Brevet FR2741923A1 — publié le 19970606

La présente invention concerne un dispositif à absorption d'énergie par déformation plastique. Dans une application préférentielle de l'invention qui sera décrite par la suite, le dispositif à absorption d'énergie est destiné à équiper les sièges d'aéronef (hélicoptères, avions, ...), dénommés par les spécialistes "sièges anticrash ou anti-écrasement", dans le but d'absorber les chocs et les déformations structurelles qui peuvent se produire en cas d'atterrissage brutal, et d'éviter ainsi les risques de blessure pour les personnes transportées. Bien évidemment, le dispositif à absorption d'énergie pourrait faire l'objet d'autres applications sans sortir du cadre de l'invention, dès l'instant où il est nécessaire de limiter des efforts et/ou des vitesses comme par exemple dans des systèmes à limitation d'effort, trains d'atterrissage, etc ... On sait que les sièges à place individuelle ou à places multiples (banquettes) sont montés de façon coulissante et limitée, sur au moins un support solidaire de la structure (plancher) de l'aéronef, et au moins un dispositif à absorption d'énergie est disposé entre le siège et le support. Les dispositifs à absorption d'énergie utilisés peuvent être par exemple mécaniques, du type à déformation plastique. Dans ce cas, ces dispositifs comprennent généralement un ensemble de deux pièces assemblées de façon coulissante l'une par rapport à l'autre et respectivement reliées, dans l'application concernée, au siège et au support, et des moyens de freinage de leur coulissement relatif portés par la première desdites pièces. Ces moyens sont conçus, d'une part, pour immobiliser les deux pièces dans une position inactive de repos lorsque le contact de l'aéronef avec le sol s'effectue sous une décélération inférieure à un seuil donné pour lequel la sécurité des personnes (passagers et membres d'équipage) n'est pas compromise et, d'autre part, pour déformer plastiquement et transversalement la seconde pièce lorsque le contact aéronef-sol s'effectue avec une décélération supérieure au seuil, ce qui déclenche et entraîne le coulissement relatif des pièces vers une position active finale.L'effort résistant pour déformer la section transversale de la seconde pièce concernée par l'action des moyens de freinage solidaires de la première pièce, absorbe ainsi l'énergie délivrée par l'impact et évite que celle-ci soit transmise et reprise directement par les personnes transportées. Bien que ces dispositifs à absorption d'énergie par déformation plastique contribuent à améliorer la sécurité desdites personnes, ils présentent néanmoins des inconvénients. En effet, ces dispositifs avec les sièges auxquels ils sont associés, sont réalisés et dimensionnés pour une masse corporelle precise, définie comme masse moyenne, c'est-àdire que l'effort résistant engendré pour déformer plastiquement la pièce déformable, à la suite d'un atterrissage brutal et donc d'une décélération élevée, est constant et optimal pour cette masse précise moyenne. L'efficacité du dispositif à absorption d'énergie est ainsi fonction notamment de la masse de l'occupant transporté et son optimisation est maximale pour ladite masse moyenne. Il en résulte alors que, dans le cas d'un atterrissage brutal, la décélération d'une masse plus faible entraîne des décélérations plus importantes, donc plus dangereuses, pour des occupants de masse plus faible. A contrario, cela entraîne certes des décélérations plus faibles pour des occupants de masse plus élevée, donc une meilleure efficacité des dispositifs, mais requiert alors une course de fonctionnement plus importante des pièces du dispositif, ce qui n'est pas toujours réalisable entre le siège et la structure du plancher. En conséquence, la protection des occupants vis-à-vis d'un atterrissage brutal n'est pas identique selon leur masse. