1. Structure en sandwich
Dans la conception d'avions, le plus grand défi pour les concepteurs est d'exiger que les composants conçus soient aussi légers que possible sans perdre en résistance. Cela nécessite que la structure à parois minces soit conçue pour être stable sous l'action combinée de charges de traction, de compression et de cisaillement. Dans le passé, les méthodes traditionnelles de conception de structures d'aéronefs sont encore utilisées dans certains domaines. De longues fermes et des nervures/cadres sont utilisées pour former des renforts longitudinaux et latéraux afin d'améliorer la stabilité de la planche. En effet, certaines structures secondaires peuvent également être conçues avec des structures sandwich pour répondre aux exigences de résistance et de rigidité. La structure sandwich adopte généralement un matériau en nid d'abeille ou en mousse.

Pour les structures de profil aérodynamique avec de grandes hauteurs structurelles, les panneaux de peau (en particulier les panneaux de profil aérodynamique supérieur) utilisant des structures sandwich au lieu de panneaux en nid d'abeille peuvent réduire considérablement le poids. Pour les structures de profil aérodynamique avec de petites hauteurs structurelles (en particulier les surfaces de contrôle), pleine hauteur La structure sandwich au lieu de la structure nervurée de la poutre peut également apporter des effets de réduction de poids significatifs. Le plus grand avantage de la structure sandwich est qu'elle a une plus grande rigidité et résistance à la flexion.

La structure sandwich composite des avions utilise généralement des matériaux composites avancés comme panneaux, et le noyau sandwich est constitué de matériaux légers. Les performances de rigidité en flexion de la structure sandwich dépendent principalement des performances du panneau et de la hauteur entre les deux couches de panneaux. Plus la hauteur est grande, plus la rigidité en flexion est grande. L'âme sandwich de la structure sandwich supporte principalement les contraintes de cisaillement et soutient le panneau sans perdre sa stabilité. Habituellement, l'effort tranchant de ce type de structure est faible. Le choix de matériaux légers comme noyau sandwich peut réduire considérablement le poids des composants. De plus, l'expérience de l'utilisation de la structure sandwich montre également que lors de l'évaluation de la structure sandwich du point de vue des coûts, non seulement le coût de fabrication doit être pris en compte, mais également le coût de la durée de vie de l'avion doit être pris en compte.

2. Structure en bande renforcée
L'utilisation de raidisseurs est également le moyen le plus efficace pour renforcer les panneaux en fibre de carbone/époxy à parois minces, tels que les panneaux latéraux de l'admission du moteur ou de la nacelle, la peau des ailes et la poutre de queue, etc. L'utilisation de nervures peut améliorer le plus efficacement la rigidité et la stabilité de la structure.

3. Structure nervurée en forme de A remplie de mousse
L'américain NASA et l'européen Airbus, s'appuyant sur l'utilisation de structures sandwich et de bandes raidies depuis de nombreuses années, ont récemment proposé une structure en bandes raidies remplies de mousse pour optimiser au maximum la conception structurelle et le processus de fabrication, comme l'AIRBUS A380. Le cadre sphérique de la cabine étanche, etc.

Mousse PMI: La mousse PMI (polyméthacrylimide, polyméthacrylimide) peut résister aux exigences du processus de durcissement des matériaux composites à haute température après un traitement à haute température approprié, ce qui rend la mousse PMI largement utilisée dans le domaine de l'aviation. La mousse PMI de densité moyenne a de bonnes propriétés de fluage en compression et peut être autoclavée à une température de 120oC -180oC et une pression de 0,3-0,5MPa. La mousse PMI peut répondre aux exigences de performance de fluage du processus de durcissement préimprégné habituel et peut réaliser le co-durcissement de la structure sandwich. En tant que matériau aérospatial, la mousse PMI est une mousse rigide à cellules fermées uniforme avec essentiellement la même taille de pores. La mousse PMI peut également répondre aux exigences FST. Une autre caractéristique de la structure sandwich en mousse par rapport à la structure sandwich en nid d'abeille NOMEX® est que sa résistance à l'humidité est bien meilleure. Parce que la mousse est à cellules fermées, il est difficile pour l'humidité et l'humidité de pénétrer dans le noyau du sandwich. Bien que la structure sandwich en nid d'abeilles NOMEX® puisse également être co-durcie, cela réduira la résistance du panneau composite. Afin d'éviter l'effondrement du matériau central ou le déplacement latéral pendant le processus de co-durcissement, la pression de durcissement est généralement de 0,28 à 0,35 MPa au lieu de 0,69 MPa du stratifié habituel. Cela entraînera une plus grande porosité du panneau composite. De plus, étant donné que le diamètre des pores de la structure en nid d'abeilles est grand, la peau n'est supportée qu'au niveau de la paroi en nid d'abeilles, ce qui entraînera la flexion des fibres et réduira la résistance du stratifié de peau composite.

Sur la base de la comparaison entre le matériau de noyau en nid d'abeille et en mousse, le matériau en mousse est généralement sélectionné comme matériau de noyau de remplissage de la structure nervurée en forme de A. Lorsqu'il est utilisé comme moule à noyau, il sert de matériau de noyau structurel de la nervure en forme de A. , Est également un matériau auxiliaire de processus.

