Brevet FR2719879A1 — publié le 19951117

! La présente invention concerne le domaine des freins à disques d'aéronefs, et plus particulièrement les disques de frein en carbone. Depuis une vingtaine d'années, les disques de freins sont réalisés en carbone, car les caractéristiques de ce matériau aux températures élevées rencontrées lors de l'actionnement des freins sont très supérieures à celles des disques métalliques utilisés auparavant. Les disques de frein présentent sur leur périphérie des encoches débouchantes, qui sont à faces parallèles ou inclinées, dans chacune desquelles est recue une barrette axiale (rectangulaire ou trapézoïdale), le couple de freinage étant alors transmis par les faces latérales des encoches et les barrettes axiales. Ces encoches délimitent entre elles des segments circonférentiels qui sont totalement ou partiel- lement recouverts par des cavaliers incurvés à section en U tourné vers l'axe du disque, lesquels cavaliers sont fixes par des boulons ou rivets traversants agencés parallèlement audit axe. Un tel agencement peut aussi bien être prévu pour les disques de rotor transmettant le couple de freinage à la roue via les barrettes axiales correspondantes montées à l'intérieur de la roue (encoches sur la périphérie extérieure du disque) que pour les disques de stator (encoches sur la périphérie intérieure du disque, dans lesquelles sont reçues les barrettes ou tenons du tube de couple du frein). Les faces latérales des encoches assurant la transmission du couple de freinage sont protégées par une épaisseur de métal qui fait partie soit des cavaliers, soit d'un insert, afin d'éviter que les barrettes soient directe- ment en contact avec le carbone. De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour assurer cette protection. On peut citer les documents US-A-3 927 740, US-A-3 972 395, US-A-4 007 814 et US-A-4 083 434 qui décrivent des cavaliers de renforcement enjambant chaque encoche,avec un décrochement dont les parois latérales portent contre les faces latérales de l'encoche du disque de rotor en carbone. En variante, la demanderesse a proposé un cavalier chapeau- tant chaque segment circonférentiel du disque en carbone, ledit cavalier présentant deux rabats d'extrémité parallèles qui protègent les faces latérales des encoches (US-A-4 890 700), cette solution ayant l'avantage de faciliter la mise en place des cavaliers et de bien protéger les segments circon- férentiels contre l'oxydation. Pour les solutions du type clavettes ou inserts, on peut citer le document US-A-3 891 066 décrivant des clavettes trapézoïdales dont le maintien axial est assuré par deux couronnes annulaires agencées de chaque côté de la périphérie extérieure du disque, et dont le maintien radial est assuré par des rivets traversant ces deux couronnes. Il est à noter que le bord périphérique est alors à nu, donc faiblement protégé contre l'oxydation. Le document US-A-4 784 246 décrit des demi-étriers en forme de capuchons recouvrant chacun la zone d'une face latérale d'encoche, avec un maintien radial assuré par encliquetage d'une patte incurvée dans un renfon- cement. On peut enfin citer le document US-A-5 273 140 décrivant des inserts annulaires à gorge périphérique. Dans ces différentes solutions, la protection des parties non frottantes du disque de carbone contre la corrosion est faible. On constate finalement que les deux approches précédentes possèdent chacune leurs avantages et leurs inconvénients, au regard de la transmission du couple de freinage, du maintien en place lors du fonctionnement, et de la protection mécanique et/ou antioxydation des parties non frottantes du disque de carbone. L'invention a pour but de concevoir un dispositif de renforcement dont l'agencement permet de cumuler le maximum d'avantages des deux approches précitées. L'invention a ainsi pour objet de réaliser un dispositif de renforcement dont l'agencement permet d'optimi- ser la transmission du couple de freinage, tout en protégeant le mieux possible le disque de carbone, qu'il s'agisse d'un disque de rotor ou d'un disque de stator. Il s'agit plus particulièrement d'un dispositif de renforcement pour disque de frein en carbone équipant une roue d'aéronef, lequel disque présente sur sa périphérie une pluralité d'encoches débouchantes délimitant des segments circonférentiels et servant à accoupler en rotation le disque par des barrettes axiales associées, caractérisé par le fait qu'il est constitué, pour chaque encoche, par un étrier en U dont le profil extérieur correspond à celui de l'encoche, avec une branche centrale en appui sur le fond de l'encoche et deux branches latérales dont les faces internes sont agencées pour être en regard des faces latérales de la barrette d'accouplement correspondante, et par deux cavaliers en U enveloppant respectivement, au moins en partie, chaque segment circonférentiel adjacent à l'encoche et étant fixé audit segment par des rivets ou analogues, lesdits cavaliers