Brevet FR2581148A1 — publié le 19861031

FREIN A DISQUES A PROTECTION THERMIQUE POUR ROUES DE VEHICULES, NOTAMMENT D'AERONEF L'invention a pour objet un frein à disques pour roue de véhicule, en particu- Lier un frein à disques multiples com me ceux qui sont utilisés pour le freinage des aéronefs. Un frein de ce type comprend une pluralité de plaques annula-res rotoriques appelées rotors et de Dlaques annulaires statoriques appelées couram ment stators. Ces plaques se succèdent en alternance, les rotors étant montés Libres en coulissement sjr une partie tournante liée à la roue de l'aéronef, tandis que les stators sont montés libres en coulissement sur un support fixe par rapport à l'aéronef. Des moyens de pression, par exemple des vérins hydrauliques sont répartis régulièrement autour du support en regard de l'ensemble statoes-rotors et assurent le freinage de l'aéronef en plaquant les uns contre Le: autres les rotors et les stators. Ces deux derniers peuvent être équipés ou norn de garni- tures de friction selon la nature de la matière qui les compose. PLus précisément, les stators sont réunis au support de frein par l' rntermédiai- re d'un tube de torsion pourvu d'une plaque de retenue située à l'opposé des moyens de pression pour supporter les efforts de ceux-ci pendant le freinage. Entre Les moyens de pression et un premier stator de L'ensemble stators-rotors est interposé un isolant tel qu'une plaquette à base d'amiante qui protège du flux termique engendré perdant le freinage zhanue moyen de pression monté sur le support. Cette plaquette d'amiante est fixée sur la face extrême de chaque moyen de pression qui coopère avec e premier stator; la réalisation d'une fixation satisfaisante est diffic-'le. En outre, une telle plaquette n'assure qu'une protection limitée localement contre l'influence indésirable du flux thermique. Les températures atteintes par les rotors et les stators pendant Le freinage de l'aéronef sont de L'ordre de 5000 C et peuvent monter iusqj'à plus de 10001 C en cas de freinage extrême. Cette énergie calorifique est transmise à l'ensemble du frein et de la roue par conductibilité, par rayonnenent thermique, et par des effets de convection. Dans l'hypothèse d'une fLite de liquide inflam mable, notam a n- quand les moyens de pression sont les vérins hydrauliques, il peut se prci.i e un début d'incendie dans le frein par suite de la température atteinte. Ce risque est accru par L'emploi pour la réalisation des rotors et des stators de matériaux nouveaux à grande capacité d'absorption d'énergie calorifique qui peuvent donc travailler à des températures plus élevées et en conséquence engendrer un flux thermique plus important en gardant leur stabilité dimen- sionrelle. A l'opposé des moyens de pression, c'est-à-dire du côté de La plaque de retenue fixée au tube de torsion et contre laquelle peut s'appuyer le dernier stator, le flux thermique a également un effet indésirable. Il tend à provoquer la déformation de la oLaque de retenue, ce qui est la cause d'une mauvaise Dortée du dernier stator. Cette mauvaise portée peut provoquer une perte de rendement du freinage. Pour éviter ces déformations de la plaque de retenue on a disposé localement des pièces protectrices intermédiaires, mais ces pièces ne font que retarder la déformation même de cette plaque de retenue. L'invention a pour but principal de remédier aux divers inconvénierts mention- nés ci-dessus en protégeant plus efficacement du flux thermique les moyens de pression, un but secondaire de L'invention est de protéger aussi contre Le flux thermique la plaque de retenue située à l'opposé des moyens de pres- sion. Dans un frein à disques pour roue de véhicule, notam ment pour aéronef, co mprenant une pluralité de stators réunis à un support pour être im mobilisés en rotation, une pluralité de rotors réunis à la roue du véhicule, ces stators et rotors étant disposés successivement en alternance en un ensemble ayant un premier stator à une extrémité et un dernier stator à l'extrémité opposée, des moyens de pression montés en face du premier stator et une plaque de retenue fixée au support en face du dernier stator, le premier et le dernier stator ayant chacun une face extrême à l'opposé d'un rotor, se'on l'invention des premiers moyens d'isolation thermique ayant une face extrêre sensible- ment égale à ladite face extrême du premier stator sont interoosés entre ce stator et les mcoyens de poussée, ces premiers moyens était aptes aussi à transmettre au premier stator la poussée des moyens de poussée. De préférence, dans le cadre de l'invention des seconds moyens d'isolation thermique sont disposés aussi entre le dernier stator et La plaque de retenue, ces seconds moyens étant aptes aussi à transmettre à la plaque de retenue la poussée oroduite par les moyens de poussée. De préférence encore, les premiers et seconds moyens d'isolatior thérmque sont en matière composite à base de fibres de carbone qui constituent le -3 - renfort, liées entre eLes par une matrice de carbone ayant subi un traitement thermique à basse température. L'invention sera mieux comprise au cours de la description qui suit donnée à titre illustratif et non Li