Brevet FR2941438A1 — publié le 20100730

Ensemble de roue ventilé La présente invention concerne un ensemble de roue comportant une roue d'axe X-X' et un système de freinage de la roue, dans lequel un ventilateur est disposé suivant l'axe de la roue pour refroidir le système de freinage, le ventilateur comportant un rotor rotatif autour de l'axe X-X' et équipé d'une pluralité de pales périphériques, le rotor étant disposé dans un conduit de circulation d'air délimité par une paroi annulaire interne de la roue, de sorte qu'un jeu de fonctionnement est assuré entre la paroi et les extrémités radiales du rotor. On connaît des ensembles de roue de ce type, dans lesquels des ventilateurs sont spécialement dédiés au refroidissement des freins des trains d'atterrissage d'avion. Ces dispositifs sont nécessaires car la chaleur dégagée par les freins, lors de l'atterrissage notamment, est forte et peut présenter un risque pour l'intégrité du système de freinage. De plus, un refroidissement accéléré des freins permet à l'avion de rédecoller dans de meilleurs délais, les freins devant être maintenus en dessous d'une certaine limite de température afin d'éviter leur casse lors d'un atterrissage d'urgence. L'inconvénient des dispositifs de refroidissement actuels est qu'ils sont une source importante de bruit. Pour des contraintes mécaniques et structurelles, un jeu de fonctionnement doit être laissé entre l'extrémité radiale des pales du ventilateur et le conduit de circulation d'air formé dans la structure interne de la roue, dans lequel est positionné le ventilateur. Ce jeu de fonctionnement, dit �jeu en tête de pales �, est une source de bruit, principalement responsable de l'accroissement du niveau sonore lors de l'utilisation des ventilateurs pour le refroidissement des freins dans ces ensembles. Cette source de bruit est difficile à limiter car des contraintes mécaniques et structurelles imposent un jeu important pour permettre notamment le débattement substantiel du rotor lors des atterrissages. La présente invention vise à proposer un ensemble de roue qui produit un bruit réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble de roue du type précité, caractérisé en ce que le rotor du ventilateur comporte une virole disposée à l'extrémité radiale extérieure des pales du rotor, et en ce que le jeu de fonctionnement est assuré entre la paroi annulaire interne du conduit de circulation d'air et la virole. Un tel ensemble de roue réduit fortement le bruit dû au jeu de fonctionnement en tête de pales. Selon différentes caractéristiques de la présente invention : - la dimension axiale de la virole selon l'axe X-X' est supérieure à la dimension axiale des pales selon le même axe ; - la virole s'étend de part et d'autre des pales le long de l'axe (X-X') ; - une volute est disposée contre la jante de la roue, et porte à l'extrémité opposée de la jante un élément de protection, le conduit de circulation d'air de la jante vers l'extérieur de la roue étant formé par au moins une paroi interne de la volute et une paroi interne de l'élément de protection, le rotor étant disposé dans le conduit de circulation d'air, de sorte que le jeu de fonctionnement est assuré entre la paroi interne de l'élément de protection et la virole ; - l'élément de protection comporte une grille de protection formée de nervures et positionnée en regard, selon l'axe X-X', des pales du rotor ; - la volute est formée d'une coque extérieure et d'un support de volute qui s'étend à l'intérieur de la coque, le support de volute comprenant une couronne extérieure et une couronne intérieure entre lesquelles est aménagé un passage d'air, la couronne intérieure du support de volute étant disposé dans le prolongement du moyeu de roue ; - le conduit de circulation d'air est délimité entre une paroi extérieure et une paroi intérieure, la paroi extérieure du conduit étant formée successivement le long de l'axe X-X' par une paroi interne de la coque, par la couronne extérieure du support de volute, et par la paroi interne de l'élément de protection, la paroi intérieure du conduit étant formée successivement le long de l'axe X-X' par la couronne intérieure du support de volute, et la jupe du rotor ; - le rotor du ventilateur est placé dans le conduit de circulation d'air, à une position axiale telle que le rotor est en regard de la paroi interne de l'élément de protection et à proximité de la