Brevet FR2758866A1 — publié le 19980731

La présente invention concerne les moyens d'atténuation des vibrations propres ou induites de structures provoquant des désagréments ou des inconvénients qu'il est nécessaire ou utile de supprimer. Elle s'applique à la suppression des résonances de pièces massives mécaniquement contraintes et pour lesquelles une dégradation des caractéristiques mécaniques n'est pas envisageable. C'est le cas. en particulier, des hélices marines dont les vibrations des pales peuvent générer pour les bateaux militaires, un bruit rayonné dans l'eau facilement détectable et identifiable par un bateau ennemi ou pour les bateaux à usage civil, des bruits gênant le confort des passagers. Actuellement les procédés de réduction des vibrations des pales d'hélice utilisent des étouffeurs de vibrations passifs monoaxe accordés sur la fréquence de vibration à supprimer, et amortis, constitués d'un assemblage d'alliage métallique et d'élastomère, l'élastomère apportant la souplesse nécessaire à l'accord à une fréquence donnée et l'amortissement pseudo newtonien nécessaire et insérés dans l'épaisseur de l'hélice, I'axe d'efficacité étant perpendiculaire au plan local de la pale considérée, et limitant ainsi localement les vibrations de flexion. Ces étouffeurs présentent l'inconvénient d'amoindrir la rigidité de l'hélice et d'en réduire les performances de poussée. Par ailleurs, I'adoption d'élastomère à durée de vie limitée et aux caractéristiques variables avec la température rend le procédé onéreux, peu précis, et d'efficacité limitée, et il est donc nécessaire de procéder de temps en temps au changement des dispositifs usés. L'évolution temporelle des performances nécessite d'accroître les dimensions des étouffeurs, et donc provoquent l'affaiblissement des performances mécaniques de l'hélice. On pourrait obtenir un bon résultat supprimant ces inconvénients en utilisant le perfectionnement décrit dans le brevet N 90 15023 "Perfectionnement des amortisseurs dynamiques", mais cette disposition est trop encombrante pour l'application envisagée. Le procédé selon l'invention supprime ces inconvénients : L'hélice conserve en grande partie sa rigidité et des caractéristiques de poussée proches des caractéristiques initiales. Les dispositifs selon l'invention qui s'appliquent à toutes les structures soumises à des vibrations gênantes sont installés à vie et font partie intégrante de la structure. Leur efficacité est parfaitement calculable et maîtrisée, et ils sont donc plus petits et moins nombreux que les procédés actuels pour une même performance. La figure 1 représente une coupe de l'étouffeur soudé à la structure. La figure 2 représente une vue en plan d'un disque ressort à fentes. La figure 3 représente l'étouffeur dont les masses mobiles arrivent en butée. Les figures 4, 5 et 6 représentent diverses structures. La figure 7 est une comparaison des contraintes supplémentaires apportées par les étouffeurs actuels et l'invention. Les figures 8 et 9 représentent une application avant et après usinage d'une structure équipée de l'invention. Le dispositif selon linvention consiste en l'asselllblage de 2 disques cylindriques fondant ressorts en alliage nétallique i haute résistance ( 1) et (2), pouvant se dtfOllllCr selon leur axe de symétrie ct de forme étudiée pour que letir dtfomlation génère des contraintes les plus uniformes, entaillées ou massives selon le domaine des fréquences à atténuer, de fines fentes (3), dont la courbure et le profil sont étudiés de façon à accroître la souplesse. Ils comportent à leur périphérie une zone torique plus épaisse (4) appelée par la suite épaulement dont l'utilité apparaîtra ultérieurement dans cette description. Ces disques, disposés selon le même axe, sont tous deux fixés par un moyen connu par exemple par brasure à une même masse en alliage ou compounds frittés de préférence de métaux lourds (5), de forme toroidale et dont la section radiale a une forme assurant le débattement maximal des 2 disques. Cette masse mobile a son axe de révolution confondu avec l'axe des 2 disques. Cette forme est définie de façon à ce que lorsqu'un des disques est déformé au maximum de sa course, il soit en contact sur la quasi totalité de sa surface