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un dispositif à absorption d'énergie qui garantisse, notamment dans son exemple d'application aux sièges d'aéronef, une efficacité maximale et constante des personnes ou occupants transportés, indépendamment de leur masse. A cet effet, le dispositif à absorption d'énergie par déformation plastique, du type comportant - au moins des première et seconde pièces assemblées de façon coulissante l'une par rapport à l'autre ; et - des moyens de freinage de leur coulissement relatif, portés par au moins ladite première pièce et susceptibles, d'une part, d'immobiliser les deux pièces dans une posi tion initiale à la suite d'une accélération nulle ou inférieure à un seuil donné et, d'autre part, de déformer plastiquement et transversalement ladite seconde pièce à la suite d'une accélération supérieure audit seuil, entraînant le coulissement relatif des deux pièces vers une position finale, est remarquable, selon l'invention, en ce que ladite seconde pièce présente un profil évolutif tel que l'effort résistant à vaincre augmente en fonction du coulissement relatif desdites pièces de leur position initiale vers leur position finale. Ainsi, grâce au profil évolutif de la seconde pièce, le dispositif à absorption d'énergie de l'invention présente une efficacité maximale, puisque l'effort résistant croît en fonction du coulissement relatif desdites pièces, ce qui permet, par conséquent, d'absorber des décélérations importantes et de minimiser la course de fonctionnement du dispositif. Dans l'application préférentielle de l'invention, la protection des occupants des sièges en cas d'atterrissage brutal est optimisée pour l'ensemble desdits occupants quelle que soit leur masse et non pas uniquement pour un occupant de masse moyenne, puisque l'effort résistant est rendu variable en fonction de l'allongement de l'absorbeur mécanique, de manière prédéterminée, alors qu'avec les dispositifs usuels de ce type, l'effort résistant à vaincre reste constant. Avantageusement, ledit profil évolutif consiste en une variation de la section transversale de ladite seconde pièce en fonction de son éloignement des moyens de freinage, en position initiale desdites pièces. Selon une réalisation préférée du dispositif, ladite seconde pièce déformable entoure coaxialement ladite première pièce dont les moyens de freinage associés coopèrent avec la paroi latérale de ladite seconde pièce pour la déformer plastiquement et transversalement. Ladite seconde pièce présente alors une forme tubulaire creuse, la variation de l'aire de sa section transversale pouvant correspondre par exemple à une variation d'épaisseur de sa paroi latérale qui augmente au fur et à mesure de son éloignement des moyens de freinage dans la position initiale du dispositif. Par conséquent, en cas d'un atterrissage brutal, l'effort résistant offert par la seconde pièce croît en fonction de l'allongement du dispositif puisque l'aire de la section transversale augmente, ce qui permet, selon les épaisseurs minimale et maximale choisies, de couvrir une large population de personnes et de garantir équitablement leur sécurité. A partir de cette réalisation du dispositif, la variation de section transversale peut par ailleurs correspondre à une variation de l'amplitude de la déformation plastique par diminution de sa section transversale au fur et à mesure de l'éloignement des moyens de freinage, alors que l'épaisseur de paroi latérale reste constante. De préférence, la section transversale de la seconde pièce est annulaire, mais elle pourrait être également polygonale. Dans une variante de réalisation du dispositif, ladite première pièce peut entourer coaxialement ladite seconde pièce déformable, les moyens de freinage associés à ladite première pièce, coopérant avec la paroi de ladite seconde pièce pour la déformer plastiquement et transversalement. L'augmentation de l'effort résistant est obtenue par la variation de paroi de la seconde pièce, c'est-à-dire par une augmentation de son diamètre, si la section transversale de sa paroi est pleine, ou de son épaisseur si la section de sa paroi est annulaire, au fur et à mesure de son éloignement des moyens de freinage, dans la position initiale des pièces. Quel que soit le mode de réalisation choisi, la variation de section transversale de ladite seconde pièce à profil évolutif peut être réalisée de façon continue, c'est-à-dire selon une loi linéaire ou polynomiale, ou de façon discontinue, c'est-à-dire par paliers successifs. Une telle pièce peut être obtenue par usinage ou, dans le cas d'un profil évolutif discontinu, par trempe progressive de la pièce dans un bain électrochimique, permettant de réaliser des changements de section en fonction du temps de trempe pour chacune des sections à obtenir. Par ailleurs, lesdits moyens de freinage peuvent être plus particulièrement définis par une cage à billes qui est montée sur ladite première pièce et dont les billes, disposees dans un même plan transversal, sont en contact avec la paroi de la seconde pièce pour la déformer plastiquement et transversalement lors du coulissement relatif desdites pièces. Ladite seconde pièce tubulaire présente une extrémité élargie par un épaulement contre lequel sont en appui lesdites billes. L'invention concerne également un siège anti-écrasement pour aéronef équipé d'au moins un dispositif à absorption d'énergie tel que défini ci-dessus. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, en coupe longitudinale, un exemple de réalisation du dispositif à absorption d'énergie selon l'invention. Les figures 2 et 3 sont des coupes transversales agrandies du tube ou de la seconde pièce dudit dispositif selon les lignes II-II et III-III de la figure 1. Les figures 4 et 5 sont des coupes transversales agrandies d'une autre réalisation du tube déformable plastiquement. La figure 6 montre, en coupe longitudinale partielle, une variante de réalisation de la première pièce du dispositif. Le dispositif à absorption d'énergie 1 représenté sur la figure 1 est associé, dans son application préférentielle quoique non exclusive, à un siège (non illustré) pour hélicoptère et il est disposé pour cela et de façon connue entre un support fixe, solidaire du plancher de l'helicop- tère, et le dossier dudit siège. De façon usuelle, le dispositif à absorption d'énergie 1 du type mécanique par deformation plastique se compose de deux pièces 2 et 3 susceptibles de coulisser l'une par rapport à l'autre et assemblées coaxialement entre elles. Dans cet exemple de réalisation, la première pièce 2 se présente sous la forme d'une tige 2A de section cylindrique, tandis que la seconde pièce 3, qui entoure concentriquement la tige, est définie par un tube 3A de section transversale annulaire. Dans l'espace annulaire 4 ménagé entre la tige 2A et le tube 3A, sont prévus des moyens de freinage 5 grâce auxquels le coulissement relatif des deux pièces l'une par rapport à l'autre peut être stoppé lorsqu'une décélération, produite notamment par un atterrissage brutal de l'hélicoptère, est supérieure à un seuil de fonctionnement donné. Dans l'exemple illustré, les moyens de freinage 5 sont associés au voisinage de l'extrémité supérieure 2B de la tige et ils coopèrent avec l'extrémité supérieure 3B du tube, laquelle extrémité supérieure 3B est reliée, par une liaison appropriée 6, au support solidaire du plancher de l'hélicoptère. L'extrémité inférieure 2C de la tige est, quant à elle, reliée, par une liaison appropriée 7, au dossier du siège, tandis que l'extrémité inférieure 3C du tube est située au voisinage de celle 2C de la tige. On constate ainsi que la course disponible du dispositif 1, en vue d'absorber par déformation plastique du tube l'énergie délivrée par un atterrissage brutal, est maximale. Plus particulièrement, les moyens de freinage 5 sont constitués par exemple d'une cage à billes ; la cage 5A est vissée sur l'extrémité 2B alors élargie et filetée, de la tige 2A, et les billes 5B retenues dans la cage sont disposées dans un plan transversal diamétral par rapport à la tige et font partiellement saillie de l'extérieur de la cage 5A. Les parties en saillie 5C des billes sont sensiblement au contact d'un épaulement 3D ménagé dans la paroi latérale 3E du tube, proche de son extrémité supérieure 3B, et ayant une forme arrondie complémentaire des billes. Dimensionnellement, le diamètre interne D du tube 3 au niveau de son extrémité élargie 3B est sensiblement identique à la distance d séparant deux billes diamétralement opposées, tandis que le diamètre interne D1 du tube 3, inférieur au diamètre D, sur le reste de la longueur de sa paroi latérale 3E correspond sensiblement au diamètre externe dc de la cage. Fonctionnellement, le tube et la tige du dispositif restent dans la position initiale illustrée sur la figure 1 tant que l'accélération produite par un brusque contact, entre le train d'atterrissage de l'helicop- tere et le sol, est inférieure à un seuil donné pour lequel les occupants ne sont pas affectés physiquement.En revanche, dès que ce seuil est atteint et dépassé, le dispositif 1 devient opérationnel et, pour cela, les moyens de freinage 5 solidaires de la tige 2 déforment plastiquement et transversalement la paroi latérale 3E du tube qui s'agrandit par l'action des billes sur l'épaulement "déplaçable" 3D, suite à l'extension du dispositif. La déformation plastique du tube s'effectue ainsi par un élargissement de la section transversale de celui-ci passant du diamètre D1 au diamètre D. Le coulissement des pièces 2 et 3 est ainsi freiné jusqu'à une position finale fonction de la vitesse avec laquelle l'hélicoptère a touché le sol. Dans ce mode particulier de réalisation, la