Brevet FR2413998A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne des dispositifs pour arrêter les avions à l'atterrissage et en particulier des dispositifs permettant d'adapter au moyen d'un calculateur les efforts de freinage à la masse et à la vitesse de 11 avion, de façon à arrêter celui-ci avec une décélération optimale et constante pendant toute la séquence d'arrêt. Pour arrêter un avion au moment de l'atterrissage l'énergie de l'avion doit être transformée en autre forme d'énergie et la présente invention a pour but de réaliser des systèmes permettant d'absorber cette énergie mieux que dans tous les systèmes de freinage connus jusqu'a présent. Les systèmes d'arrêt classiques pour avions comprennent généralement un câble d'acier ou un filet de nylon ou tergal, tendu transversalement sur une piste d'atterrissage et dont les extrémités sont raccordées à un élément de liaison de longueur suffisante qui, après passage sur des poulies de renvoi, sont reliés chacun un dispositif dérouleur associé d'un dispositif d'absorption d'énergie Dans la généralité des cas les dispositifs dérouleurs entrainent des pompes hydrauliques engendrant ainsi une pression plus ou moins importante selon que les dispositifs dérouleurs tournent plus ou moins vite. Cette pression, plus ou moins régulée, est appliquée aux freins qui s1 opposent à la rotation des dispositifs dérouleurs. Pour obtenir un meilleur contrôle de la décélération de l'avion ou pour permettre une meilleure adaptation à des avions de tailles différentes, il a été nécessaire d'inclure des dispositifs de commande auxiliaires dans les systèmes. Ces dispositifs, qu'ils soient adaptés à des freins à friction ou hydrodynamique ne conviennent cependant qu'à une gamine très étroite d'avions précisément à cause de leur préréglage quiet un compromis de différentes valeurs, masses et vitesses. Ainsi par exemple, dans les dispositifs d'absorption d'énergie à friction connus à ce jour, on assure une régulation de freinage plus constante en commandant l'ouver- ture et la fermeture d'une soupape contrôlant ainsi la pression dans le circuit hydrsulique. Par suite, la soupape normalement ouverte au début de l'arrêt est progressivement fermée à une vitesse ou à une distance de parcours d'arrêt prédéter minée de façon à maintenir une pression donnée ou un degré contrôlé de décroissance de la pression dans le système. Ces solutions présentent cependant l'inconvénient de ne pas tenir compte des faibles masses. En effet, si l'on considère dans un cas un avion de 30 Tonnes, de vitesse 190 Noeuds, soit 144 Mégajoules et dans un autre cas un avion de 6 Tonnes et de mdme vitesse, soit 29 Mégajoules par conséquent un rapport d'énergie de près de 5, en admettant par ailleurs une décélération de 2g dans le premier cas, on aurait un réglage unique de 10 g dans le second cas, ce qui n'est pas tolérable. La présente invention consiste à déterminer, à l'aide d'un calculateur, les paramètres Yitesse et masse définissant le mobile à intercepter, sans intervention extérieure. Un des caractères de l'invention est de mesurer la vitesse de l'avion après l'impact sur le dispositif de capture et à partir de cette vitesse calculer la décélération optimale en utilisant la totalité de la distance d'arrêt . Cette décé lération est établie par l'égalité suivante & = v2 dans laquelle 6 est la a décélération exprimée en mètres par seconde, par seconde, Y2 la vitesse au carré du mobile à intercepter en mètres par seconde, D la distance d'arrêt du mobile en mètres. Il est entendu que la valeur de la décélération reste constante pendant toute la séquence de l'arret, les paramètres vitesse et distance d'arrêt variant proportionnellement dans le temps. Dans le cas où l'on emploie un calculateur mécanique pour établir les paramètres précités, on mesure la vitesse de l'avion au moyen d'un régulateur à billes du type de ceux utilisés en industrie automobile par exemple. Ce régulateur est entrainé en rotation par une roue mobile tangente à l'une des faces d'une poulie de renvoi propre an dispositif dérouleur permettant ainsi de transformer le