Brevet FR2189712A1 — publié le 19740125

Etat de la technique La présente invention concerne un volant, en particulier pour la stabilisation de véhicules spatiaux, qui contient un rotor, tournant au moyen d'un palier par rapport à un stator et comportant une jante de vo-lant, de préférence sur son rayon extérieur. Pour un nombre de tours déterminé, un volant de ce genre doit permettre d'atteindre une giration prescrite et satisfaire en même temps aux conditions requises en astronautique sur le plan de la légèreté et de la sûreté de fonctionnement. Etant donné que, pour un corps en rotation, le moment d'inertie et, par conséquent, la giration sont fonction du carré de la distance d laquelle se trouve la masse tournante, il est prévu dans un volant connu, sur le rayon extérieur du rotor, une jante-volant réunie au palier par des éléments de Jonction, par exemple par des rais. En raison de la déformabilité élastique de la jante de volant, bien que légère et des éléments de jonction, un tel rotor représente toutefois un système vibrant.Plus particulièrement au lancement du véhicule spatial, il peut se produire, au moment où est atteinte la fréquence de résonance du rotor, des pointes de charge très élevées, risquant d'entratner des détériorations du palier, sinon de rendre inutilisables tout le volant. Pour cette raison, on devait, jusqu'8 présents prévoir des marges de sécurité correspondantes sur les dimensions et utiliser un palier volumineux et lourd. Un blocage mécanique de la jante du volant par rapport au stator lors du lancement aurait également pour conséquence un accroissement du poids global et représenterait en outre un facteur dttnsdourité supplémentaire. Problème et solution L'invention a donc pour objet d'éliminer les inconvénients sus-mentionnés et d'améliorer, par des moyens simples, le comportement vibratoire. Ce problème est résolu par le fait que les éléments de jonction entre la jante et le palier sont pourvus de dispositifs pour amortir les vibrations, qui sont montés de préférence aux emplacements où les amplitudes des vibrations sont les plus grandes. Avantages et agencements favorables Par suite de l'amortissement efficace des vibra tions, un volant selon l'invention offre une sécurité plus grande et possède une longévité accrue, car les pointes de charge sont notablement réduites. L'invention peut être réalisée par une fabrication peu coûteuse et le poids global du volant peut être inférieur à celui des volants connus à performances égales. Des expériences et des calculs au sujet du comportement vibratoire d'un volant classique avec jante de volant et rais ont montré que les amplitudes des vibrations passent par des maxima et des minima à certains emplacements le long des rais ainsi qu'en direction périphérique du volant, et ce pour des vibrations tant en direction axiale que radiale. Un agencement particulièrement favorable est obtenu par le fait qu'un matériau possédant un coefficient de frottement élevé est disposé entre les surfaces de contact, ce qui conduit à un amortissement extrêmement efficace. Un autre agencement très important réside en ce que les éléments de jonction sont constitués par des rais sur lesquels, de préférence sur les extrémités extérieures desquels est posée au moins une bague d'amo ç ssement, serrée sur les rais au moyen d'un dispositif de retenue. Dans cette forme dé rEalisation, l'amortissement des vibrations du rotor est très énergique en raison du mouvement relatif entre les surfaces de portée de la bague d'amortissement et des rais, et du frottement prenant ainsi naissance. La fabrication de bagues d'amortissement de ce type est peu coûteuse. On peut de plus obtenir un comportement d'amortissement optimal par un simple réglage de la force d'application entre les bagues d'amortissement et les rais au moyen des dispositifs de retenue. I1 y a lieu de souligner que la mise en oeuvre du volant conforme à l'invention ntest pas limitée aux seuls véhicules spatiaux. Un volant agencé de cette manière peut être utilisé aussi bien, par exemple, pour des centrifuges de réacteurs nucldaires, ou de façon générale dans tous les cas où l'on peut s'attendre à des pointes de charge inadmissibles provenant de vibrations. Exemples de réalisation La description qui va suivre en référence à des exemples de réalisation représentés au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation avec des rais formés de plusieurs couches. La figure 2 est une coupe d'un rais le long de la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 représente une élévation en direction axiale d'un deuxième exemple de réalisation, contenant des bagues d'amortissement disposées sur les rais. La figure 4 est une coupe d'un rais du deuxième exemple de réalisation, faite le long de la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 représente une autre forme de réalisation possible, comportant des languettes élastiques comme dispositifs de retenue. La figure 1 représente schdmatiquement en coupe longitudinale un volant conforme