seconde pièce 3 ou tube 3A présente avantageusement un profil évolutif de façon que l'effort résistant à vaincre lorsque le seuil préétabli est dépassé, augmente en fonction du coulissement relatif des pièces. C'est-à-dire que plus la course d'extension du dispositif augmentera, plus l'effort résistant pour déformer plastiquement et transversalement le tube sera élevé. Ainsi, on peut déterminer la déformation plastique de façon à optimiser la protection aussi bien pour des occupants de faible masse que pour des occupants de masse élevée, et éviter en conséquence de se baser sur une masse moyenne de personne transportée, tout en limitant de plus la course de fonctionnement du dispositif. Ce profil évolutif de la seconde pièce 3, qui correspond dans cet exemple au tube 3A, peut consister en une variation de la section transversale du tube, en fonction de son éloignement des moyens de freinage 5 solidaires de la première pièce 2. Dans l'exemple illustré, l'évolution dudit profil est obtenue par une variation de l'aire de la section transversale du tube 3A, qui correspond à une augmentation de l'épaisseur de sa paroi latérale 3E. Pour cela, le diamètre externe D2 de la paroi latérale 3E du tube croît en direction de son extrémité inférieure 3C, alors que le diamètre interne D1 reste constant. Comme le montrent de façon exagérée les figures 2 et 3, la paroi latérale 3E du tube présente une épaisseur minimale e au voisinage des moyens de freinage 5 (figure 2), de sorte que l'aire de la section transversale du tube 3A est minimale à ce niveau. En revanche, la paroi latérale 3E présente une épaisseur maximale E à son extrémité inférieure 3C (figure 3), de sorte que l'aire de la section transversale du tube est maximale. Cette augmentation d'épaisseur du tube peut être linéaire ou suivant des fonctions polynomiales, et continue au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'extrémité inférieure 3C comme le montre la figure 1, ou discontinue par paliers successifs. Tous les types de profils peuvent être ainsi obtenus selon les exigences, en fonction des efforts minimal et maximal à assurer pour décélérer de façon appropriée le siège occupé. La réalisation du profil évolutif du dispositif 1 illustré qui est alors légèrement conique, peut être effectuee par un simple usinage, notamment pour des tubes ayant des sections circulaires.Pour réaliser des profils évolutifs discontinus, par paliers, on peut par exemple effectuer une opération de trempe, en plongeant progressivement, de façon pas à pas, la pièce concernée dans un bain électrochimique grâce auquel on obtient une variation de l'aire sur differentes sections, en fonction du temps de trempe. Selon un autre mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, le profil évolutif de la seconde pièce 3 à déformer plastiquement consiste en une variation de l'amplitude de la déformation, alors que l'épaisseur e du tube 3A reste identique sur toute la longueur de paroi latérale. Pour cela, le tube 3A présente une forme conique s'effilant de son extrémité superieure, sur laquelle sont montés les moyens de freinage, vers son extrémité inférieure. Les diamètres D1 et D2 varient simultanément d'une valeur maximale vers une valeur minimale à l'extrémité inférieure du tube. On voit sur les figures 4 et 5 les deux sections transversales du tube 3A au niveau des extrémités respectives, si bien que la variation de l'effort résistant est obtenue par l'amplitude croissante de déformation plastique de la paroi latérale 3E dudit tube, puisque ses diamètres externe et interne diminuent en direction de son extrémité inférieure. On peut ainsi concevoir un dispositif à absorption d'énergie fonctionnant efficacement et indépendamment de la masse de l'occupant assis sur le siège, grâce à la variation de l'effort résistant en fonction de l'importance de la déformation transversale et plastique du tube. On pourrait également envisager un dispositif combinant les deux types de variation. Néanmoins, pour des raisons de fiabilité et de facilité de réalisation, la variation du profil évolutif par augmentation de l'épaisseur du tube (figures 1 à 3) est privilégiée. Bien entendu, il va de soi que la variation d'épaisseur de la paroi latérale 3E de la seconde pièce à déformer pourrait consister simultanément en une diminution de son diamètre interne et en une augmentation de son diamètre externe, ou voire même en une unique diminution du diamètre interne, avec un diamètre externe constant, et cela de façon continue ou discontinue. De