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CA 02724935 2010-12-15
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Outillage pour la fabrication d'un panneau en matériau composite,
en particulier d'un fuselage d'aéronef.
La présente invention concerne un outillage comprenant un moule qui est
destiné à la fabrication d'un panneau en matériau composite.
Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus
particulièrement à un outillage qui est utilisé pour fabriquer un panneau de
fuselage
d'un aéronef, notamment d'un avion de transport.
La fabrication de panneaux en matériau composite comprend notamment
une étape de drapage de la peau, pour laquelle deux types de moule monobloc
peuvent être utilisés :
¨ un moule dit mâle, avec lequel on commence par mettre en place le cas
échéant
des raidisseurs. Ceux-ci peuvent notamment être précuits. Dans le cas de
raidisseurs précuits, il convient d'ajouter un pli de colle aux interfaces
peau/raidisseurs. Pour le drapage, on commence par draper l'intérieur de la
peau
du panneau, et on finit par l'extérieur ; et
¨ un moule dit femelle, avec lequel on commence par draper l'extérieur de
la peau
(surface aérodynamique). Une fois la peau drapée, on pose les raidisseurs sur
la
face interne.
L'utilisation d'un outillage femelle (c'est-à-dire qui comprend un moule
femelle) présente de nombreux inconvénients :
¨ il ne permet pas de draper des sections de fuselage dépassant 1800. En
particulier, cet outillage femelle ne peut pas être utilisé pour fabriquer un
tronçon
de fuselage d'une seule pièce (dit one-shot en anglais) ;
- un moule femelle est plus volumineux qu'un moule mâle (d'environ 20%). Il
est
donc plus lourd et plus coûteux. En outre, le temps de mise en température en
autoclave est plus long (augmentation des coûts récurrents et des cycles de
fabrication), et il nécessite des autoclaves de plus grandes dimensions
(augmentation des coûts non récurrents) ; et
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¨ un moule femelle nécessite l'utilisation d'un outillage de maintien des
lisses qui
est complexe, contrairement à un moule mâle, dont les empreintes des lisses
sont directement usinées dans le moule.
Les inconvénients précédents relatifs à l'emploi de moules femelles (COCAS,
mise en oeuvre) font que l'utilisation de moules mâles tend à se généraliser.
Toutefois l'utilisation d'un outillage mâle présente deux problèmes par
rapport à celle d'un outillage femelle :
a) la surface externe du fuselage étant en contact avec le moule d'un
outillage
femelle, l'état de surface obtenu est impeccable, ce qui garantit notamment
une
faible traînée ; ceci n'est pas le cas pour un outillage mâle ; et
b) dans le cas de la réalisation d'un panneau de fuselage d'avion, la
fabrication de
l'outillage femelle peut commencer dès que le profil aérodynamique de l'avion
est
figé ; contrairement à un moule mâle, pour lequel le design définitif de
l'avion doit
être figé avant de pouvoir concevoir l'outillage (car on commence par draper
l'intérieur de la peau).
Le problème a) précité d'un outillage mâle, lié à l'état de surface de la peau
externe, peut être résolu par l'utilisation de plaques dites cawl-plates ,
qui sont
placées sur la surface externe et qui ont pour but d'homogénéiser la pression
appliquée sur le revêtement et de drainer correctement la résine.
En revanche, le problème b) lié à la durée de réalisation d'un outillage mâle
destiné à la fabrication d'un panneau de fuselage d'avion, notamment d'un
avion de
transport, n'est pas résolu.
En effet, la réalisation des outillages nécessaires à la fabrication d'un
fuselage est une phase longue, généralement de l'ordre de dix-huit mois. Pour
un
outillage mâle, il est nécessaire d'avoir définitivement fixé le design de
l'avion pour
pouvoir lancer la conception détaillée de l'outillage. En particulier, les
renforts
locaux sous lisses et cadres, les renforts locaux aux hublots et aux
encadrements
de porte,... doivent être figés, car ils conditionnent le diamètre extérieur
du moule
dans de nombreuses zones.
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Le fait de devoir attendre la définition définitive de ce design, avant de
pouvoir
lancer la conception et la fabrication de l'outillage mâle, repousse d'environ
dix-huit
mois l'assemblage du fuselage (à partir des panneaux en matériau composite
obtenus à l'aide de l'outillage mâle), ce qui n'est compatible ni avec les
demandes du
marché, ni avec les objectifs des avionneurs.
Ce problème n'existe pas avec un outillage femelle, pour lequel seule la
définition définitive de la surface externe, qui est figée beaucoup plus tôt
que le design
de l'avion (généralement de quelques années), est nécessaire pour lancer la
réalisation de cet outillage femelle.