grille de protection ; - le passage délimité par les couronnes intérieure et extérieure s'étend exactement dans le prolongement de l'espace contenant les pales et délimité entre la jupe et la virole ; - les extrémités du passage délimité par les couronnes intérieure et extérieure positionnées en regard de la jupe et de la virole présentent des tangentes parallèles à l'axe X-X' ; - le rotor tourne à une vitesse de rotation d'environ 3500 tours/minute. L'invention concerne également un dispositif de ventilation apte à être monté sur une roue d'axe X-X' pour obtenir un ensemble de roue tel qu'évoqué ci dessus, caractérisé en ce que le dispositif comporte une volute dont la structure est renforcée par un support de volute, et un élément de protection rapporté sur la volute, le diamètre extérieur de l'élément de protection étant apte à loger le rotor du ventilateur, et en ce que le jeu de fonctionnement est ménagé entre la virole du rotor et la paroi interne de l'élément de protection. L'invention va maintenant être décrite plus en détails, seulement à titre d'exemple et de façon non limitative, en regard des figures annexées et dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble de roue selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié du rotor, de l'élément de protection et de la volute, représentés à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de face d'un rotor selon l'invention ; - la figure 4 est une vue de face d'une grille de protection selon l'invention, et - la figure 5 est une vue éclatée en perspective des composants de l'ensemble de roue de la figure 1. Un train d'atterrissage d'avion comporte plusieurs roues 2 d'axe X-X', sollicitées principalement lors des phases d'atterrissage et de décollage de l'avion. Chaque roue 2 comporte au moins une jante 3 sur laquelle est monté un pneumatique, non représenté. Un ensemble de roue, tel qu'illustré par la figure 1, comporte une roue 2, un système de freinage 4 de la roue, et un dispositif de ventilation 5 pour le refroidissement de la roue comportant au moins un ventilateur 6 de refroidissement du système de freinage 4, une volute 8 de guidage du flux d'air et un élément de protection 10. De façon connue, le système de freinage comprend un actionneur hydraulique, commandé par l'action du pilote sur la pédale de frein, cet actionneur hydraulique délivrant une pression déterminée sur un ensemble de disques de frein, dont une partie est solidaire de la roue. La pression exercée sur ces disques freine la roue. Lors de cette action de freinage, l'énergie cinétique de l'avion est transformée en chaleur, et la chaleur dégagée présente un risque pour le train d'atterrissage. Le ventilateur 6 est disposé suivant l'axe de la roue 2, pour aspirer un flux d'air chaud 12 provenant du système de freinage 4. Le ventilateur 6 est formé d'un rotor 14, monté sur un arbre d'entraînement 16, l'arbre s'étendant coaxialement à l'axe X-X' de la roue 2. Un moteur électrique 18 permet la mise en rotation de l'arbre d'entraînement 16 et du rotor 14, solidaire de l'arbre 16. Le moteur 18 est relié à un système de commande, non représenté, qui pilote le démarrage et l'arrêt du moteur selon les besoins de refroidissement du système de freinage 4. Comme illustré sur les figures 2 et 3, le rotor 14 du ventilateur comprend selon l'invention un moyeu central 20 d'axe X-X' bordé par une jupe 21 et une pluralité de pales 22 s'étendant radialement à partir de la jupe 21 du moyeu central 20. Le rotor 14 du ventilateur comprend une virole 24 d'axe X-X' reliant les extrémités radiales extérieures des pales 22 entre elles. La dimension axiale de la virole 24 selon l'axe X-X' est supérieure à la dimension axiale d'une pale 22 selon le même axe X-X', de sorte que la virole 24 s'étend axialement de part et d'autre des pales 22. La virole 24 porte à une extrémité axiale une collerette 25, qui s'étend radialement, perpendiculairement à la virole, et à l'opposé du moyeu central 20 du rotor 14. L'élément de protection 10 est disposé vers l'extérieur de la roue 2. La présence de cet élément de protection 10 répond à des contraintes de sécurité, afin d'éviter l'intrusion de parasites extérieurs dans la roue 2 et le ventilateur 6. L'élément de protection 10 est formé d'une grille de protection 26, qui présente une forme sensiblement circulaire, qui s'étend perpendiculairement à l'axe X-X', et dont l'extrémité radiale