plus, la section transversale de la seconde pièce 3 pourrait être différente et présenter une forme polygonale ou autre sans sortir du cadre de l'invention. Aussi, si la première pièce 2 est réalisée sous la forme d'une tige (figure 1) de section circulaire et/ou polygonale, elle pourrait être définie sous la forme d'un câble tendu, portant les moyens de freinage 5 à l'une de ses extrémités, comme le montre la figure 6. Par ailleurs, s'il est techniquement plus efficace de déformer plastiquement la pièce extérieure du dispositif d'absorption en raison de la plus grande aire déformée, on pourrait concevoir un dispositif dont la pièce interne, alors à profil évolutif, serait plastiquement déformée par les moyens de freinage solidaires de la pièce externe du dispositif. Les dispositifs à absorption d'énergie conformes à l'invention peuvent être montés aussi bien sur des sièges à place individuelle que sur des sièges à places multiples (banquettes). REVENDICATIONS 1. Dispositif à absorption d'énergie par déformation plastique, du type comportant - au moins des première (2) et seconde (3) pièces assemblées de façon coulissante l'une par rapport à l'autre ; et - des moyens de freinage (5) de leur coulissement relatif, portés par au moins ladite première pièce et susceptibles, d'une part, d'immobiliser les deux pièces dans une posi tion initiale à la suite d'une accélération nulle ou inférieure à un seuil donné et, d'autre part, de déformer plastiquement et transversalement ladite seconde pièce à la suite d'une accélération supérieure audit seuil, entraînant le coulissement relatif des deux pièces vers une position finale, caractérisé en ce que ladite seconde pièce (3) présente un profil évolutif tel que l'effort résistant à vaincre augmente en fonction du coulissement relatif desdites pièces de leur position initiale vers leur position finale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit profil évolutif consiste en une variation de la section transversale de ladite seconde pièce (3) en fonction de son éloignement des moyens de freinage (5), en position initiale desdites pièces. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite seconde pièce déformable (3) entoure coaxialement ladite première pièce (2) dont les moyens de freinage (5) associés coopèrent avec la paroi latérale (3E) de ladite seconde pièce pour la déformer plastiquement et transversalement. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite seconde pièce déformable (3) présente une forme tubulaire creuse, la variation de section transversale correspondant à une variation d'épaisseur de sa paroi latérale (3E). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première pièce (2) entoure coaxialement ladite seconde pièce déformable (3), les moyens de freinage (5) associés à ladite première pièce, coopérant avec la paroi de ladite seconde pièce pour la déformer plastiquement et transversalement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 2 à 5, caractérisé en ce que la variation de section transversale de ladite seconde pièce à profil évolutif (3) est réalisée de façon continue. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 2 à 5, caractérisé en ce que la variation de section transversale de ladite seconde pièce à profil évolutif (3) est réalisée de façon discontinue. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé en ce que ledit profil évolutif de la seconde pièce (3) est obtenu par usinage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé en ce que ledit profil évolutif de la seconde pièce (3) est obtenu par trempe dans un bain électrochimique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de freinage (5) sont definis par une cage à billes (5A, 5B) qui est montée sur ladite première pièce (2) et dont les billes (5B), disposées dans un même plan transversal, sont en contact avec la paroi de la seconde pièce (3) pour la déformer plastiquement et transversalement lors du coulissement relatif desdites pièces. 11. Dispositif selon les revendications 4 et 10, caractérisé en ce que ladite seconde pièce tubulaire (3A) présente une extrémité (3B) élargie par un épaulement (3D) contre lequel sont en appui lesdites billes (5B). 12. Siège anti-écrasement pour aéronef monté sur au moins un support solidaire de la structure dudit aéronef et associé à au moins un dispositif à absorption d'énergie prévu entre ledit siège et ladite structure, caractérisé en ce que ledit dispositif à absorption d'énergie (1) est du type défini selon l'une des revendications 1 à 11.