regardant la surface correspondante de la masse mobile (Fig 3). L'ensemble mobile constitué des 2 disques et de la masse mobile comporte un ou plusieurs trous cylindriques d'axe parallèle à l'axe de symétrie général (6) et présente une fréquence de résonance calculée en fonction du domaine des fréquences de vibration à supprimer. Selon l'invention, ces trous sont occupés par des cylindres d'alliage (7) de diamètre plus petit, ceci afin de ménager un jeu entre les pièces mobiles et ces cylindres. Ils sont soudés rigidement par un procédé connu, par exemple par soudure sous vide par bombardement électronique sans apport de métal à 2 plaques cylindriques formant couvercles (8) et (9) ellesmêmes soudées ou brasées aux 2 épaulements des disques ressorts, eux-mêmes soudés ou brasés ensemble. Ces cylindres forment des raidisseurs anti flambement, lorsque ces étouffeurs font partie intégrante d'une structure (16) soumise à des efforts de flexion et leur matière est identique à la matière des plaques cylindriques (8) et (9), afin de supprimer toute corrosion électrochimique. Selon l'invention, un des couvercles comporte un ou 2 trous cylindriques de petit diamètre (10) et (il) obturés par une bille (l2) et (13) de même alliage emmanchée à force, après avoir empli l'espace vide séparant les pièces intérieures par un fluide silicone (14) qui présente l'avantage d'être peu dépendant de la température, et dont la viscosité a été déterminée en fonction de l'amortissement désiré. Selon l'invention, lorsque les disques ressorts ne comportent pas de fente, les trous (6) ont un diamètre suffisamment grand pour que l'espace laissé libre entre ces trous (6) et les cylindres (7) assurent le laminage dudit fluide (14), associé aux formes étudiées décrites précédemment et visibles Fig 3, ce laminage a un effet d'amortissement non linéaire, très important lorsque une des plaques est presque en contact avec la masse mobile évitant ainsi le cognement du dispositif et se comportant comme des butées fluides silencieuses. Lorsque les disques ressorts comportent des fentes (3), I'ajustement des paramètres du laminage, c'est-à-dire l'ajustement de la viscosité du fluide et du jeu entre les trous (6) et les cylindres (7) tient compte de ces espaces de laminage supplémentaires. Les plaques cylindriques sont de mme matière ou d'une matière à structure cristallographique simililirc à la structure qu'il matit 'amortir (16) afin de supprimer toute corrosion électrochimique. Elles sont intinienient fixées 9 celle-ci par un procédé de soudure tel que la soudure par bombardement électronique de métal, avant remplissage des vides par le fluide amortisseur et contribuant ainsi à la rigidité de flexion de la structure. Ainsi cette disposition offre l'avantage de ne pas trop réduire les performances mécaniques générales de la structure, comme le montrent les Figures 4, 5 et 6 où sont comparés schématiquement le procédé selon l'invention et les procédés concurrents. La figure 4 représente un tronçon de structure soumise à une flexion pure. La section soumise aux contraintes, hachurée a pour largeur Bo et hauteur h. La figure 5 représente un tronçon de structure utilisant des dispositifs actuels : la section soumise aux contraintes de flexion est hachurée et a pour largeur réelle B I = Bo -1 - m - n; 1, m et n étant les longueurs des zones vides occupées par les dispositifs. La figure 6 représente un tronçon de structure utilisant des dispositifs selon l'invention. La section soumise aux contraintes de flexion est hachurée. La largeur utile est d'une part Bl = Bo - I - m - n et la hauteur h, et les 6 zones de largeurs 1, m et n et comprises entre la hauteur hl et la hauteur h. À l'origine pour la structure initiale, (Figure 4), la contrainte maximale est avec I = moment d'inertie et V = h/2 soit donc car I est égal à = BOh3 12 Dans le cas de la Figure 5, la contrainte maximale pour le même moment fléchissant mf est #1 = Mf donc supéneurà do Blh Dans le cas de la Figure 6. la contrainte maximale est soit et. en posant hl = Bai = ssB() Il vient at = ss et - a(1 1-(1 p > cL2 Dans tous les cas, a2 est toujours inférieur à s1 comme le montrent les courbes de la figure 7 correspondant aux cotes B0, B I et h explicitées sur