Brevet FR2493444A1 — publié le 19820507

AMORTISSEUR-VERIN La présente invention concerne les amortisseurs et plus particulièrement ceux qui permettent d'assurer la fonction vérin, notamment du type de ceux équipant les trains d'aérodynes, en par- ticulier d'hélicoptères, et adaptés aux atterris- sages en catastrophe, c'est-à-dire à une vitesse supérieure à celle qui est normalement prévue. On connait déjà de nombreux types d'amortisseurs de suspension pour trains d'atterrissage d'aéro- dynes, comprenant une tige d'amortisseur montée coulissante avec étanchéité à l'intérieur d'une première chambre de fluide hydraulique d'un cylin- dre, la tige ou le cylindre renfermant une chambre de rappel élastique à basse pression, telle qu'une chambre de gaz sous pression, ainsi qu'un volume de fluide hydraulique, éventuellement adjacent à la chambre à basse pression, et en communication avec la première chambre du cylindre par au moins un orifice de laminage en compression, présenté, par exemple, par un piston porté par l'extrémité de la tige d'amortisseur reçue à l'intérieur du cylindre, la détente de la chambre à basse pres- sion étant freinée par un clapet de laminage de détente. Dans ces dispositifs, la chambre à basse pression fait office de ressort, rappelant le dispositif en position d'équilibre après amortissement du déplacement de la tige dans le cylindre, qui ré- sulte d'une dissipation d'énergie par laminage du fluide hydraulique.au travers d'orifices cali- brés pour les vitesses normales d'atterrissage, de l'ordre de 3 m/s, permettant d'absorber l'éner- gie à i'impact. Certains de ces dispositifs connus comprennent également des clapets munis d'orifices de lamina- ge à section variable selon la vitesse d'enfonce- ment ou le sens de passage du fluide: ainsi que des moyens de freinage en fin de détente de l'amortisseur, afin de rendre ce dernier efficace lors du roulement de l'aérodyne sur sols non pré- parés ou sur pistes dallées, ou d'absorber cer- taines pointes d'effort, afin d'absorber les ef- fets du phénomène de résonnance au sol qui se ma- nifeste sur les hélicoptères, à la limite de la sustentation, juste avant le décollage, et afin de ne pas laisser le dispositif se détendre brusque- ment, avec un choc lorsqu'il arrive en butée en position détendue. Mais ces dispositifs connus s'avèrent ne pas 4tre adaptés aux atterrissages en catastrophe ou au crash de l'aérodyne, avec des vitesses verticales par exemple de l'ordre de 10 à 12 m/s, pour les- quelles les orifices de laminage en compression apparaissent sousdimensionnés, de sorte que l'amortisseur se comporte comme un élément quasi- rigide, transmettant à la structure de l'aérodyne la totalité des efforts qu'il reçoit, ce qui pro- voque la destruction de l'aérodyne, ou la destruc- tion de l'amortisseur entraînant ensuite celle de l'aérodyne. Il est également connu un amortisseur de ce type dans lequel l'orifice de laminage est déterminé par un piston traversé, avec un jeu défini, par une tige portée par un fond rigide, monté à l'in- térieur de la tige, et lui-même percé d'orifices de freinage assurant le laminage du fluide hydrau- lique passant d'une chambre interne à la tige vers une chambre interne au fond rigide et séparée d'une chambre de gaz à haute pression par un pls- ton séparateur. A l'impact, dans ce dispositif, et dans les dis- positifs analogues à fond mobile percé d'orifices de laminage, on superpose aux efforts dus à l'i- nertie des parties non suspendues, telles que la roue et ses équipements (freins notamment), des efforts dus au laminage, qui sont d'autant plus importants que la vitesse verticale à l'impact est élevée, de sorte que l'effort total subi par l'amortisseur est très supérieur à sa charge limite élastique et peut dépasser sa charge de rupture ou la charge de rupture de l'atterris- seur, et entra ner la destruction de l'aérodyne. On connait par ailleurs, des amortisseurs-vérins susceptibles d'amener les atterrisseurs indiffé- remment