mouvement de rotation de cette poulie en un mouvement longitudinal. Ce mouvement est transmis par l'intermédiaire d'une liaison mécanique appropriée aux servo-valves actionnant les freins. Il est évident que chaque mouvement longitudinal obtenu par le régulateur à billes est fonction de la vitesse de rotation de la poulie de renvoi et est différent en intensité pour des mouvements de rotation de la poulie provoqués par différentes vitesses d'engagement de ltaviou. Etant donné qu'au cours de la séquence d'arrêt la rotation de la poulie de renvoi décroit et qu'il faut conserver invariable l'intensité du mouvement longitudinal du régulateur à billes, on est amené à introduire la notion de distance d'arrêt et donc de déplacer progressivement la roue mobile tangente sur la face de la poulie de renvoi et ce, du centre vers la périphérie de celle-ci. Cette action est obtenue par une came mue en rotation par un réducteur, lui-meme entrainé en rotation par le dispositif dérouleur de câble ou de sangle. Par cette technologie on obtient que l'action sur les servo-valves est seulement fonction de la vitesse du mobile à intercepter et que cette action reste constante en freinage pendant toute la séquence drarret. Dans le cas d'emploi d'un calculateur électronique on utilise une masse magnétique fixée sur la face de l'une des poulies de renvoi du dispositif dérouleur. En regard de cette masse magnétique on dispose un capteur permettant d'envoyer, sur un amplificateur, les impulsions reçues lors des passages successifs de la masse magnétique devant celui-ci. L'ensemble, ainsi congus permet de connattre la vitesse de rotation de la poulie de renvoi et, par là même, la vitesse du mobile peu après son impact dans l'élément de capture. Pour introduire la notion de distance d'arrêt on mesure le déroulement de câble ou de sangle du dispositif dérouleur à l'aide d'un potentiomètre par exemple. Dans le mdme ordre dtidée et suivant l'invention, le calculateur détermine la valeur de la décélération constante sous forme d'un signal électrique convenable envoyé aux servo-valves actionnant le frein. De nombreux autres agencements peuvent etre utilisés et l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés. Elle est suceptible de nombreuses variantes suivant les applications envisagées sans que l'on s'écarte pour autant de ltesprit de l'invention. Le second caractère important de l'invention est de mesurer la masse du mobile à intercepter en mesurant la tension du cable ou de la sangle et en utilisant la décélération établie par le calculateur décrit précédemment avec laquelle on agit sur le mobile. la masse du mobile est représentée par l'égalité M = fa dans laquelle Y représente la masse du mobile exprimée en kilo, F la tension du câble ou de la sangle en Newton et Y la décélération en mètre par seconde, par seconde. Ceci consiste à intégrer un système capteur d'effort au niveau de chaque dispo d tif dérouleur. Ce système comprend un cadre rigide supportant une poulie de renvoi et pouvant se mouvoir longitudinalement et parallèlement au câble ou à la sangle. Ce cadre est retenu à une extrémité par de puissants ressorts dont le débattement est limité par un amortisseur pneumatique ou hydraulique situé sur l'extrémité opposée du cadre. Un système de biellette et de tringlerie permet de transmettre le déplacement du cadre au calculateur pour y introduire la notion de masse. En position statique, le système n'est soumis qutà la tension du câble ou de la sangle, les dispositifs dérouleurs étant immobilisés par les ensembles d'absorption d'énergie qui leur sont associés. En position dynamique, ctest-à-dire après l'impact du mobile sur l'élément de capteur chaque système est soumis à un déplacement longitudinal plus conséquent, l'allongement demandé par l'élément de capture n'est plus soumis aux câbles ou aux sangles mais directement à chacun de ceux-ci. Ce qui signifie que chaque cadre franchit la limite de débattement qui lui est impartie en position statique, conséquence qui aura pour effet de déclancher mécaniquement ou hydrauliquement le blocage des dispositifs de