Brevet FR2918639A1 — publié le 20090116

SYSTEME DE FREINAGE DIFFERENTIEL La présente invention concerne un système de freinage différentiel pour un aéronef, permettant de sélectionner, parmi les différentes roues d'un atterrisseur, les roues à freiner et celles à ne pas freiner, ceci lors de manoeuvres à basse vitesse, notamment lors d'un virage, afin de réduire les charges subies par les atterrisseurs de cet aéronef. L'invention trouve des applications dans le domaine de l'aéronautique, et plus précisément, est destinée aux atterrisseurs d'un aéronef de masse importante. Le train d'atterrissage d'un tel aéronef est constitué d'un train principal et d'un train avant. Le train principal est composé d'au moins deux atterrisseurs gauche et droit, montés généralement de part et d'autre du fuselage ou sous les ailes, ou bien encore est composé de trois, quatre ou cinq atterrisseurs dont deux sont montés sous les ailes et les autres sous le fuselage. Le train avant est monté à l'avant de l'aéronef, au niveau du nez. Les atterrisseurs principaux comprennent chacun un ensemble de bogies jumelés comportant au moins 4 roues, chacune des roues étant munie d'un frein. Le bogie est constitué d'au moins deux essieux qui sont reliés au fuselage ou aux ailes par une jambe télescopique. Les roues des ces atterrisseurs sont ou ne sont pas orientables. Le train avant comporte un amortisseur orientable équipé de roues jumelées. Il sert surtout à orienter l'avion au sol et ne supporte qu'une faible fraction de la masse de l'avion. Lorsque l'aéronef roule en ligne droite sur la piste, les roues se déplacent selon l'axe de symétrie des bogies et les seules forces de résistance au déplacement de l'aéronef appliquées sur ces roues sont les forces de freinage quand les freins sont appliqués et les frottements de roulement. Lors de la prise d'un virage de l'aéronef, de nouveaux efforts apparaissent. En effet, les roues de l'atterrisseur sont soumises à une force composée d'une force horizontale longitudinale de freinage Fx si les freins sont appliqués et d'une force latérale Fy. Pour les atterrisseurs dont le centre de rotation du virage passe entre les roues avant et les roues arrière, la direction des forces latérales développées sur les roues avant de l'atterrisseur est opposée à celle des forces latérales développées sur les roues arrière de l'atterrisseur. La résultante de ces deux forces, de directions opposées, appliquées sur ces deux essieux crée un moment de torsion au centre de l'atterrisseur. Cette torsion sur la jambe tend à s'opposer au sens du virage pris par l'aéronef. En conséquence, lors de la prise d'un virage à basse vitesse où la direction du déplacement n'est plus dans le plan de symétrie des bogies, en plus des charges verticales et longitudinales appliquées sur la jambe, il apparaît une contrainte en torsion exercée sur la jambe. Cette contrainte de torsion exercée sur les jambes d'atterrisseur augmente les dommages de fatigue de la jambe de l'atterrisseur et accélère l'usure des pneus. En outre cette contrainte s'oppose à la rotation de l'aéronef et rend la prise de virage plus difficile. L'invention permet de diminuer cette contrainte de torsion exercée sur la jambe de l'atterrisseur concernée en supprimant ou diminuant de façon notable la formation de ces efforts de directions opposées et ceci, en appliquant un freinage différentiel sur les différentes roues de l'atterrisseur. Avantageusement, par rapport à un virage serré standard où l'ensemble des roues des atterrisseurs situées à l'intérieur du virage serait freiné, pour les atterrisseurs dont le centre de rotation du virage ne passe pas entre les roues avant et les roues arrières, ce système de freinage différentiel permet également une diminution des charges latérales et longitudinales exercées sur l'atterrisseur considéré. L'optimisation de l'effort de torsion et des charges latérales et longitudinales exercées sur les atterrisseurs permet de réduire l'usure des pneus, entraînant ainsi une réduction de coût global de maintenance. Le principe de l'invention est le suivant. Le système de freinage différentiel consiste à freiner prioritairement les roues les plus proches du centre de rotation lors de la prise d'un virage de l'aéronef roulant à basse vitesse lorsque le centre de rotation du virage passe entre l'essieu avant et l'essieu arrière. Ce premier type de freinage différentiel entre les roues d'un même atterrisseur a pour but de diminuer le couple de torsion exercée sur la jambe de l'atterrisseur. Dans la seconde configuration où le centre de rotation du virage ne passe pas entre l'essieu avant et l'essieu arrière, le système de freinage différentiel consiste à freiner prioritairement les roues de l'essieu