à un premier exemple de réalisation. Un rotor contient une jante de volant cylindrique 1, des éléments de jonction constitués par des rais 2 et un moyeu 4 servant de logement à un palier 3. Le rotor peut tourner au moyen du palier 3 autour de l'axe 23 par rapport au stator 5 ; le moteur d'entralnement n'a pas été représenté pour simplifier le dessin. La figure 2 montre en coupe un rais 2 comportant quatre couches formées de profilés en U. Entre les barres profilées 6 sont intercalées de minces couches 7 d'un matériau à coefficient de frottement élevé. Les barres profilées 6 sont fixées au moyeu 4 et à la jante de telle façon qu'une certaine force d'application agit entre les surfaces de portée des barres profilées 6 et le matériau de friction 7. Aux emplacements indiqués par la ligne 8, les barres profilées 6 sont, de plus, réunies entre elles au moyen de boulons 9, si bien que la force d'application précitée exerce toute son action, ou peut Aetre rendue encore plus énergique par un serrage des boulons. Lorsque le volant vibre, les amplitudes des vibrations passent par un maximum aux emplacements désignés par les lignes 10,11 tandis qu'il se produit un minimum à l'emplacement désigné par la ligne 8. Les mouvements relatifs prenant naissance entre les barres profilées 6 et le matériau de friction 7 conduisent à un amortissement par frottement des vibrations, en coopération avec la force d'application précitée. La présence d'éléments de fixation, par exemple des boulons 9, aux empladements d'amplitude minimum des vibrations permet d'obtenir une force d'application définie et s'avère particulièrement avantageuse. I1 est proposé de plus, lorsqu'on utilise des rais formés de profilés creux, de revêtir les surfaces internes et/ou externes des rais d'une couche d'un matériau amortissant les vibrations, l'épaisseur de cette couche étant de préférence notablement plus forte que celle des parois des rais. Pour des rais profilés creux dont la cavité interne est entièrement comblée d'un matériau amortissant les vibrations, le frottement interne dudit matériau assure pareillement un amortissement efficace des vibrations du volant. I1 s'est révélé très avantageux de constituer chaque rais par deux barres profilées creuses glissées l'une dans l'autre. Dans une telle forme de réalisation, on peut obtenir un amortissement très énergique en comblant d'un matériau amortisseur l'intervalle compris entre les deux profilés creux. Un autre moyen pour obtenir un amortissement efficace avec une disposition conforme à la figure 1 consiste à prévoir entre le palier 3 et le moyeu 4 une douille intermédiaire en un matériau amortissant les vibrations. Cette mesure conduit à un amortissement très bon en combinaison avec l'un des exemples de réalisation précédents. La figure 3 est une vue en direction axiale d'un autre exemple de réalisation très favorable, comportant deux bagues d'amortissement 13, montées sur le bord externe des rais 12. Vues en direction axiale, ces bagues d'amortissement 13 sont posées de part et d'autre des rais 12 et serrées entre elles au moyen de dispositifs de retenue 14 se trouvant en direction périphérique entre deux rais voisins. Une force d'application s'exerce de ce fait entre les portées 15 et 16, constituant des surfaces de friction, des bagues d'amortissement et des rais. Pour obtenir un amortissement aussi élevé que possible, les bagues d'amortissement 13 sont épanouies aux emplacements 19 pour agrandir les portées 15 et 16.Pour agrandir encore davantage les surfaces de portée, on peut en outre évaser vers l'extérieur les rais 12 aux emplacements 19, par exemple trapézoRdalement, comme représenté dans la figure 3 sur le rais inférieur par les lignes en traits mixtes 25. Les dispositifs de retenue précités sont constitués par des boulons de serrage vissables (non représentés) permettant d'ajuster la force d'application. Les dispositifs de retenue peuvent être également constitués, par exemple, par des ressorts de traction montés entre les deux bagues d'amortissement. En raison de leur rigidité et de leur masse différentes, la jante de volant cylindrique 1 et les bagues d'amortissement mentionnées ci-dessus, 13, forment deux systèmes vibrants de comportement vibratoire différents de sorte que des vibrations du volant déterminent sur les surfaces de portée 15,16 des mouvements relatifs entre les rais et les bagues d'amortissement. Er coopératkon avec la force d'application, il se produit ainsi un amortissement efficace des vibrations par frottement. Les bagues d'amortissement 13 sont fixées, de plus, par rapport à la jante de volant 1 au moyen de clavettes de centrage 17, pour éviter des déplacements en direction radiale des bagues d'amorticseent et le balourd du rotor qui en résulterait. Les clavettes de centrage 17 sont disposées en direction périphérique aux emplacements où les amplitudes de vibration de la jante de volant passent par un minimum, ce qui est d'importance primordiale pour l'effet d'amortissement, car un accouplement