Brevet FR2829824A1 — publié le 20030321

DISPOSITIF D'ETANCHEITE L'invention se rapporte à un dispositif assurant l'étanchéité d'une cavité formée entre une pièce mobile en rotation et une pièce fixe. L'invention trouve une utilité particulière dans les sondes de mesure d'incidence utilisées en aéronautique. De telles sondes comportent une palette mobile en rotation autour d'un axe et destinée à s'orienter dans l'axe du flux d'air entourant un aéronef sur lequel est monté la sonde. La mesure de l'incidence est un paramètre essentiel au pilotage de l'aéronef. Elle permet de définir la direction du vecteur vitesse de l'aéronef par rapport à l'air ambiant qui l'entoure. L'utilisation d'une palette mobile pose le problème de l'étanchéité de la palette par rapport à la peau de l'aéronef. Il est nécessaire de prévoir des moyens pour empêcher des particules liquides ou solides de pénétrer à l'intérieur de l'aéronef. Il peut être envisagé d'installer la sonde à différent endroit de la peau de l'aéronef. Par exemple, pour mesurer le dérapage de l'aéronef on est amené à placer la sonde dans le plan de symétrie vertical de l'aéronef soit à 6 heures , c'est-à-dire au-dessous de l'aéronef, soit à 12 heures , c'est-à-dire au-dessus de l'aéronef. La position à 6 heures de la sonde augmente les risques de chocs sur la palette mobile notamment lors d'opérations d'entretien de l'aéronef au sol. La position à 12 heures de la sonde permet de limiter ces risques mais augmente en revanche les problèmes liés à l'étanchéité. En effet, à la liaison entre la pièce mobile et la pièce fixe les risques d'infiltration de particules par gravité augmentent, par exemple lors du nettoyage de l'aéronef où les fluides utilisés peuvent plus facilement s'infiltrer entre la pièce mobile et la pièce fixe lorsque la sonde est positionnée à 12 heures que lorsque la sonde est positionnée à 6 heures. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à une sonde positionnée à 12 heures ni même à une sonde de mesure d'incidence. L'invention peut être mise en oeuvre pour assurer l'étanchéité d'une cavité formée entre une pièce mobile en rotation et une pièce fixe. Néanmoins, pour mieux comprendre le problème posé et la solution apportée par l'invention la description qui suit sera limitée à l'application de l'invention à une sonde de mesure d'incidence. Il est connu d'assurer l'étanchéité d'une sonde en réduisant au maximum le jeu nécessaire à la libre rotation de la palette par rapport à la peau de l'aéronef. On peut même prévoir une chicane compliquant le cheminement de particules pénétrant à l'intérieur de l'aéronef. Ces dispositifs restent imparfaits car l'infiltration de particules est toujours possible. Une autre solution consiste à utiliser un joint à lèvre pour assurer l'étanchéité. Le corps du joint est alors solidaire d'une des pièces, par exemple la pièce fixe, et la lèvre du joint frotte en permanence contre l'autre pièce, ici la pièce mobile. Outre des problèmes d'usure de la lèvre du joint, cette solution engendre des frottements qui dans le cas d'une sonde sont néfaste à une bonne mesure angulaire. Plus précisément l'utilisation d'un joint à lèvre génère des frottements secs. La particularité de ce type de frottement dit sec est la nécessité d'exercer un effort non nul sur la pièce mobile pour la déplacer par rapport à la pièce fixe quelle que soit sa vitesse de rotation. Pour une sonde de mesure d'incidence, cet effort non nul entraîne des erreurs dans la mesure d'incidence. L'invention a pour but de palier ces différents inconvénients en proposant un dispositif étanche et sans frottement sec. Pour atteindre ce but l'invention a pour objet un dispositif d'étanchéité entre une pièce mobile en rotation autour d'un axe et une pièce fixe, le dispositif comportant une cavité formée entre la pièce mobile et la pièce fixe, un joint assurant l'étanchéité de la cavité, caractérisé en ce que le joint est réalisé au moyen d'un fluide situé entre la pièce fixe et la