en position rentrée, lors du vol de l'aé- rodyne, en position sortie pour l'atterrissage et le roulage ainsi qu'en position surbaissée au sol, pour faciliter la logeabilité de l'aérodyne dans un hangar, l'accessibilité à certaines par- ties de l'aérodyne, son ancrage sur son air de stationnement,.etc. Ces amortisseurs-vérins comprennent par exemple un amortisseur, pouvant 8tre du type présenté ci-dessus, et monté en bout d'une tige de vérin, dont une première cham- bre fait office de cylindre pour l'amortisseur, et elle-rmême solidaire d'un piston de vérin monté coulissant dans un cylindre de vérin, avec lequel le piston définit une chambre commandant la des- cente du train d'atterrissage lorsqu'elle est alimentée en fluide hydraulique, et commandant la mise en position surbaissée, lorsqu'elle est vidée, sans modification de la charge de l'amor- tisseur. De plus, un piston de relevage, monté coulissant dans une seconde chambre de la tige du vérin, séparée de la première, et constituant une chambre de relevage de l'atterrisseur, permet de charger l'amortisseur en tirant la tige de ce dernier vers l'intérieur de la tige du vérin, lorsque cette seconde chambre est alimentée en fluide hydraulique et que la chambre de descente est vidée, ce qui amène l'atterrisseur en position rentrée. Un dispositif de verrouillage mécanique, par exemple à griffes, ou hydraulique, comprenant un clapet de verrouillage hydraulique à ouverture commandée, est, en outre, prévu pour verrouiller la tige de vérin en position sortie par rapport au cylindre de vérin, après remplissage de la chambre de descente. Dans le cas d'un dispositif hydraulique, un clapet de surpression disposé en bas de la chambre de descente autorise une prolon- gation de la course par vidange de la chambre de descente en cas de crash. Mais, cette solution présente l'inconvénient que la course possible de l'amortisseur n'est pas utilisée au mieux pour absorber une part supplé- mentaire de l'énergie de crash. Le problème que l'on vise à résoudre par la pré- sente invention consiste à concevoir des amortis- seurs et amortisseurs-vérins perfectionnés, capa- bles d'absorber une fraction de l'énergie de crash pouvant 8tre de trois à quatre fois supérieure à l'énergie maximum normale, absorbée pour des vi- tesses normales d'atterrissage, cette fraction de l'énergie de crash étant elle-même absorbée à des vitesses de trois à quatre fois supérieures aux vitesses normales, et la fraction complémen- taire de l'énergie de crash étant absorbée par la structure de l'aérodyne supportant les amortis- seurs ou amortisseurs-vérins, ces derniers ne devant etre détruits qu'après avoir profité de toute leur course en compression, quelle que soit la vitesse verticale de l'aérodyne vis-à-vis du sol, et l'effort subi par l'amortisseur restant voisin de la charge limite élastique et, en tout cas, inférieur à la charge extrême, charge de rupture de l'atterrisseur ou de l'amortisseur. Des amortisseurs répondant aux caractéristiques décrites ci-dessus ont déjà été mis en oeuvre, notamment par la demanderesse et ils ont donné de bons résultats. Un exemple d'une mise en oeuvre est d'ailleurs donnée en regard de la figure 1 afin d'illustrer l'art antérieur à la présente in- vention. Plus précisément, la présente invention a pour objet un amortisseur-vérin comprenant - un cylindre, - une tige -creuse définissant un premier logement c) coulissant par l'intermédiaire d'un piston de séparation dans ledit cylindre, pour définir dans cedit cylindre deux chambres a volume va- n riable, une première chambre entre ledit piston et un fond dudit cylindre: et une deuxième chambre, arnnulaire entre le piston, le cylindre et ladite tige, des moyens pour mettre en communication la première chambre et ledit logement, caractérisé par le fait quail comprend un piston séparateur apte à coulisser de façon étanche dans ledit logement, pour le diviser en deux par- ties dites haute et basse, la partie haute com- portant du fluide incompressible et la partie basse comportant du fluide compressible, des moyens pour définir une position limite basse dudit piston séparateur dans ledit logement, et des moyens pour faire varier à volonté le volume du fluide incompressible dans ladite partie haute. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention appara tront au cours de la des- cription suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limi- tatif, dans lesquels la figure 1 est donnée pour illustrer l'état de la technique antérieure et bien faire ressortir l'amortisseur selon l'in- vention dont un mode de réalisation est illustré sur la figure 2. Ainsi, la figure 1 représente un mode de réali- sation d'un amortisseur qui, selon les cornnais- sances de la demanderesse, devrait être ltamor- tisseur qui illustre le mieux l'état de la techni- que dans le domaine de l'inventiono L'amortisseur comprend un cylindre 1 dans lequel coulisse une tige 2 réalisée en creux pour déli- miter un logement 3. Cette tige coulisse dans le cylindre par l'intermédiaire d'un piston 4 de séparation permettant de définir dans le cylindre une première chambre inférieure 5, en-dessous du piston et une deuxième chambre annulaire 6 com- prise entre le piston 4, le cylindre 1 et la tige 2. Comme représenté, le cylindre 1 comporte dans sa partie basse 7 un fond mobile 8 coulissant de t oçOi .L anche contre la paroi 9, mais limité par deux butées 10 et 11. Le volume 12 compris au- dessus du fond mobile 8 est rempli de fluide in- compressible comme de l'huile, et le volume 13 compris en-dessous du fond mobile par un milieu élastique, formant ressort à seuil constitué par exemple par un fluide compressible comme un gaz à haute pression.' Ce fond mobile porte une contre-tige 14 ayant la forme d'une aiguille, qui traverse le piston 4. Cette contre-tige 14 sert de moyen pour moduler la communication du fluide entre le volume 12 et le logement 3 avec, de façon connue, les moyens de lamninage représentés schématiquement par des clapets en 15. Pour compléter la description de cet amortisseur, il est précisé que le logement 3 comprend au-des- sus du volume de fluide incompressible 16 un volu- me de fluide compressible formant ressort 17. Ce fluide compressible comme du gaz peut être in- troduit par une valve 18 et un conduit 19 situé dans le haut de la tige 2, étant donneé que ce mode de réalisation d'amortisseur est destiné -'i 1trnt mntit(' sur doés a6rodynos comme des h6li- coptères de façon qu'il sbit toujours sensible- ment vertical et que la tige soit en partie su- périeure. De plus, ce genre d'amortisseur doit pouvoir comprendre des moyens commandables adaptés, per- mettant de réduire sa longueur quand, par exemple, l'hélicoptère doit tre rangé dans des hangars- de hauteur réduite comme par exemple dans les porte-avionso Pour cela, dans la chambre annulaire 6 est dis- pose un piston 20 dit de verin, pouvant coulis- ser contre la paroi extérieure 21 de la tige 2 et la paroi intérieure 22 du cylindre 1o Ce piston 20 délimite dans la chambre 6 deux es- paces 23 et 24, l'espace 23 pouvant 8tre alimenté par une source de fluide extérieur par le conduit 25. Le fonctionnement de cet amortisseur est le sui- vant. Comme il'est connu, ce fonctionnement sera rappelé très brièvement. I1 est tout d'abord précisé que l'amortisseur est représenté dans sa position détendue. Partant de cette position: A) quand l'amortisseur est soumis à un choc normal par exemple quand l'aérodyne roule sur la piste, dans ce cas la tige 2 s'enfonce dans le cylindre, de l'huile passe relativement facilement de la chambre 12 dans le logement 13 pour venir compri- mer le volume de gaz 17 qui amortit le choc à la manière d'un moyen élastique. La tige revient à 24934 44 sa position d'équilibre sous la force de pres- sion du fluide comprimé, mais, dans ce cas, avec un laminage du fluide qui repasse du logement 3 vers la chambre 12 dans les clapets 15. 