freinage associés aux dispositifs dérouleurs et de pennettre à ces derniers d'entrer en mouvement. Par cette action, le cadre revient alors lentement-vers une position arrière, en quilibre sous l'effet de la résultante obtenue de l'effort de traction du mobile sur le câble ou la sangle et du couple de freinage engendré au niveau du dispositif de freinage par la rotation du dispositif dérouleur associé à ce dernier. Le déplacement du cadre correspond donc bien à une force de traction de valeur déterminée égale à la résultante précitée. Ainsi, pour différentes forces on obtient différents déplacements correspondants qui, transmis mécaniquement au système de liaison commandant les servo-valves, permet d'introduire la notion de masse au dispositif d'absorption d'énergie. Cette force estdirectement proportionnelle à la masse du mobile à intercepter et reste constante pendant toute la séquence de l'arrêt puisque la valeur de la décélération reste elle-m8me constante pendant la m8me séquence. Cette application confirme bien la relation Ec = i MV2 = D x F. Il est bien évident que dans le cas où l'on applique ce système à un dispositif dérouleur constitué par une sangle s'enroulant sur elle-nême par couches concentriques superposées, il faut tenir compte de la variation du couple antagoniste, autrement -dit du couple de freinage étant donné que le rayon de la sangle déroulée décroit progressivement lors de la séquence d'arrêt. Cette variation peut être compensée par exemple au niveau du profil de la came, du calculateur de décélération ou par un dispositif palpeur intervenant sur le mécanisme de liaison commandant les serve-valves. Par contre, lorsque ce système s'applique à un dispositif dérouleur du type à Cabestan, il n'y a pas lieu de tenir compte d'un dispositif de compensation du couple de freinage, étant donné que le rayon de déroulement du câble ne varie pas. Outre la particularité de pouvoir mesurer l'effort de traction sur le câble ou la sangle, ce système offre en même temps d'autres avantages appréciables en regard de divers phénomènes se produisant lors de l'interception du mobile. En effet, dans les systèmes d'arrêt classiques pour avions dont le moyen de capture est un câble en acier et dont les éléments de liaison raccordés à celui-ci sont également des câbles en acier, on constate que lors de l'impact de l'avion dans le cible une onde de choc longitudinale est engendrée le long du câble et qui parcourt celui-ci à une grande vitesse. Cette vitesse est égale à la racine carrée du module d'élasticité E du câbleS divisée par sa densité d. Outre cet inconvénient, d'autres ondes transversales prennent naissance en apportant chacune un effort longitudinal supplémentaire à l'effort causé par l'impact initial. Ces ondes sé déplacent perpendiculairement au câble à partir du point d'impact vers les poulies de renvoi situées au bord de la piste d'où elles sont réfléchies vers le point d' impact. Lorsque ces ondes reviennent au point d'impact initial elles sont à nouveau réfléchies vers les poulies et ainsi de suite. Chacune de ces ondes appelle un effort longitudinal supplémentaire à l'effort causé par ltimpact initial. Ces réflectiens ont lieu jusqu'à ce que le dispositif dérouleur se mette en action sous peine d'atteindre très rapidement la limite de rupture du câble. Cette limite est fonction de la résistance du câble d'acier, de son module d'élasticité et de la vitesse du son dans le câble. Elle est exprimée par la formule S = EV dans laquelle S représente l'effort admissible en kilo par centimètre carré c E le module d'élasticité du câble en kilo par centimètre carré, V la composante longitudinale de la vitesse d'accrochage sur le câble en mètre par seconde et C la vitesse de l'onde longitudinale dans le câble. Des calculs précédemment établis démontrent que la rupture intervient aux environs d'une vitesse d'impact de 85 à 90 mètres par seconde. Devant la nécessité d'atteindre des vitesses d'impact supérieures, on a été amené à remplacer les éléments de liaison en câble d'acier par des éléments ayant un faible module d'élasticité tel que