Améliorer les composites thermoplastiques pour les fuselages de nouvelle génération
Les composites thermoplastiques (CTP) sont une catégorie de matériaux avancés en passe d’être largement utilisés dans l’industrie aérospatiale. Les CTP offrent une plus grande solidité et une meilleure résistance aux chocs que les thermodurcissables (le matériau standard actuellement utilisé dans l’industrie), ce qui permettrait de réduire les opérations de maintenance au cours de la durée de vie opérationnelle d’un aéronef. Les CTP sont toutefois difficiles et coûteux à produire. Ils nécessitent des températures de traitement très élevées, avoisinant les 400 °C, pour pouvoir être façonnés avant qu’ils ne refroidissent et ne reprennent leur forme. La qualité des pièces est également affectée par la vitesse de chauffage et de refroidissement, qui peut être délicate à gérer sur de grandes pièces présentant localement des changements d’épaisseur. «À ce niveau de température, la gamme de matériaux auxiliaires applicables est très limitée, coûteuse et encore difficile à utiliser sur des pièces à double courbure avec des éléments qui se raidissent», explique Guillaume Fourage, ingénieur à l’ESTIA et coordinateur du projet FRAMES. Dans le cadre du projet FRAMES, financé par l’UE, les chercheurs de l’ESTIA ont mis au point une nouvelle approche de fabrication pour soutenir le développement du fuselage et de l’empennage des futurs aéronefs avancés avec des CTP.
Une stratégie multipartite pour la production de CTP
Plutôt qu’une approche de fabrication spécifique, l’équipe de FRAMES a conçu une série de solutions destinées à un éventail plus large de processus impliqués dans la fabrication du fuselage arrière. Il s’agit notamment d’un outil de simulation pour prédire les températures de traitement pendant la fabrication des panneaux de revêtement par placement automatisé des fibres, de solutions de fabrication à haute cadence pour les raidisseurs (des structures ajoutées au fuselage de l’aéronef pour fournir un support) et d’un outil auto-chauffant pour l’assemblage du revêtement et des raidisseurs. Pour produire des formes complexes de raidisseurs, l’équipe de FRAMES a amélioré certains procédés de fabrication tels que le marquage à chaud (pour la mise en forme des composites), le moulage par compression en continu (une méthode de création des CTP) et la mise en place des fibres. Enfin, les membres de l’équipe ont fabriqué un nouvel ensemble d’outils avec des canaux de chauffage et de refroidissement intégrés afin de façonner les CTP de manière plus efficace. Cet outil physique métallique développé dans le cadre du projet FRAMES pour la production de raidisseurs complexes constitue une avancée dans le traitement des CTP. Il a été conçu pour gérer la dilatation thermique entre les différents composants de l’assemblage et assurer un contrôle précis de la température sur l’ensemble du cycle de production, explique Guillaume Fourage.
Simuler pour améliorer la précision de la fabrication
L’outil de simulation développé dans le cadre de FRAMES permet de contrôler avec précision la quantité d’énergie thermique fournie au matériau lors de la mise en place des fibres. Cet outil peut optimiser les processus de moulage des CTP, par exemple en augmentant la vitesse de placement des fibres tout en contrôlant la consommation d’énergie. «Nous sommes parvenus à produire des profils de raidisseurs très courbés, y compris des variations d’épaisseur, et ce, dans un temps de cycle compétitif», déclare Guillaume Fourage.
Introduire les CTP dans les aéronefs européens
Les solutions développées dans le cadre du projet FRAMES seront bientôt utilisées dans des plateformes de démonstration avancées, des essais auxquels participeront les principales compagnies aériennes d’Europe. «Les résultats du projet contribueront à la fabrication d’un panneau de fuselage co-consolidé à l’échelle 1, ce qui permettra de réduire le poids et les taux de production», ajoute Guillaume Fourage. Les connaissances acquises grâce à FRAMES serviront à l’équipe, qui continuera à affiner ses paramètres de processus et aidera ses clients à atteindre leurs objectifs en matière de performance et d’environnement. «Je voudrais remercier l’équipe pour ses efforts et son engagement au cours des deux dernières années et demie, en restant concentrée sur les objectifs du projet malgré des moments difficiles», conclut Guillaume Fourage. «Au-delà de ses réalisations techniques, le projet FRAMES a également été une grande histoire de collaboration européenne.»
Mots‑clés
CADRES, fuselage, aérospatiale, avancé, composites, production, simulation, fabrication