avant ou les roues de l'essieu arrière de l'atterrisseur concerné. Ce second type de freinage différentiel permet d'optimiser les efforts latéraux subis par la jambe de l'atterrisseur et de favoriser le virage de l'aéronef. Le système de freinage différentiel comprend également un calculateur de freinage différentiel permettant d'intégrer directement le système de freinage différentiel dans le système de contrôle de freinage. Le freinage différentiel repose sur tout moyen électronique, électrique, mécanique, hydraulique, etc., permettant de la réaliser. Ce calculateur peut par exemple envoyer des instructions sous la forme d'une commande aux électrovannes de chaque frein. A cet effet, l'invention concerne un système de freinage d'un atterrisseur d'un aéronef, ledit atterrisseur comprenant un bogie comportant au moins quatre roues munies chacune d'un frein, ledit bogie étant constitué d'au moins deux essieux qui sont reliés à l'aéronef par une jambe télescopique, caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre les roues dudit atterrisseur lors d'une prise de virage de l'aéronef à basse vitesse autour d'un centre de rotation O. Selon un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel la droite reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs passe entre les roues avant et les roues arrière de l'atterrisseur, le système comprend des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre les roues les plus proches et les roues les plus éloignées du centre de rotation O. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la droite reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs ne passe pas entre les roues avant et les roues arrière de l'atterrisseur, le système de freinage comprend des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre les roues avant et les roues arrière dudit atterrisseur. Avantageusement, les moyens pour appliquer le freinage différentiel comprennent un calculateur de freinage différentiel permettant de sélectionner parmi les différentes roues de chaque atterrisseur, les roues à freiner et celles à ne pas freiner lors de la prise de virage de l'aéronef en fonction du centrage des roues de l'atterrisseur par rapport à la droite reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs de l'aéronef. L'invention concerne également un aéronef comportant au moins deux atterrisseurs, chaque atterrisseur comportant au moins quatre roues, et chacune des roues étant munie d'un frein activé au moyen d'un actionneur pour commander l'ouverture ou la fermeture d'un vanne disposée entre un distributeur hydraulique et une conduite hydraulique de freinage alimentant le frein, ledit actionneur étant activé à distance par des commandes de freinage situées au niveau de la cabine de pilotage, caractérisé en ce que ledit actionneur de chaque frein est relié auxdites commandes de freinage par l'intermédiaire du calculateur de freinage du système de freinage différentiel qui sélectionne l'activation desdits actionneurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Figure 1 : la figure 1 représente schématiquement une vue de dessus d'un aéronef en position de roulage sur une piste et amorce le début d'une prise de virage vers la gauche autour d'un centre de rotation O ; Figure 2 : la figure 2 représente schématiquement un exemple d'atterrisseur comportant quatre roues, et une jambe télescopique permettant de relier les essieux à l'aéronef. Figure 3 : la figure 3 représente schématiquement une première configuration (A) où la droite reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs passe entre les roues avant et les roues arrière des deux atterrisseurs gauche et droit de l'aéronef, et une seconde configuration (B) où la droite reliant le centre de rotation O au barycentre des atterrisseurs ne passe pas entre les roues avant et les roues arrières des quatre atterrisseurs ; Figure 4 : la figure 4 représente schématiquement les forces appliquées sur les quatre roues d'un atterrisseur dans une première configuration (A) ; Figure 5 : la figure 5 représente schématiquement les forces appliquées sur les quatre roues d'un atterrisseur dans la deuxième configuration (B) ; Figure 6 : la figure 6 représente schématiquement un exemple de structure du système de contrôle de freinage. L'invention présente un système de freinage d'un atterrisseur comportant des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre des roues d'un atterrisseur pour réduire l'effort de torsion appliqué sur la jambe télescopique de l'atterrisseur et les charges latérales exercées sur l'atterrisseur lors de la prise d'un virage d'un aéronef. La figure 1 illustre un exemple de configuration de virage dans lequel l'aéronef 1 amorce un virage vers la gauche autour