Brevet FR2954431A1 — publié le 20110624

La présente invention concerne un dispositif antivibratoire pour un système, en particulier de type électrique et/ou électronique, d'un aéronef. On sait que de tels systèmes sont soumis sur un aéronef, notamment un avion de transport, à de nombreux niveaux vibratoires, dont cer- tains proviennent des vibrations engendrées par les moteurs de l'aéronef, par les flux d'air sur l'aéronef ou par le sol lors des phases de décollage et d'atterrissage. Ces niveaux vibratoires sont hétérogènes en fréquence et en amplitude, et ils dépendent des phases de vol (par exemple roulage, décol- lage, montée, croisière, descente, atterrissage, roulage) de l'aéronef, des conditions aérologiques extérieures (par exemple turbulences en vol), et des zones considérées sur l'aéronef. Les conséquences néfastes de ces niveaux vibratoires impactent les systèmes en terme de diminution de la durée de vie des pièces méca- niques, des cartes électroniques, des composants électroniques et des structures, qui sont soumis ainsi à des cycles de fonctionnement et à de la fatigue. Les effets induits par ces niveaux vibratoires sur les systèmes (de type électrique et/ou électronique) sont les suivants : ù diminution de la fiabilité des systèmes ; et ù augmentation des tâches de maintenance préventive ou corrective. Les vibrations engendrées sur un aéronef et subies notamment par ces systèmes influencent donc négativement les performances, la durée de vie et la maintenance de ces systèmes. Les solutions actuellement mises en oeuvre, pour remédier à ces inconvénients, sont essentiellement basées sur : û le choix de l'emplacement des systèmes dans des zones à niveaux vibratoires acceptables ; ù des pièces mécaniques de support/amortissement ajoutées en série ou en parallèle , afin de contrôler passivement les fréquences et amplitudes des vibrations sur les systèmes ; û le choix de composants et de techniques d'assemblage, tolérants à ces niveaux vibratoires ; et ù une maintenance adaptée. Ces solutions ne sont pas satisfaisantes, en particulier car elles ne permettent pas de réaliser une atténuation adaptative des niveaux vibratoires, notamment lorsque ces niveaux sont variables dans le temps en terme de fréquence et d'amplitude. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif antivibratoire pour au moins un sys- tème, en particulier de type électrique et/ou électronique, d'un aéronef, qui permet d'atténuer de manière adaptative les vibrations engendrées sur l'aéronef et subies par ce système. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif antivibratoire est remarquable en ce qu'il comporte : au moins un amortisseur magnéto-rhéologique qui est associé audit système, et dont la raideur est susceptible d'être modifiée en fonction de la valeur d'un courant de contrôle électrique reçu ; au moins un capteur de vibration qui réalise, en temps réel, des mesures relatives au niveau vibratoire actuel dudit système ; et une unité de contrôle qui, pendant au moins toute une phase de vol (dé-collage, atterrissage, ...) dudit aéronef, détermine en temps réel un ni-veau vibratoire actuel en fonction des mesures réalisées par ledit capteur de vibration, et engendre en temps réel un courant de contrôle électrique en fonction du niveau vibratoire ainsi déterminé, ledit courant de contrôle étant tel qu'il engendre, lorsqu'il est appliqué à l'amortisseur magnéto-rhéologique, une raideur de ce dernier susceptible d'atténuer ledit niveau vibratoire actuel, ladite unité de contrôle transmettant en temps réel ce courant de contrôle audit amortisseur magnéto-rhéologique. Ainsi, grâce à l'invention et notamment grâce à l'utilisation d'au moins un amortisseur magnéto-rhéologique qui est contrôlé en temps réel, on obtient un dispositif antivibratoire particulièrement efficace et performant, qui permet d'atténuer de manière adaptative, en temps réel, les ni- veaux vibratoires subis par au moins un système, en particulier de type électrique et/ou électronique, de l'aéronef. Ceci permet d'améliorer significativement les performances, la durée de vie et la maintenance de tels systèmes de l'aéronef. Le dispositif antivibratoire conforme à l'invention est particulière- ment bien adaptée à des systèmes d'un aéronef, qui sont soumis à des niveaux vibratoires variables et contraignants en terme de performance, durée de vie et maintenance. A titre d'illustration, on peut citer, notamment, les systèmes suivants : les coeurs électriques (primaires, secondaires, ...) permettant la distribu- tion électrique dans l'aéronef ; les électroniques de puissance ; les contrôleurs des différents systèmes de l'aéronef ; les calculateurs les systèmes de navigation ; les modules de communication ; les caméras vidéo ; et les enregistreurs. De façon avantageuse, chaque amortisseur magnéto-rhéologique du dispositif antivibratoire conforme à l'invention comprend : un fluide magnéto-rhéologique qui comporte des particules ferromagnétiques en suspension dans un