aussi réduit que possible est ainsi assuré entre les bagues d'amortissement et la jante de volant. Un moyen très avantageux pour le centrage des bagues d'amortissement 13 consiste à munir celles-ci de rainures (non représentées), épousant la forme des épanouissements des rais (par exemple comme indiqué par les lignes 25). Les surfaces de contact supplementaires entre les rais et les bagues d'amortissement, sensiblement perpendiculaires aux surfaces de portée 15,i6, évitent des déplacements inadmissibles des bagues d'amortissement. La figure 4 montre une coupe d'un rais 12 le long de la ligne IV-IV de la figure 3 ; il est prévu supplémentairemuent, entre les surfaces de portée 15116, une couche d'un matériau ayant un coefficient de frottement élevé. La force de frottement est ainsi notablement accrue et l'amortissement par frottement rendu particulièrement efficace. La figure 5 représente en coupe un rais d'un autre exemple de réalisation, dans lequel les dispositifs de retenue sont constitués par des languettes élastiques 21, qui sont fixées au moyeu 22 et s'appliquent de part et d'autre contre les rais par une surface de frottement périphérique 24. Ces languettes assurent la force d'application nécessaire entre les surfaces de frottement 24 et les rais 12. Pour accrottre la force de frottement, il est prévu, entre les surfaces 24 et les rais, une couche 20 d'un matériau possédant un coefficient de frottement élevé. En variante de l'exemple de réalisation selon la figure 5, les languettes élastiques peuvent s'appliquer unilatéralement par leurs surfaces de frottement contre les rais. Un amortissement des vibrations est pareillement obtenu dans ce cas, du fait que des forces de frottement prennent naissance sous 11 effet de la force d'application et du mouvement relatif entre la languette élastique coopérant par la surface de frottement 24 avec les rais. REVENDICATIONS 1.- Volant, en particulier pour la stabilisation de véhicules spatiaux, qui contient un rotor tournant au moyen d'un palier par rapport à un stator et comportant une jante, de préférence sur son rayon extérieur, ledit volant étant caractérisé en ce que les éléments de jonction entre la jante et le palier sont pourvus de dispositifs pour amortir les vibrations, qui sont montés de préférence aux emplacements où les amplitudes des vibrations sont les plus grandes. 2.- Volant suivant la revendication 1, dans lequel les éléments de jonction sont constitués par des rais, caractérisé en ce que chaque rais est formé d'au moins deux couches juxtaposées et en ce que les surfaces de contact des couches sont aménagées en surfaces de frottement. 3. - Volant suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un matériau possédant un coefficient de frottement élevé est disposé entre les surfaces de contact. 4.- Volant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de jonction constitués par des rais présentent une section tubulaire et sont enrourés, sur leurs faces internes et/ou externes, d'une couche d'un matériau, amortissant les vibrations dont l'épaisseur est de préférence grande comparativement à l'épaisseur de leur paroi. 5.- Volant suivant la revendication 1, dans lequel les éléments de jonction sont constitués par des rais, caractérisé en ce que chaque rais est formé de deux barres profilées creuses glissées l'une dans l'autre et en ce qu'il est prévu un matériau amortisseur entre lesdites barres profilées creuses. 6.- Volant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'entre le palier et le moyeu du rotor est disposée une douille d'un matériau amortissant les vibrations. 7.- Volant suivant la revendication 1, dans lequel les éléments de jonction sont constitués par des rais, caractérisé en ce que sur les rais, de préférence sur leurs extrémités extérieures, est posée au moins une bague d'amortissement, serrée sur les rais au moyen d'un dispositif de retenue. 8.- Volant suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, sur les rais vus en direction axiale, sont posées d'en bas et d'en haut deux bagues d'amortissement et en ce qu'il est prévu, de préférence en direction périphérique entre deux rais voisins, un dispositif de retenue qui serre l'une sur l'autre les bagues d'amortissement précitées avec une pression définie. 9.- Volant suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un matériau possédant un coefficient de frotttement élevé est interposé entre les surfaces de portée des rais et les bagues d'amortissement. 10.- Volant suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que des éléments de centrage sont prévus entre la jante de volant et les bagues d'amortissement, de préférence aux emplacements où les amplitudes des vibrations passent par un minimum. 11.- Volant-suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les surfaces de portée des rais sont épanouies vers l'extérieur, de préférence trapézoIdale- ment et en ce que les bagues d'amortissement sont munies de rainures dont la forme correspond à celle des surfaces de portée des rais.