La présente invention concerne un outillage de type mâle destiné à la
fabrication d'un panneau en matériau composite, en particulier un panneau de
fuselage d'aéronef, qui permet de remédier aux inconvénients précités, et
notamment
de pouvoir être réalisé beaucoup plus tôt dans le cycle de fabrication d'un
fuselage
d'aéronef qu'un outillage mâle usuel.
L'invention concerne un procédé de réalisation d'un outillage destiné à une
fabrication d'un panneau de fuselage pour un aéronef durant un cycle de
développement de l'aéronef, la fabrication du panneau de fuselage pour aéronef
ayant lieu postérieurement à une définition d'un design définitif du panneau
de
l'aéronef durant le cycle de développement de l'aéronef, ledit outillage
comportant un
moule de type mâle muni d'une partie fixe et des modules amovibles qui sont
fixables
sur la partie fixe, le procédé comprenant les étapes de:
réaliser la partie fixe pour inclure un moyeu et un élément intermédiaire qui
est
solidaire par sa face interne de ce moyeu et une face externe définissant une
surface externe dimensionnée pour recevoir une fibre pré-imprégnée de résine
ou un matériau composite par drapage durant la fabrication du panneau de
fuselage, la partie fixe étant réalisée dans une première phase du cycle de
développement de l'aéronef, la première phase étant antérieure à la définition
du design définitif du panneau de fuselage de l'aéronef;
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réaliser les modules amovibles durant une deuxième phase du cycle de
développement de l'aéronef, la deuxième phase étant postérieure à ladite
définition du design définitif du panneau de fuselage de l'aéronef ; et
fixer ensuite lesdits modules amovibles sur la face externe de l'élément
intermédiaire de ladite partie fixe de l'outillage durant la deuxième phase du
cycle de développement de l'aéronef, permettant ainsi de compléter un
assemblage de l'outillage, l'outillage étant utilisé durant la fabrication du
panneau de fuselage de l'aéronef; et de modifier la surface externe de
l'élément intermédiaire ce qui procure à une surface interne du panneau de
fuselage d'aéronef des contours qui sont variables durant la fabrication du
panneau de fuselage d'aéronef.
Des modes de réalisations préférentiels sont décrits ci-dessous.
De préférence, selon l'invention, ledit outillage mâle qui comprend un moule
de type mâle muni d'un moyeu, est remarquable en ce que ledit moule comporte,
de
plus, un élément intermédiaire qui entoure au moins en partie ledit moyeu et
qui est
solidaire par sa face interne de ce dernier, et une pluralité de modules
amovibles qui
sont susceptibles d'être juxtaposés et fixés sur la face externe dudit élément
intermédiaire de sorte que la surface externe de l'ensemble formé alors
(élément
intermédiaire et modules) est conforme à la surface interne du panneau à
fabriquer.
Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un outillage mâle qui comporte une
partie
fixe (moyeu et élément intermédiaire) sur laquelle peuvent être fixés des
modules
amovibles interchangeables, la définition précise de ces modules pouvant
évoluer
avec la définition de l'aéronef.
Par conséquent, on obtient un outillage mâle qui est flexible dans le sens où
l'on peut lancer sa fabrication, à savoir celle de ladite partie fixe, en
amont par rapport
à la fabrication d'un outillage mâle monobloc usuel, tout en autorisant la
prise en
compte de changements de design qui apparaissent tard dans le cycle de
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développement de l'aéronef, ces changements de design étant alors intégrés
dans
les modules interchangeables qui peuvent être réalisés plus facilement, plus
rapidement et à coût réduit. Cette flexibilité de l'outillage permet de
conserver des
possibilités d'évolution tardive de la conception, notamment pour réduire la
masse
Ou renforcer certaines zones.
La présente invention facilite également, en raison de la modularité de
l'outillage, sa réparation et/ou sa maintenance. En effet, tout module usé ou
endommagé peut être facilement remplacé, ce qui n'est pas le cas pour un
outillage
monobloc usuel.
Dans le cadre de la présente invention, lesdits modules peuvent être fixés
de différentes manières sur ledit élément intermédiaire, et notamment au moyen
de
fixations mécaniques (vis,...) et/ou d'un système magnétique.
En outre, en particulier pour éviter des phénomènes liés à des dilatations
thermiques relatives, de façon avantageuse, ledit élément intermédiaire et
lesdits
modules amovibles sont réalisés en un même matériau.
Bien que non exclusivement, l'outillage conforme à l'invention est plus
particulièrement destiné à la fabrication d'un panneau de fuselage d'un
aéronef,
notamment d'un avion de transport. Dans ce cas, dans un mode de réalisation
particulier, ledit outillage comporte au moins certains des types de module
suivants :
- un module pour au moins une zone renforcée en bord de panneau de fuselage ;
¨ un module pour au moins une zone renforcée sous lisses et sous cadres ;
¨ un module pour au moins une zone renforcée à un hublot ; et
¨ un module définissant un encadrement de porte.