solvant liquide ; un tube dans lequel coulisse un piston associé à une tige, et qui contient ledit fluide magnéto-rhéologique ; au moins une bobine qui est susceptible d'être alimentée par ledit courant de contrôle électrique et qui engendre, lorsqu'elle est alimentée, un champ magnétique qui agit sur les particules ferromagnétiques dudit fluide magnéto-rhéologique pour qu'elles forment des chaînes qui exercent un effet sur le passage du fluide au niveau du piston de manière à pouvoir régler la raideur dudit amortisseur magnéto-rhéologique ; et un accumulateur de gaz pour engendrer une force de retour. Les amortisseurs magnéto-rhéologiques permettent de réaliser des suspensions semi-actives. Ces suspensions pilotées sont capables de faire varier, en quelques millisecondes, et en continu, la raideur de l'amortissement. Cette technologie d'amortisseurs magnéto-rhéologiques permet ainsi de contrôler, précisément et en temps réel, les fréquences d'excitation. Les avantages induits par l'emploi d'un ou plusieurs amortisseurs magnéto-rhéologiques dans le dispositif antivibratoire conforme à l'invention, sont notamment les suivants û une diminution des contraintes d'installation des autres systèmes (meilleure optimisation de l'installation des systèmes dans l'aéronef) ; - la suppression des pièces mécaniques de support/amortissement installées en série/parallèle afin de contrôler passivement les fréquences et amplitudes des vibrations sur les autres systèmes (gain de masse) ; ù la capacité à utiliser des composants ou des techniques d'assemblage moins exigeants en terme de tolérance aux niveaux vibratoires (diminution des coûts, meilleure gestion des obsolescences de composants, ...) ; et û une diminution des tâches de maintenance (diminution des coûts opérationnels). Dans un mode de réalisation préféré, l'unité de contrôle du dispositif antivibratoire conforme à l'invention est formée de manière à transmet- tre, au début d'une phase de vol particulière (décollage, turbulences en croisière, atterrissage) dudit aéronef, à chaque amortisseur magnéto-rhéologique du dispositif antivibratoire un courant de contrôle prédéterminé permettant d'atténuer un niveau vibratoire initial qui est représentatif de ladite phase de vol particulière. Dans ce mode de réalisation préféré, lorsque le système vibrant comporte une pluralité de phases de fonctionnement successives, de façon avantageuse, ladite unité de contrôle est formée de manière à transmettre, à chaque début d'une phase de vol de l'aéronef, un courant de contrôle prédéterminé permettant d'atténuer un niveau vibratoire initial qui est représentatif de ladite phase de vol. Ainsi, le niveau vibratoire est anticipé d'une phase de vol à l'autre. L'avantage de cette anticipation réside dans l'augmentation de la réactivité des amortisseurs magnéto-rhéologiques, ce qui se traduit par une meilleure atténuation des vibrations (en fréquence et en amplitude) et donc une moindre sollicitation des systèmes. Les phases de vol à prendre en compte sont, de préférence, le décollage et l'atterrissage, ainsi que des turbulences en vol de croisière. La présente invention concerne également : un système, en particulier de type électrique et/ou électronique, qui comporte au moins un dispositif antivibratoire tel que celui précité ; et/ou un aéronef, en particulier un avion de transport, qui comprend au moins un tel dispositif antivibratoire. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif antivibratoire conforme à l'invention. La figure 2 montre schématiquement un amortisseur magnéto-rhéologique d'un dispositif antivibratoire conforme à l'invention. La figure 3 est un schéma permettant d'expliquer le fonctionne-ment d'un amortisseur magnéto-rhéologique. 1 o Les figures 4 à 9 illustrent différentes architectures possibles d'installation d'amortisseurs magnéto-rhéologiques. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure 1 est destiné à être installé à bord d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport, dans le but d'atténuer les vibrations en- 15 gendrées sur l'aéronef et subies par au moins un système SE, en particulier de type électrique et/ou électronique. Il peut, notamment, s'agir d'un des systèmes suivants : un coeur électrique (primaire, secondaire, ...) permettant la distribution électrique dans l'aéronef ; 20 une électronique de puissance ; un contrôleur de différents systèmes de l'aéronef ; un calculateur ; un système de navigation ; un module de communication ; 25 une caméra vidéo ; et un enregistreur. Quant aux vibrations à atténuer, elles peuvent être engendrées, en particulier, par les moteurs de l'aéronef, par les flux d'air sur l'aéronef ou par le sol lors des phases de décollage et d'atterrissage. Selon l'invention, ledit dispositif antivibratoire 1 comporte, comme représenté sur la figure 1 : au moins un, mais de préférence une pluralité d'amortisseurs magnéto-rhéologiques 2. Ce ou ces amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 sont agencés au