mitatif; on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une vue en coupe par un plan longitudinaL. d'un frein à disques multiples selon l'invention monté dans une roue d'aéronef, - les figures 2 et 3 sont des vues partielles agrandies respectivement des premiers et des derniers stators et rotors, avec des moyens de poussée et une plaque de retenue du frein de la figure 1, - la figure 4 représente un diagram me montrant l'effet d'isola"-on thermique procuré par l'invention. En revenant plus particulièrement à la figure 1, celle-ci montre une roue 1, par exemple d'aéronef, sur laquelle est monté un pneumatique 2. Cette roue 1 est constituée de deux parties 3 et 4 assemblées L'une à 'autre par des boulons 5, et est ajustée sur un essieu 6 au moyen de roulements 7; cet essieu 6 faisant partie d'un train d'atterrissage pour aéronef (non représen- té). Cette roue 1 est donc montée rotative autour d'un axe 10 e-: comporte de plus sur sa partie 4 une valve de gonflage 11 et sur sa partie 3 un fusible thermique 12. Un support de freins 14 est monté sur une portée 15 de L'essieu 6 au moyen de paliers 16. Une pluralité de moyens de poussée, par exempLe des vérins h>drauliques 18 sont montés sur le suport 14 et sont répartis de façon -ersiblement équidistante les uns des autres. Chaque vérin 18 comprend un piston 19 coulissant dans un cylindre 20. Un tube de torsion 25 est fixé au support 14; il porte sur sa face latérale extérieure 26 une pluralité de stators 28 fixes en rotation par rapport à ce tube. L'extrémité 29 de ce dernier est conformée en plaque de retenue 30 s'étendant dans un plan pcrpendiculaire au tube 25. Sur la face intérieure 32 de la partie 3 de la roue 1, sont montés une plurali- extrême tournée vers la plaque de retenue 30. La figure 2 montre des premiers moyens d'isolation thermique et de réparti- tion de pression 40 qui sont disposés entre le premier stator 28a et les 4 - moyens de poussée 18. Ces premiers moyens constituent dans cet exemple en une plaque annulaire 42 de même configuration et sensiblement de même surface que la face extrême du premier stator 28a. Cette plaque 42 est réunie à ce dernier, par exemple, au moyen de cavaliers métalliques 44. Ces derniers sont des anneaux à profil en U, en coupe radiale, contenant entre les branches du profil la périphérie intérieure de la plaque annulaire 42 et du premier stator 28a. Ainsi, la face extrême 45 de chaque piston 19 coopère directement avec la face extrême 46 de la plaque annulaire 42. Ce montage simple est suffisant pour faire constam ment tenir ce dernier appliqué contre le premier stator 28a. Avantageusement la plaoue annulaire 42 est en matériau composite carbo- ne-carbone ayant subi un traitement thermique à basse température de l'ordre de 10001 C. On sait que l'on peut utiliser un matériau composite carbone-carbone qui est traité à haute te m pérature de l'ordre de 24008 C pour constituer les stators 28 et les rotors 33 du frein. Mais le traitement à température relativement basse de la plaque 42 a pour caractéristique de lui conférer une très faible conductibilité thermique, environ 10 à 15 fois inférieure à celle que lui confère le traitement du carbone à haute tem pérature. Ainsi cette plaque 42 fait office de bouclier thermique, empêchant une part i m portante de l'énergie développée lors d'un freinage, de se dissiper à l'extérieur du frein en direction des moyens de poussée. La face latérale 46 de la plaque 42 a une te m pérature externe très réduite par rapport à la te m pérature de l'ense m ble des rotors-stators. La figure 3 montre que des moyens 50 d'isolation thermique et d'appui sont disposés aussi entre le dernier stator 28b et la plaque de retenue 30. Ces seconds moyens 50 sont constitués ici par un anneau 51, par exemple à profil biconique dans une vue en coupe radiale. L'une des faces extrê- mes 52 prend appui contre la face extrême du dernier stator 28b et l'autre face extrême 53 s'appuie contre la plaque de retenue 30. Celle-ci a une face plane entourée par un bord circonférentiel 30A qui s'étend en sens axial en direction du dernier stator 28b en faisant apparaître une cuvette. L'anneau 51 pénètre dans cette dernière; il a une face extérieure circornfé- rentielle qui s'ajuste avec la face circonférentielle intérieure du bord 30A, L'extension en sens axial de ce bord est suffisam ment important pour que l'anneau 51 y reste contenu en sens axial quand le frein n'est pas en état de serrage. 