des câbles ou des sangles en nylon. Ainsi, l'allongement demandé par le câble en acier est transmis aux câbles ou aux sangles en nylon par l'onde de choc longitudinal sans provoquer aucun effort notable supplémentaire sur le câble. Les câbles ou les sangles nylon fournissent pratiquement la totalité de l'allongement nécessaire et transmettent en même temps une onde d'effort longitudinal transmise aux dispositifs dérouleurs jusqu'à ce que l'inertie des éléments mobiles soit vaincue et en tout cas avant que l'effort de rupture ne soit atteint. Il est évident qu'en ce qui concerne les systèmes d'arrêt pour avions, dont le moyen de capture est un filet en nylon, l'onde de choc longitudinal est considérablement amoindrie par la nature même de l'élément de capture. Le fait d'intégrer au dispositif dérouleur un système capteur d'effort comme décrit précédemment constitue également un système amortisseur. Ainsi, lors d'un engagement, l'allongement demandé par le câble en acier ntest plus transmis aux câbles ou aux sangles en nylon mais directement à chaque dispositif amortisseur. D'une autre façon, ceci permet l'utilisation d'éléments de liaison autres, tels que par exemple des éléments à base de textile ou de polyester ou, encore, d'acier sous forme de câbles ou de rubans convenablement tissés. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation de la présente invention. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue en plan d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 est une vue en élévation suivant les flèches li de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe du régulateur à billes suivant les flèches BB de la figure 1 - la figure 4 est une vue en coupe du régulateur à billes suivant les flèches BB de la figure 1 montrant celui-ci en fonctionnement - la figure 5 est une vue en élévation suivant les flèches CC de la figure 1 avec une position intermédiaire de fonctionnement dessiné en trait interrompu ;; - la figure 6 est une vue en plan suivant les flèches DD de la figure 5 avec une variante de forme de la poulie de renvoi - la figure 7 est une vue en élévation d'un système d'arrêt d'avion conpor- tant un dispositif dérouleur de sangle à axe horizontal avec un mode -d'adaptation du calculateur, objet de l'invention - la figure 8 est une vue en plan d'un système d'arrêt d'avion comportant un dispositif dérouleur de sangle à axe vertical avec un mode d'adaptation du calculateur, objet de l'invention La figure 1 ou 2 représente un calculateur mécanique conforme à l'invention permettant dtarrêter des avions à l'atterrissage ou au décollage en cas de besoin en adaptant, au moyen d'un calculateur, les efforts de freinage à la masse et à la vitesse de l'avion sans intervention extérieure, de façon à arrêter celui-ci dans toute la distance d'arrêt disponible avec une décélération optimale et constante pendant toute la séquence d'arr & . Pour cela, une roue tangente 1 en appui sur un plateau 2 solidaire d'une poulie de renvoi 3 du dispositif dérouleur (non représenté) permet d'entrainer un régulateur à billes 4 au moyen d'un arbre de liaison 5. Sous l'effet de cette rotation, les billes contenues dans les deux bols du régulateur sont soumises à la force centrifuge et agissent sur ces bols en les écartant ; un ressort antagoniste 6 s'oppose partiellement à cet écartement. Le déplacement obtenu par le bol situé du côté du ressort 6 permet d'actionner une tringlerie 7 agissant sur une biellette 8 articulée en 9 sur le dispositif capteur d'effort 10, et permet d'agir sur une servo-valve 11 commandant le dispositif d'absorption d'énergie. On constate que plus la vitesse de rotation de la poulie de renvoi 3 est importante, plus les billes du régulateur 4 sont soumises à la force centrifuge et plus les bols d1écarteront, d'où l'action plus importante de la biellette 8 sur la serve-valve 11. Toutefois, comme l'avion est soumis au freinage et que par conséquent il est décéléré, la vitesse de la poulie de renvoi 3 décroit. Afin de rester conforme à l'invention on est amené à introduire la notion de distance d'arrêt. Pour cela un