se prolongeant l'un vers l'autre pour envelopper totalement les deux branches de l'étrier, avec un bord libre qui s'étend dans un plan parallèle à la face interne respective, en dépassant légèrement de ladite face lors du montage initial, de façon que ce bord libre soit exactement dans le plan de cette face interne après une période de rodage dans l'utili- sation du frein. De préférence, le bord libre de chaque cavalier en U dépasse au montage de quelques dixièmes de millimètre, en particulier environ un à cinq dixièmes, de la face interne de la branche latérale correspondante de l'étrier en U. Selon un mode d'exécution particulier, les faces internes de l'étrier en U sont inclinées symétriquement vers l'extérieur par rapport à un plan médian de l'encoche. En particulier, l'angle d'inclinaison des faces internes est compris entre environ 10 et 15 , et les deux branches latérales de l'étrier en U présentent des faces externes qui sont parallèles au plan médian de l'encoche. Avantageusement encore, le bord supérieur des branches latérales de l'étrier en U est légèrement incliné par rapport à la branche centrale dudit étrier, de façon à tangenter la face intérieure adjacente du cavalier corres- pondant. En particulier, l'angle d'inclinaison des bords supérieurs est voisin de 5 . Il est également intéressant que l'étrier en U présente, du côté intérieur, des dégagements au niveau du raccordement entre les branches latérales et la branche centrale dudit étrier. En particulier, les dégagements ont un profil en arc de cercle se raccordant par un angle obtus à la face interne de la branche latérale correspondante. On pourra enfin prévoir que la branche centrale de l'étrier en U a une épaisseur constante qui est inférieure à l'épaisseur constante ou variable des branches latérales dudit étrier. L'invention concerne également un disque de frein en carbone à encoches périphériques débouchantes, qui est équipé, en chacune de ses encoches, d'un dispositif de renforcement présentant l'une au moins des caractéristiques précitées. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront plus clairement à la lumière de la descrip- tion qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures o: - la figure 1 est une vue en perspective d'un disque de rotor de frein en carbone conforme à l'invention, montrant en vue éclatée deux cavaliers bordant un étrier en U; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail II de la figure 1; - la figure 3 est une vue frontale, à échelle agrandie, de la zone d'une encoche, permettant de mieux voir l'agencement particulier de l'étrier en U et des deux cava- liers adjacents. On va décrire plus en détail un mode de réalisation de l'invention pour un disque de rotor de frein en carbone, mais il est entendu que l'invention s'applique aux disques de stator de frein en carbone (les encoches étant alors prévues sur la périphérie intérieure du disque pour recevoir les barrettes ou tenons du tube de couple du frein). La figure 1 illustre un disque 10 de rotor de frein en carbone à encoches périphériques débouchantes 13, lequel disque est constitué par un anneau plat en carbone 11 d'axe X, dont les faces latérales servent à assurer l'action de freinage en coopérant avec des disques fixes non illustrés ici, le contour circulaire de la zone frottante étant référencé 12. Les encoches débouchantes 13 délimitent des segments circonférentiels 16. On a représenté ici un disque comportant neuf encoches débouchantes 13, mais ceci ne constitue naturellement qu'un exemple. Chaque encoche 13 présente un fond 14, et deux faces latérales 15 par lesquel- les le couple de freinage est transmis. De façon classique, il est prévu des cavaliers en U, référencés 20, qui viennent chapeauter les segments circonférentiels 16 du disque 10. Ces cavaliers sont fixes par des rivets, boulons ou analogues 17, traversant des perçages 18 correspondants ménagés dans les segments circonférentiels 16, et des trous 22 ménagés dans les parois latérales desdits cavaliers. En l'espèce, chaque cavalier en U 20 recouvre la totalité d'un segment circonfé- rentiel 16, ce qui présente l'avantage de conférer une protection optimale contre l'oxydation pour le bord périphé- rique externe de l'anneau 11 en carbone, mais ceci ne constitue toutefois pas une obligation dans le cadre de l'invention, dans la mesure o l'on pourra prévoir des demi- cavaliers ne couvrant chacun qu'une partie d'un segment circonférentiel. Il est prévu, pour chaque encoche 13, un étrier en U 30 dont le profil extérieur correspond à celui de l'enco- che. L'étrier en U se présente sous la forme d'un profilé s'étendant selon la direction de l'axe X du disque. On va maintenant se référer à la figure 3, pour une description plus détaillée de la structure particulière de l'étrier en U 30, et pour la disposition relative des deux cavaliers en U 20 qui sont adjacents à cet étrier. L'étrier en U 30 se compose d'une branche centrale 31 qui est en