2 5 8 1 1 4 8 -5- De la même façon que Les premiers moyens 40, ces seconds moyens 50 sont réalisés en un matériau composite carbone-carbone traité relativement à basse température qui a Les mêmes caractéristiques que celles décrites ci-dessus pour les premiers moyens. Cet anneau 51 sert d'appui au dernier stator 28b en présentant parfaitement un plan perpendiculaire à la ligne de poussée 55 des vérins 18, Lorsque ces derniers agissent sur L'ensemble stators-rotors. Le fonctionnement de ce frein à disques est le suivant: lorsque l'aéronef a atterri sur une piste, Le pilote applique une pression au moyen d'une pédale de com mande ce qui a pour effet de faire sortir chaque piston 19 de son cylindre respectif 20 et de presser plus ou moins fortement les stators et rotors les uns contre les autres suivant plusieurs paramètres pris en considération par le piLote pour assurer un freinage correct de l'aéronef. L'énergie calorifique dégagée par les stators et les -otors pendant leur frottement fait monter leur température à environ 10008 C, et parfois beaucoup plus, en cas de freinage extrême. La chaleur n'est pas transmise directement à l'extérieur de l'ensemble des stators-rotors, grâce aux deux moyens d'isolation 40 et 50 qui jouent le rôle de bouclier thermique. Du fait de la réalisation de la plaque annulaire 42 et de l'anneau 51 en matière à structure en carbone traité à basse température, qui a notam ment l'avantage d'une très faible conductibilité thermique et une tenue mécanique suffisante, la température est réduite avec un fort gradient en grande partie par ces deux moyens d'isolation. De cette façon, on observe à l'extérieur de l'ense m ble rotors-stators des te m pératures acceptables ne présentant plus de risques, notam ment d'une part pour les vérins hydrauliques, d'autre part, pour la plaque de retenue 30 dont une défor m ation indésirable n'est plus à craindre. On remarquera que la plaque annulaire 42 du premier moyen 40 a aussi le rôle de plaque de répartition de pression vis-à-vis de l'ensemble stators-ro- tors. Le diagram me de la figure 4 montre, à titre d'exemple, que la température du premier stator 28a se situe, lors d'un freinage effectué dans des condi- tions normales, à environ 6001 C entre les faces en contact du premier rotor 33 et du premier stator 28a pour descendre à une valeur de 4001 C sur la face extrême de ce premier stator 28a en contact avec la plaque annulaire 42, selon un gradient de température qui est fonction du matériau utilisé. 2 5 8 1 1 4 8 -6 - La température à travers La pLaque annulaire 42 qui coopère avec Le stator 28a s'abaisse très rapide m ent dans L'épaisseur de cette plaque 42 pour atteindre une température de 1001 à 1501 C sur sa surface qui est directe- ment en contact avec Les pistons 19. Cette valeur de La température est tout à fait acceptable pour Les vérins 18 dont La température du fluide hydraulique etdes joints d'étanchéîté se trouve limitée à des valeurs relative- ment basses. De plus, L'utilisation du co m posite carbone-carbone pour La réaLisation des moyens 40 et 50 d'isolation thermique permet de minimiser la masse des moyens d'isolation grâce à la densité réduite du composite, ainsi que de préserver une épaisseur convenable de L'ensemble. D'autres variantes de réalisation de ces moyens 40 et 50 pourraient être envisagées sans que L'on sorte du cadre de L'invention. 2 5 8 1 1 4 8 7- R E V E N D I C A TI 0 N S 1) Frein à disques pour roue de véhicule, notam ment pour aéronef, compre- nant: - une pluralité de stators (28) réunis à un support (14) pour être im mobiLisés en rotation, - une pluralité de rotors (33) réunis à la roue (1) du véhicule, - ces stators et rotors étant disposés successivement en alternance en un ensemble ayant un premier stator (28a) à une extrémité et un dernier stator (28b) à l'extrémité opposée, - des moyens de poussée (18) montés en face du premier stator (28a), et une plaque de retenue (30) fixée au support (14) en face du dernier stator (28b), le premier et le dernier stator ayant chacun une face extrême à l'opposé d'un rotor, caractérisé en ce que: - des premiers moyens (40) d'isolation thermique ayant une face extrême sensiblement égale à ladite face extrême du premier stator (28a) sont interpo- sés entre ce stator et les moyens de poussée (18), ces premiers moyens (40) étant aptes aussi à transmettre au premier stator (28a) la poussée des moyens de poussée (18). 2) Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que des seconds moyens (50) d'isolation thermique sont disposés entre le dernier stator (28b) et la plaque de retenue (30), ces seconds moyens étant aptes à transmettre à cette plaque de retenue la poussée produite par les moyens de poussée (18). 3) Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens (40) d'isolation thermique et de transmission de pression comprennent une plaque annulaire (42) ayant une face extrême appliquée contre ladite face extrême du premier scator (28a). 4) Frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque annulaire (42) est réunie au premier stator (28a) à l'aide de moyens de fixation (44). ) Frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que les seconds moyens (50) d'isolation thermique et de transmission d'appui comprennent un anneau (51) placé entre le dernier stator (28b) et la plaque de retenue (30). 6) Frein selon la revendication 5, caractérisé en ce que la plaque de retenue (30) a un bord circonférentiel (30A) dirigé en sens axiaL vers le dernier stator (28b) faisant apparaître une cuvette de profondeur suffisante pour 258 1 148 - 8 - contenir l'anneau (51) quand Le frein n'est pas en état de serrage. 7) Frein selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'isolation thermique (40,50) sont réalisés en composite carbonecar- bone traité à basse température. 8) Frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que les stators (28) et les rotors (33) sont réalisés en composite carbone-carbone traité à haute te m pérature.