Brevet FR2957126A1 — publié le 20110909

L'invention concerne un dispositif semi actif d'amortissement utilisé pour amortir les vibrations en déplacement relatif de deux éléments entre lesquels est fixé ledit dispositif. Un tel dispositif est utilisé par exemple dans le domaine aéronautique pour l'amortissement des vibrations des moteurs ou des réservoirs de lanceurs ou pour l'amortissement entre la structure porteuse d'un satellite d'observation et des équipements de visée. On connaît de l'art antérieur, par exemple de la demande de brevet européen EP1277984, un amortisseur à friction pour l'amortissement des vibrations en mouvement relatif de translation entre deux pièces. Un tel amortisseur à friction se comporte comme une liaison rigide ou élastique pour des déplacements relatifs entre les deux pièces inférieurs à un seuil donné, puis dissipe une énergie proportionnelle au déplacement relatif entre ces deux pièces au-delà de ce seuil. Les caractéristiques d'amortissement d'un tel amortisseur sont donc fonction de ce seuil. Selon cet exemple de l'art antérieur, ce seuil est fixé par le tarage de ressorts appliquant des patins de friction sur une surface de frottement, les déplacements relatifs des deux pièces tendant à provoquer le déplacement desdits patins sur ladite surface de frottement. Dans cette solution de l'art antérieur le seuil est fixé par le tarage de ressorts lors de l'assemblage de l'amortisseur. Pour modifier ultérieurement ce seuil, il est nécessaire de démonter ledit amortisseur, de procéder à un nouveau tarage ou au remplacement des ressorts, puis de réinstaller l'amortisseur. Or, il existe des situations où il est souhaitable d'adapter les conditions de dissipation d'énergie d'un tel amortisseur de sorte qu'il réponde de manière optimale en fonction de la nature des vibrations à amortir. Par exemple, la valeur optimale du seuil sera différente vis-à-vis de vibrations de faible amplitude, donc selon des fréquences plus élevées, et selon des vibrations basse fréquence d'amplitude plus élevée et finalement selon des conditions quasi-statiques. Dans d'autres circonstances il peut être souhaitable que la liaison réalisée par un tel amortisseur n'engendre aucune force ou une force négligeable compte tenu de l'application, c'est-à-dire que le seuil soit nul. Il existe donc un besoin pour un dispositif d'amortissement par friction dont les caractéristiques de dissipation d'énergie puissent être ajustées en fonction des caractéristiques des vibrations à amortir. Pour répondre à ce besoin de l'art antérieur, l'invention propose un dispositif amortisseur comprenant : - Un premier membre s'étendant axialement selon un axe longitudinal - un second membre s'étendant axialement selon le même axe longitudinal, les deux membres étant guidés en translation l'un par rapport à l'autre - Un élément de frottement s'étendant entre les deux membres et les liant complètement l'un à l'autre par friction en translation axiale pour tout effort inférieur à un seuil `s' lequel effort tendant à créer un déplacement relatif des deux membres en translation selon ledit axe longitudinal ; - un dispositif d'ajustement permettant de régler la valeur dudit seuil. Ainsi le réglage du seuil de glissement de l'élément de frottement permet d'ajuster les conditions de dissipation. Ce dispositif peut être mis en oeuvre selon des modes de réalisation particuliers, exposés ci-après, lesquels peuvent être combinés entre eux. Avantageusement, le dispositif d'ajustement comprend un actionneur modulant la pression normale de contact de l'élément de frottement sur la surface d'au moins un des membres, dans une plage de pression comprenant une pression de contact nulle. Selon un mode de réalisation particulier le dispositif d'ajustement peut comprendre un actionneur piézo-électrique apte à modifier la pression normale de contact de l'élément de frottement. Ce type d'actionneur peut être facilement piloté par des moyens électriques, lesquels peuvent être facilement asservis. Ce type d'actionneur présente en outre l'avantage de pouvoir délivrer un effort variable à des fréquences élevées. Il est donc plus particulièrement adapté au pilotage du seuil de glissement du patin en fonction de la nature des vibrations qui doivent être amorties par le dispositif objet de l'invention. Le pilotage de l'effort normal permet également de compenser les effets de la dilatation thermique des membres et de l'usure sur la pression de contact des éléments de frottement. Selon un mode de réalisation avantageux, les membres sont cylindriques, le second membre étant apte à coulisser dans le premier et comprenant une pluralité d'éléments de frottement s'étendant radialement. Cette configuration permet de moduler le seuil de glissement dans une gamme plus étendue et de répartir les dissipations d'énergie, et ainsi l'échauffement et l'usure des surfaces en contact, tout en conservant la compacité du dispositif. Selon un mode de réalisation particulier, les éléments de frottement sont constitués par la surface externe du second membre, la pression de contact étant modulée par l'expansion élastique radiale dudit second membre sur tout ou partie de sa longueur de contact avec le premier. Selon ce mode de réalisation, la force d'expansion peut être également modulée selon la circonférence du second membre de sorte à compenser des défauts géométriques de concentricité des deux membres, lesdits défauts résultant soit de la fabrication du dispositif soit de sa déformation. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 6 dans lesquelles : - la figure 1 représente un modèle heuristique (1A) d'un dispositif d'amortissement par friction et son comportement (1B) en sollicitation simple et en sollicitation cyclique (1C) ; - la figure 2 représente un modèle heuristique (2A) d'un dispositif d'amortissement avec pilotage du seuil de glissement et un exemple de comportement (2B) d'un tel dispositif ; - la figure 3 illustre le principe d'un amortisseur à friction ; - la figure 4, montre en vue de face et en coupe longitudinale un mode de réalisation avantageux d'un dispositif d'amortissement selon l'invention utilisant deux membres tubulaires aptes à coulisser l'un dans l'autre ; - la figure 5 représente en vue de face (5A) et en vue de bout en coupe radiale (5B) un exemple de réalisation d'un mode de réalisation du dispositif d'amortissement selon l'invention utilisant une pluralité d'actionneurs radiaux ; - et la figure 6 illustre, en coupe longitudinale, un exemple d'application du dispositif d'amortissement selon l'invention pour l'amortissement des vibrations d'un réservoir dans un lanceur. Figure 1A un modèle heuristique d'amortisseur à friction comprend un ressort (1) et un patin (2) en série. Le ressort (1) symbolise la composante élastique du comportement. L'une des extrémités (10) étant fixe, lorsque l'on applique à l'autre extrémité (11) une force ou un déplacement tendant à écarter 15 les deux extrémités (10,11) l'une de l'autre, l'extrémité (11) se déplace d'abord sous une force de rappel proportionnelle à la raideur du ressort et au déplacement relatif des deux extrémités, le patin (2) restant collé et transmettant au ressort l'intégralité de la force et du déplacement appliqués à l'extrémité libre (11) . Lorsque la valeur de la force de rappel atteint le seuil de 20 glissement du patin (2), celui-ci glisse à effort constant, égal au seuil. La force transmise au ressort est égale à ce seuil quel que soit le déplacement relatif entre les deux extrémités. Figure 1B, ce comportement, se traduit dans un diagramme force (100), déplacement (101) par une courbe en deux tronçons (105,106). Le 25 premier tronçon (105) est une droite dont la pente (102) est égale à la raideur du ressort. Le second tronçon (106) est une droite parallèle à l'axe des déplacements (101) dont la prolongation intersecte l'axe des forces (100) à une hauteur correspondant au seuil `s'. Figure 1C, lorsque la sollicitation est cyclique, le déplacement initial 30 s'effectue sous une force de rappel proportionnelle à la raideur du ressort (1), puis le patin glisse lorsque ladite force de rappel atteint le seuil `s'. En relâchant la sollicitation le ressort se détend selon une courbe (112) parallèle à celle 10 (110) du premier chargement puis, se comprime, idéalement selon la même pente jusqu'à ce que le patin se remette à glisser pour un seuil de compression égal à ùs. Le comportement est ensuite symétrique dans l'autre sens de sollicitation (114,115). Ainsi, dans l'espace force (100) déplacement (101), le trajet représentant le comportement d'un tel amortisseur sollicité de manière périodique décrit un cycle d'hystérésis (112, 113, 114, 115,111) sur une période de sollicitation. L'énergie dissipée par l'amortisseur au cours de cette période de sollicitation est proportionnelle à l'aire entourée par ledit cycle d'hystérésis. Figure 2A, dans le cas un amortisseur à friction comprenant un patin (20) dont le seuil est réglable, la quantité d'énergie dissipée pour une sollicitation donnée dudit amortisseur peut être modulée en modulant le seuil de glissement `s' dudit patin. Selon le dispositif d'ajustement de ce seuil plusieurs lois de commande peuvent être utilisées. Figure 2B, selon un exemple particulier de réalisation, le seuil `s' peut être ajusté proportionnellement au déplacement relatif des deux extrémités dans ce cas, le comportement correspondant au glissement du patin dans l'espace force ùdéplacement peut prendre la forme d'une courbe quelconque, par exemple une droite (107) non parallèle à l'axe des déplacements (101). Figure 3 selon un exemple de principe de réalisation, le dispositif d'amortissement comprend un premier membre (300) fixe en contact avec un second membre (400) en déplacement relatif par rapport au premier membre. Les deux membres sont en contact par l'intermédiaire d'éléments de frottement (301,401). Le seuil de glissement `s'est ajusté en agissant sur la pression normale de contact entre les deux membres, en ajustant la force normale (130) appliquée