La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un
outillage qui est destiné à la fabrication d'un panneau pour aéronef,
notamment un
panneau de fuselage, ledit outillage comportant un moule de type mâle muni
d'une
partie fixe (comprenant un moyeu et un élément intermédiaire) et d'une
pluralité de
modules amovibles qui sont susceptibles d'être fixés sur ladite partie fixe.
Selon ce
procédé :
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¨ on réalise ladite partie fixe, dans une phase amont du cycle de
développement
de l'aéronef, qui est antérieure à la définition définitive du design de
l'aéronef ; et
¨ on réalise lesdits modules amovibles postérieurement à ladite définition
définitive
du design de l'aéronef, lesdits modules étant ensuite fixés sur ladite partie
fixe de
5 l'outillage.
Ainsi, grâce à ce procédé, on peut lancer la réalisation de ladite partie fixe
bien en amont par rapport à la fabrication d'un outillage mâle monobloc usuel,
tout
en étant en mesure de prendre en compte des changements de design qui
apparaissent tard dans le cycle de développement de l'aéronef, ces changements
de design étant intégrés dans les modules interchangeables.
En outre, avantageusement, lors d'une modification du design de l'aéronef
(engendrant un nouveau design), on remplace, sur ladite partie fixe de
l'outillage,
les modules amovibles touchés par cette modification, par de nouveaux modules
qui ont été réalisés de manière à présenter des caractéristiques appropriées,
adaptées à ce nouveau design.
Ainsi, si par exemple une partie d'un panneau (ou du fuselage) doit être
modifiée, notamment renforcée, au niveau d'une zone particulière du panneau,
il
suffit de définir et d'usiner un ou plusieurs nouveaux modules qui présentent
les
caractéristiques appropriées, et les fixer au niveau de la partie du moule
correspondant à cette zone particulière du panneau.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention
peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des
éléments semblables.
La figure 1 est une vue schématique, en perspective, de la partie fixe d'un
outillage conforme à l'invention.
La figure 2 montre une partie fixe d'un outillage, sur laquelle on a
représenté schématiquement des modules interchangeables.
La figure 3 illustre schématiquement une partie d'un outillage conforme à
l'invention.
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La figure 4 montre une zone de la figure 3, sur laquelle sont représentés
des moyens de fixation.
L'outillage 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement, en
partie, sur la figure 1, est destiné à la fabrication d'un panneau en matériau
composite. De préférence, ce panneau est un panneau de fuselage ou de voilure
d'un aéronef, notamment d'un avion de transport. Toutefois, il peut également
s'agir
d'un panneau en matériau composite utilisé dans un autre domaine technique,
tel
que la construction de véhicules ferroviaires par exemple.
Cet outillage 1 comprend un moule 2 de type mâle qui est muni, de façon
usuelle, d'un moyeu 3.
Un tel outillage 1 est destiné au drapage d'une peau en matériau
composite. Pour réaliser un tel drapage, l'outillage 1 coopère avec une tête
de
placement (non représentée) qui est destinée à déposer une fibre pré-imprégnée
de
résine sur ledit moule 2. Pour ce faire, un mouvement relatif est engendré
entre
l'outillage 1 et la tête de placement. Généralement, l'outillage 1 est fixe et
la tête de
placement est déplacée par rapport à ce dernier, l'inverse pouvant également
être
mis en oeuvre. Après la réalisation de ce dépôt, le matériau déposé, qui est
thermodurcissable, est chauffé à l'aide de techniques usuelles, non décrites
davantage.
Comme ledit outillage 1 est de type mâle, la partie du panneau qui est au
contact de la face externe du moule 2 correspond à la surface interne de ce
panneau, en particulier lorsqu'il est destiné à la fabrication d'un tronçon de
fuselage
d'un aéronef, notamment d'un avion de transport. Par conséquent, avec un tel
outillage 1 de type mâle, on commence par draper l'intérieur de la peau du
fuselage
et on finit par draper l'extérieur (correspondant à la surface externe
aérodynamique). Ledit outillage 1 peut être utilisé dans toute technique
usuelle
employant un outillage mâle de ce type.
Selon l'invention, le moule 2 de l'outillage 1 comporte :
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- une partie fixe 4 qui est formée dudit moyeu 3 (qui est représenté en grisé
sur la
figure 1) et d'un élément intermédiaire 5, en forme de plaque, qui épouse la
forme externe dudit moyeu 3 et qui est fixé sur au moins une partie de ce
dernier ; et
- une pluralité de modules 6 amovibles qui sont susceptibles d'être juxtaposés
et
fixés sur la face externe 5A dudit élément intermédiaire 5, comme représenté
schématiquement sur la figure 2, de sorte que la surface externe 7 de
l'ensemble
formé par ledit élément intermédiaire 5 et lesdits modules 6 amovibles soit
conforme à la surface interne du panneau (en matériau composite) à fabriquer.