est prolongée axialement vers la roue 2 par un conduit cylindrique 28 d'axe X-X'. Comme illustrée par les figures 4 et 5, des nervures 29 sont disposées régulièrement pour former la grille de protection 26. Ces nervures 29 sont réalisées à distance du centre de la grille et sont positionnées en regard, selon l'axe X-X', des pales 22, dans la continuité du déplacement axial du flux d'air 12. Le conduit cylindrique 28 porte à l'extrémité axiale opposée à la grille un bord relevé 30 muni de trous de fixation régulièrement répartis sur ce bord relevé 30. Le bord relevé 30 de l'élément de protection 10 est apte à être positionné contre la volute 8. La volute 8 est disposée contre la jante 3, pour canaliser l'air du système de freinage 4 aspiré par le rotor 14, et pour empêcher que de l'air extérieur soit aspiré par ce rotor 14, ce qui réduirait le rendement du ventilateur 6. La volute 8 est formée, comme illustré par la figure 5, d'une coque extérieure 32 comprenant une première partie cylindrique 34 et une deuxième partie évasée 36, et d'un support de volute 38 s'étendant à l'intérieur de la coque extérieure 32, pour renforcer ladite coque 32 et guider le flux intérieurement. La volute 8 est positionnée et fixée sur la roue 2, de sorte que d'une part le support de volute 38 est positionné dans le prolongement du moyeu 40 de roue, et d'autre part la partie évasée 36 de la coque 32 s'applique contre la jante 3. La volute 8 est solidaire de la jante 3 de la roue, et est disposée vers l'extérieur de la roue 2, de l'autre côté de la jante 3 par rapport au système de freinage 4. Le support de volute 38 est formé d'une couronne intérieure 42, appliquée contre le moyeu 40 de roue, et d'une couronne extérieure 44 concentrique à la couronne intérieure 42 et de plus grand diamètre que la couronne intérieure 42. Des nervures de renfort 46 relient radialement ces deux couronnes 42, 44 de sorte qu'un passage est aménagé pour l'air entre ces deux couronnes. Le passage de l'air délimité par les couronnes intérieure 42 et extérieure 44 s'étend exactement dans le prolongement de l'espace contenant les pales 22 et délimité entre la jupe 21 et la virole 24. Les extrémités du passage délimité par les couronnes intérieure 42 et extérieure 44, positionnées en regard de la jupe 21 et de la virole 24, présentent des tangentes parallèles à l'axe X-X'. L'extrémité libre de la première partie 34 de la coque 32 présente un bord tombé 48. Des trous de fixation sont régulièrement répartis sur ce bord tombé 48, ainsi que sur la couronne extérieure 44 du support de volute 38. La volute 8 et l'élément de protection 10 sont agencés de sorte que les trous de fixation correspondent les uns en face des autres, afin que l'élément de protection 10 puisse être fixé à l'extrémité de la volute 8. La volute 8 forme un conduit de circulation d'air 50 délimité entre une paroi extérieure et une paroi intérieure. La paroi extérieure du conduit 50 est formée successivement le long de l'axe X-X' par une paroi interne 52 de la coque 32, la couronne extérieure 44 du support de volute 38, et une paroi interne 54 du conduit cylindrique 28 de l'élément de protection 10. La paroi intérieure du conduit 50 est formée successivement le long de l'axe X-X' par la couronne intérieure 42 du support de volute 38, et la jupe 21 du rotor 14. Les pales 22 du rotor 14 du ventilateur 6 s'étendent dans le conduit de circulation d'air 50, à une position axiale telle que les pales 22 sont en regard de la paroi interne 54 de l'élément de protection 10 et à proximité de la grille de protection 26. La collerette 25 portée par la virole 24 du rotor 14 s'étend radialement en regard de la couronne extérieure 44 du support de volute 38. Un jeu 56 de fonctionnement est préservé entre les parois formant le conduit de circulation d'air et l'extrémité radiale du rotor 14. Selon l'invention, et comme illustré par les figures 1 et 2, le jeu de fonctionnement 56 est formé entre d'une part la virole 24 et d'autre part la paroi interne 54 du conduit cylindrique 28 de l'élément de protection 10 formant une partie du conduit de circulation d'air 50. Ce jeu de fonctionnement 56 est constant sur toute la dimension axiale X-X' de cette virole 2, la virole 24 s'étendant sensiblement parallèlement à la paroi interne 54 formant partie du conduit de circulation d'air 50. Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième partie évasée 36 de la coque 32 formant la volute 8 présente un diamètre sensiblement égal au diamètre interne de la jante 3. La volute 8 couvre l'ensemble des arrivées d'air depuis le système de freinage 4 traversant la jante 3. Le flux d'air 12 est dirigé entre les deux couronnes 42, 44 formant le support de volute 38. Le flux d'air circule dans le conduit 50, entre les deux couronnes 42, 44 du support de volute 38, puis dans le passage délimité entre la virole 24 et la jupe 21 du rotor 14. L'ensemble de roue selon l'invention est compact dans la direction axiale, et la position de la grille de protection 26 est très proche de la position du rotor 14. Cette proximité de la grille de protection 26 et du rotor 14, qui peut présenter un inconvénient acoustique, est gérée selon l'invention par une grille de protection 26 rendue la plus transparente possible vis-à-vis du flux d'air 12, pour limiter l'interaction avec le flux en sortie de rotor 14. L'orientation, l'inclinaison et la profondeur des nervures 29 sont déterminées pour permettre un refoulement optimal du flux d'air 12 hors du ventilateur 6. Le refroidissement des freins dans un ensemble de roue selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Après un freinage et un échauffement excessif des freins, réalisés notamment lors d'un atterrissage de l'avion, une information est donnée pour le démarrage du moteur électrique 18, afin de créer la rotation de l'arbre d'entraînement 16 et du rotor 14 du ventilateur 6. Le rotor 14, grâce à la forme des pales 22 qui le composent, aspire l'air chaud généré par le système de freinage 4 lors de l'action de freinage sur les roues 2. Le flux d'air chaud 12 se déplace de l'intérieur de la roue vers l'extérieur, de sorte qu'il émane du système de freinage 4, passe à travers la jante 3, puis circule dans le conduit 50 de circulation d'air formé dans le volume de la roue 2, traverse les pales 22 du rotor 14 du ventilateur 6, puis traverse la grille de protection 26 disposée en regard de ces pales 22 pour être ensuite rejeté hors de l'ensemble de roue. La présente invention propose l'utilisation d'un rotor 14 de ventilateur muni d'une virole 24. Le flux d'air chaud 12 en provenance du système de freinage 4 passe principalement à travers les pales 22 de ce rotor 14, entre la virole 24 et le moyeu central 20 du rotor 14. La collerette 25 s'étend radialement pour réduire la partie du flux d'air apte à s'écouler par le passage entre la virole 24 et la paroi interne 54 du conduit cylindrique 28, aménagé pour l'obtention du jeu de fonctionnement 56. La dimension axiale de la virole 24 est supérieure à la dimension axiale d'une pale 22, et la virole 24 s'étend sensiblement parallèlement à la paroi interne 54, de sorte que la perturbation du flux d'air qui s'écoule par ce jeu 56 est limitée. Le mécanisme de bruit généré de façon connu en tête de pale est ainsi fortement réduit. Le diamètre de l'élément de protection 10 et le diamètre du rotor 14 du ventilateur permettent d'avoir un conduit de circulation d'air 50 dans lequel le passage du flux d'air délimité entre les couronnes intérieure 42 et extérieure 44 du support de volute 38 est disposé exactement en regard de l'espace délimité entre la jupe 21 et la virole 24 du rotor 14. Le flux d'air 12 ainsi aspiré passe principalement dans cet espace, délimité entre la jupe 21 et la virole 24, et contenant les pales 22. Le trajet du flux n'est pas perturbé, et le passage de ce flux à travers les pales du rotor génère moins de bruit. L'augmentation des dimensions du rotor et de la grille de protection est avantageusement combinée avec une réduction de la vitesse de rotation du rotor. A titre d'exemple, une vitesse de rotation du rotor peut selon l'invention être aux alentours de 3500 tours/minute. Cette combinaison permet d'aspirer l'air à travers la jante du pneumatique en limitant l'énergie d'interaction entre le rotor et les perturbations amont. La réduction de vitesse permet de limiter le bruit de rotor, dépendant des conditions d'entrée du flux d'air. REVENDICATIONS1.