3 B) par contre, quand l'amortisseur est soumis à un grand choc par exemple lors d'un atterrissage en catastrophe, dans ce cas, presque toute la pression de choc est transmise au fond mobile qui s'enfonce à l'encontre de la chambre haute pres- sion en amortissant une grande partie du choc qui continue ensuite à 8tre absorbée par la chambre basse pression. L'amortisseur revient à sa position d'équilibre de façon lente par laminage du fluide comme précé- demment dit, dans les clapets 15 au niveau du pis- ton de séparation 4 et des clapets 26 au niveau du fond mobile 8. C) enfin, quand la longueur de l'amortisseur doit 9tre réduite, un fluide de commande sous pression et de préférence incompressible, est envoyé dans l'espace 23 par la conduite 25, et de la sorte, le piston de vérin 20 se déplace vers le piston de séparation 4, et tend à enfoncer la tige dans le cylindre jusqu'à ce que le volume de gaz 17 soit comprimé au maximum, ainsi la longueur de l'amortisseur est à son minimal. Comme le volume total d'huile dans la tige et le cylindre est invariable, la longueur minimale que pourrait atteindre l'amortisseur si: 1 est sa longueur totale détenduae, et Il et 12 la hauteur des chambres haute et basse pression, est en fait 1 - il si on considère que généralement 12 ne I0 %rarie pas étant donne l; haute pression qui règne dans la chambre 13. Or, -. peut etre. ..essade rédiire l'enom- lon.e_.2 Ceres.! g de brement en longueuor de cet a.mortis'seuz- rde quand U1 aest mas possible de réduire sa longueur en po...lon détendue poar dres questions par exemple de point d'attache et de diarmètre de roue. Le mode de réalisation domné sur la figure 2 Dermet de répondre en grande partie au problème soulevé ci-dessus. La figure 2 représente un amortisseur coomprenant un cylindre 101 dans lequel coulisse une tige 102 réalisée en creux pour délimiter un logement 103.o Cette tige 102 coulisse deas le c7ylindre par l'in- termédiaire d'utn piston 104. de séparation permet- tant de définir dans le cylindre 101 une première chambre inférieure 105 située en-dessous du pis- ton et une deuxième chambre annulaire 106 compri- se entre le piston 104, le cylindre 101 et la tige i020 De plus, le cylindre 101 comporte dans sa partie basse 107 un fond mobile 108 auquel sont associés des moyens de laminage comme des clapets 126. Ce fond mobile 108 coulisse de façon étanche contre la paroi 109 entre deux butées mécaniques repré- sentées par des portions 110 et 111 de la paroi interne du cylindre 101. Ainsi, le volume 112 compris au-dessus du fond mobile 108 est rempli d'un fluide incompressible comme de l'hutl-rule et le volume 113 compris en- dessous du fond mobile est rempli d'un milieu 2493e 44 élastique assurant une.fonction de ressort à seuil constitué par exemple par un fluide compres- sible comme un gaz tel de l'azote, portée à haute pression. Ce fond mobile porte une contre-tige 114 ayant la forme d'une aiguille qui traverse le piston 104. Cette contre-tige 114 sert de moyen pour moduler la communication du fluide entre le volu- me 112 et le logement 103. Bien entendu, le pis- ton 104 comporte aussi des moyens de laminage comme des clapets 115. Cet amortisseur qui est destiné plus particuliè- rement à des aérodynes, comme par exemple des hé- licoptères, doit aussi assurer une fonction vérin, pour réduire sa longueur quand par exemple l'héli- coptère doit être rangé dans des hangars de hau- teur réduite, comme par exemple sur les porte- avions. Pour cela, la chambre annulaire 106 contient un piston de vérin 120 pouvant coulisser de façon étanche d'une part, contre la paroi externe 121 de la tige 102 et, d'autre part, contre la paroi interne 122 du cylindre 101o Ce piston 120 divise cette chambre en deux espa- ces 123 et 124, et l'espace 123 peut 4tre ali- menté par une source de fluide 140 par le conduit 125. Dans ce mode particulier de réalisation, o tout ce qui vient d'être décrit se retrouve dans les modes de réalisation antérieurs. Par contre, on constate que