d'un centre de rotation O du virage représenté par une croix. Ce sera la configuration de virage adoptée pour la suite de la description. L'atterrisseur est représenté schématiquement sur la figure 2. II comporte un bogie constitué de deux essieux 2. Une jambe télescopique 3 reliant les essieux 2 à l'aéronef, permet de rentrer ou sortir l'atterrisseur du logement prévu à cet effet dans l'aile ou dans le fuselage. L'atterrisseur sur la figure comporte quatre roues fixées aux extrémités des essieux qui sont ou ne sont pas orientables. Le nombre de roues n'est pas limité à quatre et chacune des roues est ou n'est pas munie d'un frein. La jambe télescopique 3 est positionnée au milieu des quatre roues. La figure 3 représente schématiquement deux types de configurations A et B quant au positionnement de tels atterrisseurs par rapport à un axe de virage 20 passant par le centre de rotation O. Dans la première configuration (A) où l'aéronef comporte deux atterrisseurs 21, 22, la droite 20 reliant le centre de rotation au barycentre des atterrisseurs principaux passe entre les roues avant et les roues arrières des deux atterrisseurs, dans ce cas la jambe télescopique 3 de l'atterrisseur est positionnée sur cette droite 20. Dans la deuxième configuration (B) où l'aéronef comporte quatre atterrisseurs 23, 24, 25, 26, la droite reliant le centre de rotation au barycentre des atterrisseurs principaux ne passe pas entre les roues avant et les roues arrières, la jambe 3 n'est pas positionnée sur cette droite 20. Lorsque l'aéronef effectue un virage à faible vitesse autour d'un centre de rotation O, si le freinage est appliqué uniformément à toutes les roues de l'atterrisseur, chacune des roues est soumise à une force latérale Fy et une force de freinage Fx. Selon la figure 4 qui représente la première configuration (A) des atterrisseurs par rapport à la droite 20, la direction des forces latérales Fy pour les roues 4 et 5 est opposée à la direction des forces latérales Fy pour les roues 6 et 7. Il apparaît alors un moment de torsion Mz sur la jambe télescopique 3 positionnée sur la droite 20 qui s'oppose au virage. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, afin de réduire cet effort de torsion subie par la jambe de chacun des atterrisseurs, le système de freinage différentiel est appliqué entre les roues les plus proches et les roues les plus éloignées par rapport au centre de rotation O du virage. Sur la figure 4, les deux roues les plus proches du centre de rotation O sont les roues référencées 6 et 4 et les plus éloignées sont les roues référencées 5 et 7, le freinage différentiel consiste à ne pas freiner les roues 5 et 7, les forces de freinage Fx représentées ici par des flèches en pointillées sont alors supprimées. Par conséquent le moment de torsion résultant de la somme de toutes les forces appliquées sur les quatre roues est réduit, ce qui diminue la torsion subie par la jambe. Sur la figure 5 qui représente la deuxième configuration de type B, la droite reliant le centre de rotation du virage au barycentre des atterrisseurs principaux ne passe pas entre les roues avant et les roues arrière de l'atterrisseur lors d'un virage à faible vitesse. Chaque roue est alors soumise à une force latérale Fy et une force de freinage Fx si le freinage est appliqué uniformément sur les quatre roues. Cependant dans ce deuxième type de configuration, la direction des forces latérales Fy pour les roues 8 et 9 n'est pas opposée à la direction des forces latérales Fy pour les roues 10 et 11. Pendant le virage, la somme des forces induit alors des charges importantes sur l'atterrisseur. Selon un second mode réalisation de l'invention, afin d'optimiser les efforts subis par l'atterrisseur, le système de freinage différentiel applique alors un freinage différentiel entre les roues avant et les roues arrière de l'atterrisseur. Sur la figure 5, un exemple d'atterrisseur situé en dehors de la droite 20 reliant le centre de rotation du virage avec le barycentre des atterrisseurs principaux est représenté. Les roues avant sont les roues référencées 8 et 9 et les roues arrière sont les roues référencées 10 et 11. Le freinage différentiel consiste à ne pas freiner les roues avant 8, 9 ou les roues arrière 10 et 11. Les forces de freinage représentées par les flèches en pointillés Fx sont alors supprimées. Par conséquent la somme des forces est réduite et les efforts subis par l'atterrisseur tant latéraux que longitudinaux sont réduits. Selon l'invention, le système comporte également un calculateur de freinage différentiel permettant de commander le freinage différentiel entre les roues d'un même atterrisseur. Avantageusement ce calculateur de freinage différentiel 17 est intégré directement