sur le membre (400) en déplacement relatif. Figure 4, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif amortisseur comprend deux extrémités (210,211) susceptibles de se déplacer axialement l'une par rapport à l'autre selon un axe longitudinal (43) du dispositif. Une première extrémité est prolongée par un membre mâle cylindrique (40) s'étendant selon l'axe longitudinal (43) et portant un ou 6 plusieurs éléments de frottement (21). Ce membre vient se loger dans un fourreau (30) s'étendant axialement depuis l'autre extrémité. Des moyens de guidage en translation (230) permettent de guider le membre mâle (40) et le fourreau (30) l'un par rapport à l'autre. Lorsque le fourreau (30) et le membre mâle (40) sont assemblés, les éléments de frottement (21) sont en contact avec la paroi intérieure du fourreau, de sorte qu'un déplacement relatif entre les deux extrémités (210,211) provoque un frottement desdits éléments sur la paroi intérieure du fourreau (30). Un actionneur (50) permet de régler le seuil de glissement des éléments de frottement (21) sur la surface en agissant sur la pression normale de contact entre les éléments de frottements et la paroi intérieure du fourreau (30). Figure 5A, selon une mode de réalisation avantageux, le membre mâle (40) est iocaleme nt ajouré par des rainures (41) le séparant en secteurs angulaires (42) de sorte à faciliter sa déformation radiale tout en maintenant une raideur longitudinale importante. Figure 5B, les actionneurs (50) de type piézo-électrique sont disposés radialement, fixés sur un noyau central (430) lié à l'extrémité (211) du membre mâle (40) qui s'étend axialement dans celui-ci. Ils agissent directement sur les parties ainsi ajourées. L'action des éléments piézo-électriques tend à l'expansion radiale de la partie ajourée ce qui a pour effet d'augmenter la pression normale de contact des secteurs angulaires (42) sur la paroi interne du fourreau (30). Typiquement le débattement imposé par chaque actionneur radial est 25 de l'ordre de 100pm pour un effort normal maximum de l'ordre de 3500 Newtons. Figure 6, de tels amortisseurs sont par exemple utilisés pour amortir les vibrations d'un réservoir (60) dans un lanceur. Le réservoir (60) est suspendu dans le corps du lanceur (70) par une pluralité d'attaches 30 structurales rigides (67). Des dispositifs d'amortissement selon l'invention (3) sont par exemple utilisés pour amortir le mouvement résiduel horizontal (65) dudit réservoir. Selon un premier mode de réalisation, la force de friction est réglée de sorte qu'elle soit nulle pendant des phases de vol non critiques. Pendant les phases de vol critiques les éléments de frottement sont mis en contact sous une pression normale apte à amortir les vibrations. La commutation peut être pilotée par le programme de vol ou par la mesure directe des accélérations locales. Dans ce cas, la force normale sur les éléments de frottement peut être pilotée en fonction de l'amplitude des vibrations longitudinales. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle permet d'ajuster le seuil de glissement des éléments de frottement dans un amortisseur à friction de sorte à ajuster l'amortissement aux conditions de fonctionnement. 7 REVENDICATIONS1. Dispositif amortisseur (3) caractérisé en ce qu'il comprend : - Un premier membre (30) s'étendant axialement selon un axe longitudinal - un second membre (40) s'étendant axialement selon le même axe longitudinal les deux membres étant guidés en translation l'un par rapport à l'autre - Un élément de frottement (21) s'étendant entre les deux membres et les liant complètement l'un à l'autre par friction en translation axiale pour tout effort inférieur à un seuil `s' lequel effort tendant à créer un déplacement relatif des deux membres en translation selon ledit axe longitudinal ; - un dispositif d'ajustement (50) permettant de régler la valeur dudit seuil 2. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'ajustement comprend un actionneur (50) modulant la pression de contact de l'élément de frottement (21,42) sur la surface d'au moins un des membres, dans une plage comprenant une pression de contact nulle. 3. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'ajustement comprend un actionneur piézo-électrique. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les membres (30,40) sont cylindriques, le second membre (40) étant apte à coulisser dans le premier (30) et comprenant une pluralité d'éléments de frottement (21,42) s'étendant radialement. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les éléments de frottement (42) sont constitués par la surface externe du second membre (40), la pression de contact étant modulée par l'expansion élastiqueradiale dudit second membre (40) sur tout ou partie de sa longueur de contact avec le premier membre (30). 6. Dispositif d'attache d'un réservoir de carburant (60) dans le corps d'un lanceur (70) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif amortisseur (3) 5 selon l'une quelconque des revendications précédentes.