appui sur le fond 14 de l'encoche 13 et de deux branches latérales 33 dont les faces internes 35 sont agencées pour être en regard des faces latérales 51 d'une barrette d'accouplement correspondante 50, schématisée ici seulement en traits mixtes, ladite barrette étant fixée, en s'étendant dans une direction axiale, à la surface intérieure de la roue (non représentée ici). On a noté P le plan médian de l'encoche, lequel plan est un plan de symétrie pour l'étrier en U 30 et pour les deux extrémités correspondantes des cavaliers de recouvrement 20. Le bord libre de chaque extrémité de cavalier 20 est noté 21, lequel bord se présente sous la forme d'un profil en U compris dans un plan d'extrémité. Conformément à un aspect essentiel de l'invention, les cavaliers en U 20 se prolongent l'un vers l'autre pour envelopper totalement les deux branches latérales 33 de l'étrier en U 30, avec un bord libre 21 qui s'étend dans un plan parallèle à la face interne respective 35 des branches latérales, en dépassant légèrement de la face correspondante lors du montage initial, de façon que ce bord libre soit exactement dans le plan de cette face interne après une période de rodage dans l'utilisation du frein. Selon ce principe, lorsque les disques de frein sont mis en place dans la roue de telle façon que les barrettes 50 pénètrent dans les encoches 13 correspondantes, on a un contact direct entre les faces latérales 51 de la barrette avec les bords libres 21 des cavaliers en U 20, sans qu'il y ait encore contact avec les faces internes 35 des branches latérales 33. Cependant, après une période de rodage, lorsque l'actionnement du frein intervient, cette surépaisseur de tranche des cavaliers 20 est matée, et le bord libre 21 arrive exactement au niveau du plan des faces internes 35. On est alors assuré que le couple de freinage peut être transmis de façon optimale, car les jeux au niveau des rivets (nécessaires pour leur mise en place) induisant de légers déplacement des cavaliers sont parfaitement absorbés après ce rodage initial du frein. On a noté a le faible écart avec lequel le bord libre 21 de chaque cavalier en U 20 dépasse, au montage, de la face interne correspondante 35. Dans la pratique, la distance a sera de l'ordre de quelques dixièmes de millimè- tre, en particulier environ un à cinq dixièmes. Dans le mode de réalisation illustré ici, les faces internes 35 de l'étrier en U 30 sont inclinées symétriquement vers l'extérieur d'un angle c par rapport au plan médian P de l'encoche, la valeur de l'angle c pouvant par exemple être comprise entre environ 10 et 150. L'invention n'est toute- fois aucunement limitée à la présence d'un tel angle c, et l'on pourra également prévoir un mode d'exécution selon lequel l'angle c est nul, c'est-à-dire selon lequel les faces internes 35 sont parallèles au plan médian P. Dans ce cas cependant, il conviendra naturellement de préserver le principe fondamental selon lequel les bords libres 21 des cavaliers 20, alors parallèles au plan médian P, dépassent légèrement des faces 35 lors du montage. En l'espèce, les deux branches latérales 33 de l'étrier en U 30 présentent des faces externes 34 qui sont parallèles au plan médian P de l'encoche. Il s'agit donc d'une encoche droite, par opposition aux encoches tradition- nelles de forme trapézoidale. Bien que ceci ne soit aucune- ment obligatoire, on sait que les encoches droites ont l'avantage de ne générer, lors de la rotation, aucune force tendant à expulser la barrette hors de l'encoche par la composante radiale de l'effort transmis. La figure 3 montre également que le bord supérieur 36 des branches latérales 33 de l'étrier en U 30 est légère- ment incliné par rapport à la branche centrale 31, de façon à tangenter la face intérieure adjacente du cavalier corres- pondant 20. Cet angle, noté b, sera par exemple de l'ordre de De cette façon, l'extrémité des cavaliers en U 20 enveloppe parfaitement les branches latérales 33 de l'étrier en U 30, et assurent un excellent maintien axial et radial de cet étrier sans jeu significatif. On constate également que l'étrier en U 30 présen- te, du côté intérieur, des dégagements 37 au niveau du raccordement entre les branches latérales 33 et la branche centrale 31 dudit étrier. Ces dégagements 37 ont par exemple un profil en arc de cercle qui se raccorde par un angle obtus à la face interne 35 de la branche latérale correspondante 33. De tels dégagements sont intéressants pour éviter tout risque d'interférence avec les barrettes de roue. On pourra prévoir que la branche centrale 31 de l'étrier en U 30 a une épaisseur constante qui est inférieure à l'épaisseur constante ou variable des branches latérales 33 dudit étrier. A titre indicatif, pour une encoche dont la largeur circonférentielle est de l'ordre de trente millimè- tres, on pourra utiliser un étrier en U dont la largeur est de l'ordre de treize millimètres, et dont la branche centrale présente une épaisseur de l'ordre de un