réducteur 12 entraîné en rotation par un arbre 13, ou une cubaine, en liaison avec le dispositif dérouleur permet de mouvoir une came 14 dont l'effet de rotation provoque le déplacement de la roue tangente 1 par l'intermédiaire d'une biellette 15 et d'un galet 16 en contact avec la came 14. Le déplacement de la roue tangente 1 engendre une croissance de la vitesse de rotation de celle-ci et par conséquent du régulateur à billes 4. Ceci est évident car le diamètre de contact sur le plateau 2 a progressé, cependant la vitesse de rotation de la poulie de renvoi 3 décroît, ce qui ramène donc la roue tangente 1 b sa vitesse de rotation initiale et par conséquent également le régulateur à billes 4. Pour assurer une bonne régulation et pour que la décélération reste constante il faut que le déplacement de la roue tangente 1 se fasse en même temps que décroit la vitesse de rotation de la poulie de renvoi 3 afin que le régulateur à billes 4 tourne constamment à la même vitesse. Ce dispositif permet donc, conformément à l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, de calculer une décélération en fonction d'une vitesse donnée. La notion de masse est introduite sur le calculateur en mesurant la tension du câble ou de la sangle. Cette tension est mesurée par le déplacement d'un cadre rigide 17 supportant une poulie de renvoi 18. Ce déplacement du cadre 17 est limité par de puissants ressorts tarés 18 et amorti par un amortisseur 19 fixé sur le coté opposé. Lors de ltengngement d'un avion dans l'élément de capture le cadre 17 accuse un déplacement -plus ou moins important parallèlement à la sangle 20. Ce déplacement permet, outre le déblocage du dispositif de freinage (non représenté), d'être communiqué à la biellette 8 grâce à l'articulation 9 et de renforcer ainsi l'action sur la servo-valve 11 commandant les freins. On constate que plus la tension est importante, plus le déplacement du cadre 17 est important et plus l'action sur la servo-valve est conséquente. Ce dispositif complète et satisfait l'invention énoncée. - la figure 3 représente en coupe le régulateur à billes 4 - le dessin a été volontairement simplifié par souci de clarté. Sur ce dessin on distingue deux bols, gauche et droit. Le bol de gauche est alvéolé intérieurement suivant la grosseur des billes 21 de façon à pouvoir entrainer celles-ci en rotation, et il est fixe sur l'arbre de liaison 5. Seul, le bol droit peut se mouvoir en translation sous l'effet des billes 21. A ce déplacement s'oppose le ressort antagoniste 6. - la figure 4 représente en coupe le régulateur à billes 4 en fonctionnement la vitesse de rotation, engendrée par l'arbre de liaison 5 projette les billes 21 vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge, faisant s'écarter le bol droit du bol gauche et comprimer le ressort 6 à la valeur correspondante à l'intensité de la vitesse de rotation. Ce déplacement est mesuré par D. - la figure 5 montre le déplacement de la roue tangente 1 en appui sur le plateau 2 solidaire de la poulie de renvoi (non représenté). Ce déplacement est provoqué par la came 14, introduisant, dans le dispositif, la notion de distance d'arrêt par l'intermédiaire de la biellette 15 et du galet 16 ; la représentation en pointillé montre l'une des positions de la roue tangente 1 lors du fonctionnement. - la figure 6 est une variante du même dispositif, en ce sens que la poulie de renvoi plate utilisée pour une sangle est remplacée par une poulie de renvoi creuse permettant l'utilisation d'un câble métallique, textile ou nylon. Les figures 7 et 8 sont des représentations simplifiées de dispositifs absorbeurs d'énergie pour arrêter les avions'montrant l'adaptation d'un calculateur conforme à l'invention sur ces dispositifs et le cheminement parcouru par la sangle de liaison. REVESDICATI 1. Dispositif permettant d'adapter au moyen d'un calculateur mécanique les efforts de freinage à la masse et à la vitesse définissant un avion à arrêter dans des conditions de sécurité satisfaisantes pour les passagers et l'avion, caractérisé par le fait qu'il comporte un système permettant d'une part, de calculer la décélération optimale en décelant la vitesse de l'avion et en utilisant la totalité de la distance d'arrêt et, d'autre part, d'évaluer la force nécessaire pour ralentir l'avion dans cette même distance d'arrêt, ledit système actionnant et agissant sur les moyens d'absorption d'énergie du dispositif d'arrêt sur lequel il est adapté. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour déceler la vitesse de l'avion est un régulateur à billes permettant de transformer le mouvement de rotation d'une des poulies de renvoi en un mouvement linéaire. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour mesurer la distance d'arrêt est une came entrainée par un réducteur lui-meme entrainé en rotation par le dévidoir. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le mouvement linéaire obtenu à partir du régulateur à billes reste constant par suite de l'action de la came sur la roue d'entraînement du régulateur à billes en dépla çant celle-ci du centre vers la périphérie de la poulie de renvoi pour maintenir sa vitesse constante lorsque la vitesse de la poulie décroit. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour évaluer la tension de l'élément de liaison câble ou sangle est la mesure du déplacement d'un cadre rigide comportant une poulie de renvoi, ledit cadre pouvant se mouvoir longitudinalement et parallèlement aux lignes d'axes formées par le renvoi du câble ou de la sangle dans l'espace qui lui est imparti par les ressorts de retenue et le système amortisseur dont il est doté. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour évaluer la tension de l'élément de liaison peut être un palpeur sous forme d'un bras de levier comportant une roue folle venant en appui sur une portion de câble ou de sangle en tension située entre le dispositif dérouleur et une poulie de renvoi. 7. Dispositif permettant d'adapter, au moyen d'un calculateur électronique, les efforts de freinage à la masse et à la vitesse définissant un avion à arreter dans des conditions de sécurité satisfaisantes pour les passagers et l'avion, caractérisé par le fait qu'il comporte un système électronique permettant d'une part, de calculer la décélération optimale en décelant la vitesse de l'avion et en utilisant la totalité de la distance d'arrêt et, d'autre part, d'évaluer la force nécessaire pour ralentir l'avion dans cette même distance d'arrêt, ledit système électronique actionnant et agissant sur les moyens d'absorption d'énergie du dispositif d'arrêt sur lequel il est adapté. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour déceler la vitesse du mobile est un capteur magnétique envoyant des impulsions à un amplificateur sous l'effet d'un aimant permanent fixé sur une des poulies de renvoi. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour mesurer la distance d'arrêt est un potentiomètre actionné par le dispositif dérouleur et envoyant les informations à un amplificateur. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour évaluer la tension de l'élément de liaison câble ou sangle est une jauge de contrainte envoyant les informations à un amplificateur. 11. Dispositif selon la revendication 1 ou 7 permettant d'adapter les calcula- teurs sur des systèmes d'arrêt d'avion caractérisés par le fait qu'ils comportent des freins à un ou plusieurs disques de friction. 12. Dispositif selon la revendication 1 ou 7 permettant d'adapter les calculateurs sur des systèmes d'arrêt d'avion caractérisés par le fait qu'ils comportent des freins hydro-dynamiques. 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12 permettant d'adapter les calculateurs sur des systèmes d'arrêt d'avion caractériséspar le fait qu'ils comportent chacun un dispositif dérouleur de câble à axe vertical ou horizontal du type à Cabestan. 14. Dispositif selon la revendication 11 ou 12 permettant d'adapter les calculateurs sur des systèmes d'arrêt d'avion caractérisés par le fait qu'ils comportent chacun un dispositif dérouleur de sangle à axe vertical ou horizontal, lequel dispositif pouvant également servir d'enrouleur ou de moyen de stockage de l'élément de liaison.