dans le logement 103 coulisse un piston séparateur 141 d'une part, contre la paroi 2493A44 interne 142 de la tige 102 et contre la paroi externe 143 d'un guide central 144 fixé sur le fond supérieur 145 de la tige 102. De plus, ce guide comporte un canal central 146 qui débouche a une extrémité 148 toujours en-dessous du piston 141 dont la position limite basse est parfaitement définie par des butées mécaniques 147 et à son autre extrémité 149 en dehors de la tige 102 par une valve!50 qui peut 9tre connectée par une canalisation 151 à une source de fluide compres- sible commandable 152 comle il sera expliqué ci- après. De ce fait, le piston séparateur 141 délimite dans le logement 103 deux volumes 153 et 154, et - il peut se déplacer en coulissant notaiement le long du guide 144 entre la butée 147 et le fond de la tige 102. Le volume 154 peut être relié par une conduite aussi à une source de fluide incompressible comme par exemple la même source 140 que celle qui alimente l'espace 123 mentionné ci-dessus. Par contre, dans ce casa l'espace 123 et le vo- lume 154 sont reliés respectivement à la source à travers un distributeur 156 cormmandableo Ce distributeur permet essentiellement, soit de remplir l'espace 123 tout en permettant la vi- dange du volume 154, ou soit de vidanger l'es- pace 123 tout en permettant le remplissage du volume 154, ou soit enfin d'obturer les deux canalisations 125 et 155 pour maintenir en l'état les quantités de fluide dans l'espace 123 et le vrolume 154, d'une façon générale ce distributeur 24934' ',4 permet de commander la, synchronisation des com- mandes du déplacement respectivement des deux pistons 120 et 141. Enfin, il est précisé que le guide 144 est situé sur le m9me axe de déplacement de l'aiguille 114 et le canal 146 à un diamètre supérieur au dia- mètre extérieur de l'aiguille 114, de cette fa- çon, quand la tige 102 s'enfonce dans le cylindre 101, l'aiguille 114 pénètre dans le canal 146 et n'emp9che pas de ce fait ce déplacement ni ne le limite. Enfin, le volume 753 comprend dans son fond, quand l'amortisseur est en position détendue, une petite quantité de fluide 157 avec au-dessus une 1, 5 quantité de fluide compressible élastique assurant une fonction ressort comme un gaz tel de l'azote, à une pression relativement basse par rapport à celui du volume 113. Enfin, la tige et le cylindre sont disposés de façon qu'ils soient toujours sensiblement dans une position verticale et que la tige soit dans une position supérieure comme cela est représen- té sur la figure o appara t de façon esquissée une roue 160 liée au cylindre 101 et la structure 161 de l'aérodyne sur laquelle est fixée l'extré- mité 145 de la tige 102, et dans laquelle sont situés les éléments d'alimentation fluidique comme les sources 140 et 152 et le distributeur Le fonctionnement de cet amortisseur est le sui- vant. Tout d'abord, en ce qui concerne l'absorption i4 des chocs de valeur relativement faible et fort, cet amortisseur fonctionne de la même façon que celui de l'art antérieur précédennent décrit. Et, de ce fait, ce fonctionzlement dans ces deux cas ne sera pas expliciteé 'Par contre, qua2d la longueur de l 'anmortisseur peut être réduite, le úonic-tiorneneent es-t le suivanto Par iune commnande du distributeur 156, simltaé- ment! espace. 23 est alimenté ena fluide sous pression, et le volume!54 est relié à l'entrée d'alimentation de le. source 140o De ce fait, le piston de vérin 120 pousse sucé le pis';;on 104 et fait rentrer la tige 102 d leis n cylindre 101, et le piston séparateur 141 r-emoone dans a tige 10O en vridant le volume de fluide 154, l'aiguille 114 pénétrantdeans le canal 1-6, Si la pression d'sli= mentation du fluide est suffisante, la lon-gueur de l'amortisseur sera réduite au maximum quand le fluide 154 sera complètement vidé et que au moins le rol"ume de fluide compressible 15,3 sera comprimé u maximum. Dans ce cas, si on reprend les mnmes hypothèses que pour l1amortisseur selon l'art antérieur, c'est-a-dire 1 la longueur totalement dpoliées 11 la hauteur de fluide compressible dans 153 et, de plus, 13 la hauteur du fluide dans 154, la partie mécanique de l'amor- tisseur sera comprimée pour obtenir une hauteur égale à. 1 - 11 + 13 c'est-.