base (21 ; 21a, 21b) d'au moins un pli de tissu sec ou frais dit « de couverture » (29 ; 29a, 29b), du côté où l'on a introduit le pli de renfort (27, 27 ; 211a, 211b, 212a, 212b),
- injecter l'ensemble ainsi obtenu de résine, et à
- cuire l'ensemble ainsi obtenu.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel on perce le pli de base (21 ; 21a, 21b) postérieurement à la cuisson, de manière à obtenir un panneau d'absorption acoustique.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit pli de renfort est formé par une surlongueur (211a, 211b, 212a, 212b) d'au moins une extrémité dudit pli de base (21a, 21b).
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit pli de renfort est formé par des surlongueurs (211 a, 211 b, 212a, 212b) de deux extrémités dudit pli de base (21a, 21b).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit pli de renfort est formé par un pli (27) distinct dudit pli de base (21 ).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit pli de renfort (27) est formé en tissu sec.
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit pli de renfort (27) est formé en tissu frais.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on superpose plusieurs plis de base (21a, 21b).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on superpose plusieurs plis de renfort (29a, 29b).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on superpose plusieurs plis de couverture (29a, 29b).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise un procédé d'injection de résine par infusion.
12. Panneau cellulaire obtenu par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
13. Nacelle pour turboréacteur d'aéronef équipée d'au moins un panneau cellulaire conforme à la revendication 12.
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