La mousse PMI a été utilisée avec succès comme matériau d'âme en mousse de structure sandwich dans diverses structures d'avions. L'une des applications les plus importantes est le panneau latéral d'admission d'air du moteur à l'arrière de l'avion Boeing MD 11. L'usinage de précision CNC et le thermoformage de la mousse réduisent considérablement le coût de pose. Le matériau de noyau en mousse PMI haute performance a une bonne résistance à la compression et au fluage pendant le processus de durcissement, de sorte que le panneau est compacté et que la surface est inégale. Par rapport au noyau en nid d'abeille, la structure poreuse isotrope de la mousse PMI peut également répondre aux exigences de stabilité dimensionnelle sous pression latérale pendant le processus de durcissement de l'autoclave. Contrairement à la structure en nid d'abeille, il n'a pas besoin d'être rempli de mousse. De plus, la mousse peut transférer uniformément la pression de l'autoclave au pli du panneau sous la mousse, le rendant compact, sans défauts de surface tels que l'indentation. La structure de bande raidie de type A remplie de mousse peut être appliquée à des composants tels que des surfaces de lancement de radar, des parois de nacelle, des revêtements de fuselage et des stabilisateurs verticaux.

4. La dernière application de remplissage en mousse Une structure de bande raidie
Les nervures remplies de mousse sont les dernières applications de la structure de châssis à pression arrière des Airbus A340 et A340-600. A ce jour, près de 1 700 ROHACELL® 71 WF-HT thermoformés et usinés par CNC ont été livrés à l'usine d'Airbus Stade près de Hambourg pour être utilisés par l'A340. Pendant le processus de superposition et de durcissement, la mousse formée agit comme un moule central. Pendant le durcissement, la mousse PMI a une bonne résistance au fluage en compression et une bonne stabilité dimensionnelle, de sorte que dans des conditions de durcissement de 180oC, 0,35MPa et 2 heures, le processus de co-durcissement de la structure sandwich est adopté pour réduire les coûts. La mousse PMI peut garantir que le préimprégné autour des nervures est complètement compacté, ce qui peut être un bon remplacement pour l'outillage d'airbag gonflable, évitant une série de problèmes tels que l'utilisation d'airbags gonflables qui nécessitent un durcissement multiple. Jusqu'à présent, plus de 170 cadres de pression arrière ont été fabriqués avec succès et il n'y a aucun déchet. Cela prouve également la fiabilité et la faisabilité du procédé de bande de renfort en mousse PMI.

Basé sur le succès du nouveau cadre de pression arrière A340 utilisant la structure nervurée remplie de mousse PMI, le cadre de pression arrière A380 utilise également cette technologie. Dans la structure de l'A380, les nervures en mousse font 2,5 m de long et la géométrie est relativement plus compliquée. Le traitement et le thermoformage de la mousse PMI sont plus faciles, ce qui est également la clé de la réalisation de la conception des nervures de remplissage en mousse. À l'heure actuelle, 200 pièces de nervures en mousse traitées ont été livrées à l'usine d'Airbus Stade pour l'utilisation de l'AIRBUS A 380.

5. Analyse structurelle d'une structure en bande raidie remplie de mousse A
L'exemple suivant traite de la faisabilité du matériau d'âme en mousse PMI pour obtenir une optimisation des coûts et du poids et répondre à la double exigence dans l'application des nervures en forme de A. Il sera discuté ici que le matériau de noyau en mousse peut non seulement être utilisé comme moule de noyau dans le processus de pose et de durcissement, mais peut également jouer un certain rôle structurel dans les nervures. En raison de la résistance élevée à la compression de la mousse, elle peut améliorer la stabilité de la structure, réduire la couche de préimprégné dans la structure sandwich et atteindre l'objectif de réduction de poids.

Sous l'action de la flexion et de la pression axiale, la structure composite à parois minces subit souvent une rupture stable. La rupture par instabilité se produit toujours au niveau de la partie en compression avant que le matériau n'atteigne la résistance à la rupture en compression. Une manière très mature et efficace consiste à lier les nervures de renforcement à la structure de la coque pour améliorer la capacité anti-instabilité de la structure de la coque. Les parois latérales et les bords convexes de la structure nervurée creuse en forme de A sont sujettes à l'instabilité, conduisant à une défaillance prématurée de la structure.

Par rapport aux nervures creuses en forme de A, dans les nervures remplies de mousse PMI, le matériau du noyau en mousse sert non seulement de moule central pendant le processus de fabrication, mais sert également de matériau structurel pour améliorer les performances anti-instabilité ; Avant, maintenez la forme et la résistance de la structure. La résistance à la compression dans le plan de la bande renforcée A remplie de mousse est comparée à celle de la bande renforcée creuse. Lorsque la structure subit une instabilité initiale, la charge d'instabilité augmente d'environ 100 %. Le matériau d'âme supporte principalement les contraintes de traction et de compression perpendiculairement à la surface latérale des nervures pour éviter une défaillance prématurée de la structure avant que le panneau composite fibre de carbone/époxy n'atteigne sa limite d'élasticité.

6. Conclusion
L'utilisation d'un noyau en mousse PMI peut être utilisée comme moule à noyau pour fabriquer des nervures en forme de A, ce qui peut réduire considérablement le coût de pose et de durcissement des composants. Le préimprégné peut être facilement posé sur le moule à âme en mousse. La structure vide isotrope de la mousse PMI et la bonne résistance à la compression et au fluage pendant le cycle de durcissement en autoclave permettent de réaliser le processus de co-durcissement en une étape. Nous pouvons également conclure que l'utilisation de mousse PMI remplie de nervures de renforcement en forme de A peut améliorer considérablement les performances anti-instabilité des structures en fibre de carbone/époxy à paroi mince. L'utilisation de raidisseurs peut augmenter la résistance à la rupture élastique d'environ 30 % et la résistance à la rupture par instabilité d'environ 100 %.