pièce mobile, et en ce que le dispositif comporte des moyens pour équilibrer la pression d'air entre l'intérieur de la cavité et l'extérieur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention, description illustrée par le dessin joint dans lequel : - la figure 1 représente sous forme d'une coupe partielle le dispositif d'étanchéité d'une sonde de mesure d'incidence montée sur la peau d'un aéronef. La sonde 1 représentée sur la figure 1 comporte une palette 2 mobile en rotation autour d'un axe 3 servant par ailleurs de délimitation à la coupe partielle formant la figure 1. La palette 2 est solidaire d'un arbre 4 ayant une forme de révolution autour de l'axe 3. A sa base la palette 2 comporte une embase 5 également solidaire de l'arbre 4. La palette 2, son embase 5 ainsi que l'arbre 4 forment une pièce mobile en rotation autour de l'axe 3 par rapport à une pièce fixe formée ici par un carter 6 appartenant à la sonde 1. Le carter 6 est solidaire d'une peau 7 d'un aéronef éventuellement par l'intermédiaire d'un support de sonde 25. Une cavité 8 est formée à l'intérieur du carter 6. La cavité 8 est fermée par l'arbre 4 et plus particulièrement par sa partie supérieure 9. La cavité 8 renferme par exemple un capteur, non représenté sur la figure, mesurant le déplacement angulaire de la palette 2 autour de l'axe 3 par rapport au carter 6. Un roulement 10 situé dans la cavité 8 permet la rotation de l'arbre 4 par rapport au carter 6. Par ailleurs, on peut assurer une étanchéité complète de la cavité 8 par rapport à l'intérieur de l'aéronef au moyen d'un capot 26 solidaire du carter 6. Le capot 26 peut néanmoins être traversé par un connecteur étanche permettant de faire transiter des informations relatives au déplacement angulaire mesuré par la sonde 1. On peut placer un joint torique 27 situé au niveau de la liaison entre le capot 26 et le carter 6. Un joint 11 assure l'étanchéité de la cavité 8 vis-à-vis de particules situées à l'extérieur de la cavité 8 et susceptible d'y pénétrer. Le joint 11 est réalisé au moyen d'un fluide comme par exemple une huile et est situé entre l'arbre 4 et le carter 6. Plus précisément l'arbre 4 comporte une lèvre 12. Entre une extrémité 13 de la lèvre 12 et une paroi 14 du carter 6 subsiste un espace 15 réduit dans lequel se maintient par capillarité le joint fluide 11. Un réservoir 16 ménagé dans la partie supérieure 9 de l'arbre 4 contient également du fluide. Le réservoir 16 est en communication avec le joint 11 et permet d'alimenter l'espace 15 en fluide afin d'y maintenir en permanence du fluide même lorsque le fluide se résorbe légèrement par exemple par évaporation. Le réservoir 16 présente un orifice 17 situé entre la partie supérieure 9 de l'arbre 4 et le carter 6. L'orifice 17 permet de remplir le réservoir 16 ou de compléter son niveau par exemple au moyen d'une seringue. Avantageusement, l'orifice 17 est accessible par l'extérieur du dispositif, par exemple, dans le mode de réalisation ici décrit, en déposant la palette 2. Pour le fluide on peut choisir une huile silicone comme par exemple une huile versilube fabriquée par la société General Electric domicilié aux Etats-Unis d'Amérique. Parmi les huiles Versilube on pourra choisir un type F44 ou F50. Ce type d'huile a une grande plage de température de fonctionnement (delà + 150TC) et conserve une faible viscosité sur l'ensemble de la plage de température. Ce type d'huile a une durée de vie importante, s'évapore peu et ne s'oxyde pas de façon significative même à haute température. Par ailleurs, ce type d'huile est très stable vis-à-vis de fluides utilisés couramment en aéronautique pour le nettoyage ou le dégivrage des aéronefs. Avantageusement, pour éviter que le fluide ne s'échappe de la zone le contenant, c'est-à-dire le joint fluide 11 et le réservoir 16, celle-ci est délimitée par un traitement des pièces mécaniques contenant le fluide au moyen d'un produit repoussant le fluide. Lorsque le fluide est une huile, on utilisera un produit