cette même figure. On y constate la différence très appréciable entre l'augmentation de contrainte maximale apportée par le procédé actuel et celle apponée par le procédé selon l'invention. L'invention comporte aussi, sans surcoût, les dispositions permettant l'immobilisation de la partie mobile. En effet, une fuite de liquide consécutif à une soudure poreuse, une rupture par fatigue d'un disque risquent de provoquer un bruit de cognement rendant la structure inutilisable car bruyante ce qui est particulièrement néfaste pour les bateaux militaires. L'identification de l'étouffeur détérioré s'effectue simplement par utilisation d'un mesureur d'écho à ultrason placé au point A Figure 1. La durée oscillatoire et la fréquence propre de l'écho enregistré correspondant au déplacement de la masse mobile étant caractéristique du comportement dynamique de l'amortisseur permet l'identification de l'amortisseur défectueux en mesurant cette forme d'ondes après avoir excité la structure par une impulsion, par exemple fournie par un maillet ou un marteau. Une fois identifiée, la masse est immobilisée par enfoncement à force, au marteau, de goupilles cylindriques dans les 2 trous (10) et (11), jusqu'au blocage définitif de l'équipage mobile. Cette opération dégrade légèrement les performances acoustiques de la structure, qui généralement comporte plusieurs étouffeurs, mais évite son rebut et a l'avantage de pouvoir être effectuée in situ. En particulier lorsque l'invention est appliquée aux hélices marines, cette opération peut s'effectuer en mer. La dernière particularité de l'invention consiste en la possibilité d'usinage simultané de l'ensemble après soudure, ce qui est un très grand avantage lors de la réalisation d'hélices marines silencieuses nécessitant une grande précision géométrique et dont le profil hydrodynamique doit être parfaitement conforme aux dessins théoriques. La Figure 8 représente une coupe d'une structure qui peut être une pale d'hélice brute de coulée, avant usinage final, sur laquelle a été rapportée par soudure, par exemple par bombardement électronique (ou faisceau d'électrons) un étouffeur selon l'invention. La Figure 9 représente la même structure usinée aux cotes définitives. L'étouffeur n'apparaît alors plus, et n'est repéré que par les 2 petits trous (10) et (11) qui peuvent être si nécessaire colmatés avec une résine époxyde. Selon l'invention, la partie plane des pièces mobiles (1) et (2) est utilisable pour contrôler l'état de fonctionnement du dispositif, et de même, la masse mobile (5) épouse la forme de la déformée des disques (1 > et (2) qui remplissent alors le rôle de butées dynamiques silencieuses agissant dans les 2 directions. REVENDICATIONS 1) Dispositif étouffeur de vibrations caractérisé par ce qu'il comporte 2 disques élastiques (I) et (2) en alliage métallique fixés à une masse mobile en alliage de métal lourd (5) et baignant dans un fluide silicone amortisseur (14), les disques étant immobilisés par soudure à 2 plaques d'alliage (X) et (9) de même matière que celle de la structure à amortir, soudés à celle-ci et soudées à une ou plusieurs colonnes cylindriques (7) de même alliage destinées à limiter le flambement. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte 2 trous de remplissage (10) et (11) du fluide amortisseur obturés par 2 billes (12) et (13) emmanchées à force. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la partie plane des pièces mobiles (1) ou (2) est utilisable pour contrôler l'état de fonctionnement du dispositif et que les 2 trous (10) et (11) Sont utilisables pour immobiliser l'équipage mobile à l'aide de goupilles cylindriques emmanchées à force. 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la masse mobile (5) a une forme telle qu'elle épouse la forme de la déformée des disques (1) et (2) qui remplissent alors le rôle de butées dynamiques silencieuses. 5) Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il permet l'usinage simultané de l'ensemble après soudure assurant une grande précision géométrique. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'absence d'alliages de natures chimiques différentes, associée à une soudure sans métal d'apport supprime la corrosion électrochimique en milieu salin.