-dire que toute proportion gardée, il est possible de réduire l'encombrement de cet amor- tisseur d'une valeur supplémentaire égale a 1 ce qui est fortappréciable, notamment dans les conditions rappelées précédemment pour les porte- avions par exemple, étant supposé que 14 est supé- rieure à 13 comme cela est généralement le cas. REVENDI C ATIONS 1/ Amortisseur-vérin comprenant: - un cylindre (1,101) - une tige creuse (2,102) définissant un premier logement (3,103) coulissant par l'intermédiaire d'un piston de séparation (4,104) dans ledit cy- lindre, pour définir dans cedit cylindre (1,o101) deux chambres à volume variable, une première chambre (5,105) entre ledit piston et un fond dudit cylindre, et une deuxième chambre (6,106) annulaire entre le piston, le cylindre et ladite tige, des moyens pour mettre en communication la première chambre et ledit logement, caractérisé par le fait qu'il comprend un piston séparateur (141) apte à coulisser de façon étan- che dans ledit logement (103), pour le diviser en deux parties dites haute et basse, la partie haute (154) comportant du fluide incompressible et la partie basse (153) comportant du fluide compressible, des moyens (147) pour définir une position limite basse dudit piston séparateur (141) dans ledit logement (103), et des moyens (140,156) pour,faire varier à volonté le volume du fluide incompressible dans ladite partie haute. 2/ Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit logement (103) comprend un guide central (144) autour duquel est apte à coulisser ledit piston séparateur (141) de façon étanche, ledit guide central (144) com- portant un conduit (146) débouchant à une extré- mité (148) dans ladit première partie (153) com- portant du fluide compressible et & son autre extrémité (149) à l'extérieur de ladite tige (102) cette dernière extrémité (1.49) comportant des moyens pour connecter ledit conduit à une source de fluide compressible. 3/ Amortisseur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, quand lesdits moyens pour mettre en comntunication ladite première chambre (5: 105) avec ledit logement (3,103), comportentatre contre-tige (14,114) solidaire dudit cylindre (1,101) coopérant avec un -orifice go traversant ledit pistons le conduit (146) dudit guide (144) est apte à coulisser autour de ladite aiguille (114) quand ladite tige (102) s'enfonce dans ledit cylindre (101)o 4/ Amortisseur selon la revendication 3, 1.5 caractérisé par le fait que ladite contre-tige (14, 114) est solidaire d'un fond mobile (8,108) coulissant dans ledit cylindre (1,101) à l'encon- tre d'un moyen élastique à seuil d'effort. / Amortisseur selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un piston de vérin annulaire (20,120) situé dans ladite deuxième chambre annulaire (6, 106) coopérant avec les parois respectivement intérieure du cylindre (22,122) et extérieure de ladite tige (21,121) pour diviser cette dite cham- bre annulaire en deux portions (23,24,123,124), des moyens pour alimenter en fluide de commande l'une des deux dites portions de façon à déplacer ledit piston de vérin (20,120) contre ledit pis- ton de séparation (4,104) et tendre, de ce fait, à déplacer ce dernier piston pour rentrer ladite tige (2,102) dans ledit cylindre (1,101). 6/ Amortisseur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour alimenter en fluide de commande l'une des deux dites portions (23,24,123,124) et lesdits moyens pour faire varier à volonté le volume du fluide incompressible (3,103) dans la partie haute coo- pérent avec des moyens de synchronisation pour obtenir la vidange de ladite partie quand ledit piston de vérin (20,120) est commandé pour rentrer ladite tige (2,102) dans ledit cylindre (1,101)o 3o