dans un système de contrôle de freinage de l'aéronef de manière à permettre une activation automatique depuis la cabine de pilotage. La figure 6 représente une vue de profil d'un exemple de schéma fonctionnel du système d'égalisation des énergies de freinage intégré dans un circuit de freinage pour un atterrisseur d'un aéronef. Chaque roue 15, 16 de l'atterrisseur est munie d'un frein activé au moyen d'un actionneur pour commander l'ouverture et la fermeture d'une vanne 13, 14 disposée entre un distributeur hydraulique 19 et une conduite hydraulique de freinage 18, 12 alimentant respectivement les freins des roues 16, 15. Les actionneurs pour commander l'ouverture et la fermeture des vannes sont reliés par l'intermédiaire du calculateur de freinage différentiel 17 du système de freinage différentiel à des commandes de freinage 27 situées au niveau de la cabine de pilotage. Sur la figure 6, lorsque le système de freinage différentiel est activé entre les roues 15 et 16, le calculateur de freinage 17 envoie alors une instruction sous forme de commande à l'électrovanne 13, qui commande le frein de la roue 15, de rester ouvert, et à l'électrovanne 14, qui commande le frein de la roue 16 de se fermer. Ainsi un freinage différentiel est introduit entre les deux roues 15 et 16. De préférence, l'actionneur de chaque frein est un actionneur à commande électrique qui contrôle la fermeture ou l'ouverture de la vanne 13, 14 disposée entre ladite conduite de freinage 18, 12 et le distributeur hydraulique 19. L'invention n'est pas limitée aux deux modes de réalisations représentés et notamment il est possible de combiner le freinage différentiel entre les roues avant et roues arrière d'un même atterrisseur avec le freinage différentiel entre les roues les plus proches de l'atterrisseur et les roues les plus éloignées de l'atterrisseur entre des atterrisseurs différents pour assister le pilote dans la prise des virages et réduire les efforts subis par tous les atterrisseurs. REVENDICATIONS 1. Système de freinage d'un atterrisseur d'un aéronef (1), ledit atterrisseur comprenant un bogie comportant au moins quatre roues (4, 5, 6, 7) munies chacune d'un frein, ledit bogie étant constitué d'au moins deux essieux (2) qui sont reliés à l'aéronef par une jambe télescopique (3), caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre les roues dudit atterrisseur lors d'une prise de virage de l'aéronef à basse vitesse autour d'un centre de rotation O. 2. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une première configuration lorsque la droite (20) reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs passe entre les roues avant et les roues arrière de l'atterrisseur, le système comprend des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre les roues les plus proches (4, 6) et les roues les plus éloignées (5, 7) du centre de rotation O. 3. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une seconde configuration, lorsque la droite (20) reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs ne passe pas entre les roues avant et les roues arrière de l'atterrisseur, le système de freinage comprend des moyens pour appliquer un freinage différentiel entre les roues avant (8, 9) et les roues arrière (10, 11) dudit atterrisseur. 4. Système de freinage selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens comprennent un calculateur de freinage différentiel (17) permettant de sélectionner parmi les différentes roues de chaque atterrisseur, les roues à freiner et celles à ne pas freiner lors de la prise de virage de l'aéronef en fonction du centrage des roues de l'atterrisseur par rapport à la droite (20) reliant le centre de rotation O du virage au barycentre des atterrisseurs de l'aéronef. 5. Aéronef comprenant au moins deux atterrisseurs, chaque atterrisseur comportant au moins quatre roues, et chacune des roues étant munie d'un frein activé au moyen d'un actionneur pour commander l'ouverture ou la fermeture d'un vanne (13, 14) disposée entre un distributeur hydraulique (19) et une conduite hydraulique de freinage (18, 12) alimentant le frein, ledit actionneur étant activé à distance par des commandes de freinage (27) situées au niveau de la cabine de pilotage, caractérisé en ce que ledit actionneur de chaque frein est relié auxditescommandes de freinage (27) par l'intermédiaire du calculateur de freinage différentiel (17) du système de freinage différentiel selon la revendication 4. 6. Aéronef selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit actionneur de chaque frein est un actionneur à commande électrique qui contrôle la fermeture ou l'ouverture de la vanne (13, 14) disposée entre ladite conduite de freinage (18, 12) et ledit distributeur hydraulique (19).