- Ensemble de roue, comportant une roue (2) d'axe (X-X') et un système de freinage (4) de la roue (2), dans lequel un ventilateur (6) est disposé suivant l'axe de la roue (2) pour refroidir le système de freinage (4), le ventilateur (6) comportant un rotor (14) rotatif autour de l'axe (X-X') et équipé d'une pluralité de pales périphériques (22), le rotor (14) étant disposé dans un conduit de circulation d'air (50) délimité par une paroi annulaire interne (54) de la roue (2), de sorte qu'un jeu de fonctionnement (56) est assuré entre la paroi (54) et les extrémités radiales du rotor (14), caractérisé en ce que le rotor (14) du ventilateur (6) comporte une virole (24) disposée à l'extrémité radiale extérieure des pales (22) du rotor (14), et en ce que le jeu de fonctionnement (56) est assuré entre la paroi annulaire interne (54) du conduit de circulation d'air (50) et la virole (24). 2.- Ensemble de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension axiale de la virole (24) selon l'axe (X-X') est supérieure à la dimension axiale des pales (22) selon le même axe (X-X'). 3.- Ensemble de roue selon la revendication 2, caractérisé en ce que la virole (24) s'étend de part et d'autre des pales (22) le long de l'axe (X-X'). 4.- Ensemble de roue selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une volute (8) est disposée contre la jante (3) de la roue (2), et porte à l'extrémité opposée de la jante (3) un élément de protection (10), le conduit de circulation d'air (50) de la jante (3) vers l'extérieur de la roue (2) étant formé par au moins une paroi interne (52) de la volute (8) et une paroi interne (54) de l'élément de protection (10), le rotor (14) étant disposé dans le conduit de circulation d'air (50), de sorte que le jeu de fonctionnement (56) est assuré entre la paroi interne (54) de l'élément de protection et la virole (24). 5.- Ensemble de roue selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de protection (10) comporte une grille de protection (26) formée de nervures (29) et positionnée en regard, selon l'axe (X-X'), des pales (22) du rotor (14). 6.- Ensemble de roue selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la volute (8) est formée d'une coque extérieure (32) et d'un support de volute (38) qui s'étend à l'intérieur de la coque (32), le support devolute (38) comprenant une couronne extérieure (44) et une couronne intérieure (42) entre lesquelles est aménagé un passage d'air, la couronne intérieure (42) du support de volute (38) étant disposé dans le prolongement du moyeu (40) de roue. 7.- Ensemble de roue selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit de circulation d'air (50) est délimité entre une paroi extérieure et une paroi intérieure, la paroi extérieure du conduit (50) étant formée successivement le long de l'axe (X-X') par une paroi interne (52) de la coque (32), par la couronne extérieure (44) du support de volute (38), et par la paroi interne (54) de l'élément de protection (10), la paroi intérieure du conduit (50) étant formée successivement le long de l'axe (X-X') par la couronne intérieure (42) du support de volute (38), et la jupe (21) du rotor (14). 8.- Ensemble de roue selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le rotor (14) du ventilateur (6) est placé dans le conduit de circulation d'air (50), à une position axiale telle que le rotor (14) est en regard de la paroi interne (54) de l'élément de protection (10) et à proximité de la grille de protection (26). 9.- Ensemble de roue selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le passage délimité par les couronnes intérieure (42) et extérieure (44) s'étend exactement dans le prolongement de l'espace contenant les pales (22) et délimité entre la jupe (21) et la virole (24). 10.- Ensemble de roue selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les extrémités du passage délimité par les couronnes intérieure (42) et extérieure (44) positionnées en regard de la jupe (21) et de la virole (24) présentent des tangentes parallèles à l'axe (X-X'). 11.- Ensemble de roue selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rotor (14) tourne à une vitesse de rotation d'environ 3500 tours/minute. 12.- Dispositif de ventilation (5) apte à être monté sur une roue (2) d'axe (X-X') pour obtenir un ensemble de roue selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif comporte une volute (8) dont la structure est renforcée par un support de volute (38), et un élément de protection (10) rapporté sur la volute (8), le diamètre extérieur de l'élément de protection (10) étant apte à loger le rotor (14) du ventilateur (6), et en ce que le jeu de fonctionnement (56) est ménagé entre la virole (24) du rotor (14) et la paroi interne (54) de l'élément de protection (10).