Par conséquent, grâce à l'invention, et notamment grâce à la définition
d'une partie fixe 4 non amovible et de modules 6 amovibles, on obtient un
outillage
mâle 1 qui est flexible. Ainsi, on peut lancer la fabrication de ladite partie
fixe 4, bien
plus tôt que celle d'un outillage mâle monobloc usuel, et ceci avant que le
design
définitif de l'aéronef soit figé. De plus, ledit outillage 1 permet la prise
en compte de
changements de design qui apparaissent tard dans le cycle de développement de
l'aéronef. Ces changements de design sont, en effet, intégrés dans les modules
in-
terchangeables 6 qui peuvent être réalisées plus facilement, plus rapidement,
et à
coût réduit. La définition précise de ces modules 6 peut évoluer avec la
définition de
l'aéronef. Cette flexibilité de l'outillage 1 permet de conserver des
possibilités
d'évolution tardive de la conception, notamment pour réduire la masse ou
renforcer
certaines zones.
Généralement, pour réaliser un tronçon de fuselage, on forme (à l'aide d'un
outillage 1 dont seule une partie de la surface externe est utilisée pour le
drapage)
une pluralité de panneaux cintrés, que l'on fixe ensuite ensemble pour former
ledit
tronçon. Toutefois, dans un mode de réalisation particulier, il est également
possible
de prévoir un outillage 1 présentant les caractéristiques précitées conformes
à
l'invention et permettant de réaliser un tronçon de fuselage en une seule
pièce.
Dans un mode de réalisation particulier :
- ledit moyeu 3 est fabriqué en acier ; et
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¨ ledit élément intermédiaire 5 est fabriqué, par exemple, en aluminium, en un
matériau nommé INVAR qui est un matériau métallique à très faible coefficient
de
dilation thermique, ou en un matériau nommé BMI qui est un matériau composite
haute température.
De plus, en particulier pour éviter des phénomènes liés à des dilatations
thermiques relatives, ledit élément intermédiaire 5 et lesdits modules 6
amovibles
sont réalisés, de préférence, en un même matériau.
Comme illustré sur la figure 2, les modules amovibles 6 sont susceptibles
d'être fixés, en étant répartis selon la circonférence et/ou selon l'axe
longitudinal de
ladite partie fixe 4, dont l'axe correspond à celui du moyeu 1
Dans un mode de réalisation particulier, représenté sur la figure 4 (qui
illustre la zone rectangulaire 8 en traits interrompus de la figure 3), les
modules 6
sont fixés sur l'élément intermédiaire 5 à l'aide de fixations mécaniques
comportant
par exemple des vis 9 usuelles.
En outre, dans un autre mode de réalisation non représenté, certains ou
l'ensemble desdits modules 6 peuvent être fixés sur ledit élément
intermédiaire 5 au
moyen d'un système magnétique usuel.
Ainsi, si pour une raison particulière, une partie d'un panneau (ou du
fuselage) doit être modifiée, par exemple renforcée, au niveau d'une zone
particulière du panneau, il suffit de définir et d'usiner un ou plusieurs
nouveaux
modules 6 qui présentent les caractéristiques appropriées, et les fixer au
niveau de
la partie du moule 2 correspondant à cette zone particulière du panneau. Ceci
peut
notamment être le cas si on veut renforcer le bord d'un panneau.
La présente invention facilite également, en raison de la modularité de
l'outillage 1, sa réparation et/ou sa maintenance. En effet, tout module 6 usé
ou
endommagé peut être facilement remplacé, ce qui n'est pas le cas pour un
outillage
monobloc usuel.
On notera que la surface externe 7 de l'outillage mâle 1, qui présente une
forme conforme à celle de la surface interne du panneau à fabriquer, peut être
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recouverte complètement de modules 6, ou être recouverte uniquement
partiellement de tels modules 6, le reste de la surface étant dans ce cas
formé par
la face externe 5A de l'élément intermédiaire 5, comme représenté par exemple
pour une zone 10 sur la figure 3.
Dans l'exemple de la figure 3, on a représenté différents types 6A, 6B, 6C,
6D, et 6E de modules 6 pour un outillage 1 destiné à fabriquer une partie de
fuselage d'un avion. A titre d'illustration :
¨ le module 6A peut être un module de renfort de bord de panneau ;
¨ les modules 6B et 60 peuvent être des modules de renfort de porte ;
¨ le module 6D peut être un module de renfort sous lisses ; et
¨ le module 6E peut être un module combiné de renfort sous lisses et de
bord de
panneau.