oléophobe. A titre d'exemple, on pourra utiliser un produit de la famille Fluorad commercialisé par la société 3M domicilié aux EtatsUnis d'Amérique. Ce produit porte la référence FC-722. Selon la configuration représentée sur la figure 1, l'arbre 4 est traité avec le produit oléophobe à la base 18 de la lèvre 12 et au sommet 19 de la partie supérieure 9 de l'arbre 4 à l'extérieur du réservoir 16. De même, le carter 6 sera traité sur des surfaces 20 et 21 jouxtant la paroi 14. Les différentes surfaces traitées sont représentées sur la figure 1 en trait fort. Le joint fluide 11 a une forme radiale autour de l'axe 3. Plus précisément, les parois des pièces délimitant la zone contenant le fluide sont de révolution autour de l'axe 3. La configuration décrite précédemment dans laquelle la pièce mobile est disposée à l'intérieur de la pièce fixe et dans laquelle le réservoir 16 est situé dans la pièce mobile permet au joint fluide 11 d'être maintenu en appui contre la pièce fixe, en l'occurrence contre la paroi 14 du carter 6. Plus précisément un mouvement de rotation de la palette 2 entraîne le réservoir 16 en rotation, ce qui tend à centrifuger le fluide s'y trouvant et ainsi maintenir la présence de fluide dans l'espace 15 même lors de rotations rapides de la palette 2 par rapport au carter 6. Il est néanmoins possible d'adopter une configuration inverse lorsque par exemple la rotation de la pièce mobile se fait à faible vitesse Avantageusement, le roulement 10 est situé à l'intérieur de la cavité 8 et le joint 11 assure l'étanchéité du roulement 10. Plus précisément, lorsque le roulement 10 est situé à proximité immédiate du joint 11 au sommet de la cavité 8 aucun courant d'air ne peut traverser le roulement 10. Cette configuration permet d'éviter tout dépôt de particule à l'intérieur du roulement 10. De tels dépôts risqueraient d'endommager le roulement 10. Cette configuration permet également d'utiliser un roulement 10 sans moyen particulier assurant sa propre étanchéité comme par exemple un flasque. qui de toute façon n'assurerait qu'une étanchéité imparfaite. D'autres moyens existent pour assurer l'étanchéité du roulement 10. Ces moyens comportent des joints à lèvres et sont à proscrire car ils génèrent des frottements secs. Avantageusement le dispositif comporte des moyens assurant le drainage des particules arrêtées par le joint 11. Par exemple, le carter 6 comporte une pente 23 entraînant par gravité d'éventuelles particules arrêtées par le joint 11 en direction d'un conduit 22 d'évacuation ménagé dans le support 8. Avantageusement, le dispositif comporte de plus des moyens pour équilibrer la pression d'air entre l'intérieur de la cavité 8 et l'extérieur. Cet équilibrage de pression est utile en aéronautique où la pression de l'air située à l'extérieur de la cavité peut varier dans des proportions importantes. Cette pression est de l'ordre de 1 bar lorsque l'aéronef est posé sur le sol et elle peut descendre jusqu'à 0,2 bar lorsque l'aéronef est en haute altitude. En l'absence de moyens pour équilibrer la pression et si la cavité 8 restait la pression atmosphérique du sol, le joint 11 pourrait se disloquer sous l'effet d'une trop grande différence de pression. Les moyens pour équilibrer la pression d'air comportent par exemple un filtre 24 imperméable à des particules liquides ou solides. Le filtre 24 est situé entre la cavité 8 et un espace communiquant avec l'air ambiant entourant la palette 2. Dans l'exemple de réalisation ici représenté, le filtre 23 est situé sur la pente 23 du carter 6. Il est alors avantageux que le filtre 24 soit proéminent par rapport à la pente 23 ou plus généralement par rapport aux moyens de drainage afin d'éviter pour le filtre 24 toute obstruction par des particules arrêtées par le joint 11. Le filtre 24 peut comporter une grille dont le pas est suffisamment faible pour éviter le passage de particules solides. Par ailleurs, le filtre est avantageusement traité avec un produit hydrophobe afin que des particules liquides ne stationnent pas sur le filtre au risque de l'obstruer. Comme produit hydrophobe, on pourra par exemple utiliser le produit portant la référence FC-722 fabriqué par la société 3M, déjà évoqué plus haut comme produit oléophobe. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens permettant au joint 11 d'assurer la fonction d'amortisseur visqueux du mouvement de rotation de la pièce mobile par rapport à la pièce fixe. Un tel amortisseur permet d'amortir les mouvements de la palette 2 afin qu'un changement rapide d'orientation du flux d'air dans lequel baigne la palette 2 n'entraîne pas de sur-oscillation de la palette 2. On entend par sur-oscillation, un dépassement par la palette 2 de sa position stabilisée après le changement rapide d'orientation du flux d'air. Un tel amortisseur ne doit pas non plus entraîner de frottement sec, ce qui est le cas du joint fluide 11. Pour maintenir un facteur d'amortissement sensiblement constant, il est nécessaire de maintenir également constant la viscosité du fluide utilisé pour le joint fluide 11. On sait par ailleurs que la viscosité d'un fluide est essentiellement fonction de sa température. On pourra donc prévoir un réchauffeur, par exemple sous forme d'une résistance électrique, réchauffeur situé dans le réservoir 16 ou dans son voisinage immédiat. L'alimentation électrique de la résistance peut être régulée de façon à maintenir une température de fluide sensiblement constante. A cet effet on pourra par exemple utiliser une résistance à coefficient de température positif. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité entre une pièce mobile (2,4) en rotation autour d'un axe (3) et une pièce fixe (6), le dispositif comportant une cavité (8) formée entre la pièce mobile (2,4) et la pièce fixe (6), un joint (11) assurant l'étanchéité de la cavité (8), caractérisé en ce que le joint (11) est réalisé au moyen d'un fluide situé entre la pièce fixe (6) et la pièce mobile (2, 4), et en ce que le dispositif comporte des moyens (24) pour équilibrer la pression d'air entre l'intérieur de la cavité (8) et l'extérieur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce mobile (2,4) comporte une palette (2) destinée à mesurer l'incidence d'un flux d'air par rapport à la peau (7) d'un aéronef et un arbre (4) solidaire de la palette (2) - en ce que la pièce fixe comporte un carter (6) solidaire de la peau (7) de l'aéronef, - en ce que la cavité (8) est formée à l'intérieur du carter (6) et est fermée par l'arbre (4) - et en ce que le joint (11) est situé entre l'arbre (4) et le carter (6). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir (16) de fluide, le réservoir (16) étant en communication avec le joint (11). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est confiné dans une zone (11,16) délimitée par un traitement des pièces mécaniques (4,6) contenant le fluide au moyen d'un produit repoussant le fluide. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (16,12) pour maintenir le joint (11) en appui contre la pièce fixe. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pièce mobile (2,4) est disposée à l'intérieur de la pièce fixe (6), et en ce que le réservoir (16) de fluide est situé dans la pièce mobile (2,4). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un roulement (10) situé à l'intérieur de la cavité (8) et s'assurant la rotation de la pièce mobile (2,4) par rapport à la pièce fixe (6), et en ce que le joint (11) assure l'étanchéité du roulement (10). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (22,23) assurant le drainage de particules arrêtées par le joint (11). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour équilibrer la pression d'air comportent un filtre (24) imperméable à des particules liquides ou solides. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant au joint (11) d'assurer la fonction d'amortisseur visqueux du mouvement de rotation de la pièce mobile (2,4) par rapport à la pièce fixe (6).