millimètre et demi, les branches latérales 33 présentant quant à elles une épaisseur maximale de l'ordre de quatre millimètres, pour s'effiler jusqu'à leur extrémité au niveau du bord 36 avec une largeur de l'ordre de deux millimètres. La correspondance parfaite obtenue, après une période de rodage initial du frein, entre le plan du bord libre 21 des cavaliers 20 et la face interne 35 correspon- dante permet d'optimiser la transmission du couple de freinage, avec une répartition équilibrée entre la reprise par les branches latérales des étriers en U 30, et la reprise par les cavaliers en U 20 via les rivets de fixation 17. Chaque étrier en U 30 est parfaitement maintenu en place grâce aux cavaliers 20, de sorte que cette planéité n'est aucunement affectée lors du fonctionnement. Par ailleurs, on constate que les parties non frottantes du disque sont parfaitement protégées par les cavaliers en U 20, tant mécaniquement que contre l'oxydation. Dans le cas d'une mise en oeuvre de l'invention appliquée aux disques de stator de frein en carbone, les encoches prévues sur la périphérie intérieure de l'anneau du disque reçoivent chacune une étrier en U dont les branches latérales sont, au montage, légèrement en retrait par rapport au bord libre des cavaliers adjacents qui assurent le maintien axial et radial de cet étrier, de façon à avoir, comme pour les disques de rotor, après une période de rodage dans l'utilisation du frein, une correspondance parfaite des surfaces de transmission de couple. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caracté- ristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Dispositif de renforcement pour disque de frein en carbone équipant une roue d'aéronef, lequel disque présente sur sa périphérie une pluralité d'encoches débou- chantes délimitant des segments circonférentiels et servant à accoupler en rotation le disque par des barrettes axiales associées, caractérisé par le fait qu'il est constitué, pour chaque encoche (13), par un étrier en U (30) dont le profil extérieur (32) correspond à celui de l'encoche, avec une branche centrale (31) en appui sur le fond de l'encoche et deux branches latérales (33) dont les faces internes (35) sont agencées pour être en regard des faces latérales de la barrette d'accouplement correspondante (50), et par deux cavaliers en U (20) enveloppant respectivement, au moins en partie, chaque segment circonférentiel (16) adjacent à l'encoche et étant fixé audit segment par des rivets ou analogues (17), lesdits cavaliers se prolongeant l'un vers l'autre pour envelopper totalement les deux branches de l'étrier (30), avec un bord libre (21) qui s'étend dans un plan parallèle à la face interne respective (35), en dépas- sant légèrement de ladite face lors du montage initial, de façon que ce bord libre soit exactement dans le plan de cette face interne après une période de rodage dans l'utilisation du frein. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bord libre (21) de chaque cavalier en U (20) dépasse au montage de quelques dixièmes de millimètre, en particulier environ un à cinq dixièmes, de la face interne (35) de la branche latérale correspondante de l'étrier en U (30). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les faces internes (35) de l'étrier en U (30) sont inclinées symétriquement vers l'extérieur par rapport à un plan médian (P) de l'encoche. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison des faces internes (35) est compris entre environ 10 et 15 . 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que les deux branches latérales (33) de l'étrier en U (30) présentent des faces externes (34) qui sont parallèles au plan médian (P) de l'encoche. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le bord supérieur (36) des branches latérales (33) de l'étrier en U (30) est légèrement incliné par rapport à la branche centrale (31) dudit étrier, de façon à tangenter la face intérieure adjacente du cavalier correspondant (20). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison des bords supérieurs (36) est voisin de 5 . 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'étrier en U (30) présente, du côté intérieur, des dégagements (37) au niveau du raccorde- ment entre les branches latérales (33) et la branche centrale (31) dudit étrier. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les dégagements (37) ont un profil en arc de cercle se raccordant par un angle obtus à la face interne (35) de la branche latérale correspondante (33). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la branche centrale (31) de l'étrier en U (30) a une épaisseur constante qui est infé- rieure à l'épaisseur constante ou variable des branches latérales (33) dudit étrier. 11. Disque de frein en carbone à encoches périphé- riques débouchantes, caractérisé par le fait qu'il est équipé, en chacune de ses encoches (13), d'un dispositif de renforcement (20, 30) selon l'une des revendications précé- dentes.