niveau dudit système SE à protéger, notamment entre ledit système SE et un système générateur de vibrations de l'aéronef. Comme précisé ci-dessous, la raideur de chaque amortisseur magnéto-rhéologique 2 est susceptible d'être modifiée en fonction de la valeur d'un courant de contrôle électrique reçu ; au moins un, mais de préférence une pluralité de capteurs de vibration 3 précisés ci- dessous, qui réalisent, en temps réel, des mesures relatives au niveau vibratoire actuel (c'est-à-dire courant) subi par ledit système SE de l'aéronef. Sur la figure 1, on a représenté un ensemble 4 de capteurs de vibration 3 ; et une unité de contrôle 5 qui est reliée par l'intermédiaire de liaisons 6, 7 et 8 respectivement aux amortisseurs magnéto-rhéologiques 2, à l'ensemble 4 et à une source d'alimentation électrique 20 qui fait partie, de préférence, d'une source de puissance usuelle (générateur, batte-rie,...) de l'aéronef. Selon l'invention, ladite unité de contrôle 5 engendre en temps réel un courant de contrôle électrique actuel, en fonction du niveau vibratoire actuel qui est déterminé à partir des mesures réalisées par lesdits capteurs de vibration 3, et elle transmet en temps réel ce courant de contrôle aux-dits amortisseurs magnéto-rhéologiques 2. De plus, selon l'invention, ce courant de contrôle est tel qu'il crée, lorsqu'il est appliqué à un amortisseur magnéto-rhéologique 2, de la manière précisée ci-dessous, une raideur de ce dernier qui permet d'atténuer ledit niveau vibratoire actuel. De préférence, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte une pluralité d'amortisseurs magnéto-rhéologiques 2, et ladite unité de contrôle 5 engendre et transmet un courant de contrôle électrique à chacun desdits amortisseurs magnéto-rhéologiques 2. Les amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 sont à installer au niveau du système SE, afin d'atténuer les vibrations qu'il subit. Ces amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 sont dimensionnés pour atténuer les vibrations, en fonction notamment : des types de vibrations (sinusoïdales, aléatoires, transitoires) ; des spectres associe'.:) _(temporels et fréquentiels) ; et de phénomènes de résonance. Ainsi, grâce notamment à l'utilisation d'amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 qui sont contrôlés en temps réel, on obtient un dispositif antivibratoire 1 particulièrement efficace et performant, qui permet d'atténuer de manière adaptative, en temps réel, les niveaux vibratoires subis par au moins un système SE, en particulier de type électrique et/ou électronique, de l'aéronef. Ceci permet d'améliorer significativement les performances, la durée de vie et la maintenance dudit système SE de l'aéronef. Par ailleurs : l'unité de contrôle 5 détermine les niveaux vibratoires à l'aide de mesu- res (de position, de déplacement, d'accélération, ...) réalisées par les capteurs de vibration 3. Il peut s'agir, notamment, de capteurs à large bande de fréquence de type piézo-électrique, capacitance, jauge de contraintes, piézo-résistivité, induction magnétique, ... ; et ladite unité de contrôle 5 comporte des moyens (non représentés) pour réaliser les fonctions suivantes : enregistrement de la phase de vol de l'aéronef, acquisition des niveaux vibratoires, enregistrement des mesures, analyse des données en temps réel, commande des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2. En particulier, l'unité de contrôle 5 peut réaliser le traitement des mesures via : un échantillonnage ; l'utilisation d'une fenêtre d'apodisation pour préparer les données avant une transformée de Fourier par exemple. Cette apodisation s'effectue en multipliant le signal temporel par une fonction du temps (le résultat dans le spectre est la convolution de toutes les raies par la transformée de Fourier de la fonction d'apodisation, c'est-à-dire le filtrage) ; une conversion analogique / numérique ; et une phase de calcul en temps réel (par exemple par processeur de signal numérique de type DSP) pour l'analyse fréquentielle. Dans un mode de réalisation préféré, on tient compte d'au moins certaines des phases de vol successives de l'aéronef, qui sont transmises par un moyen 10 à l'unité de contrôle 5 via une liaison 10A. Dans ce 15 mode de réalisation préféré, ladite unité de contrôle 5 est formée de manière à transmettre aux amortisseurs magnéto-rhéologiques 2, avant le début de chacune desdites phases de vol de l'aéronef, un courant de contrôle initial pré-programmé permettant d'atténuer (à chaque fois) un niveau vibratoire initial qui est représentatif de ladite phase de vol. En- 20 suite, l'unité de contrôle 5 réalise un contrôle en temps réel de la manière précisée ci-dessus. Ainsi, le niveau vibratoire est anticipé d'une phase de vol à l'autre. L'avantage de cette anticipation réside dans l'augmentation de la réactivité des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2, ce qui se traduit par une 25 meilleure atténuat:nn - dés vibrations (en fréquence et en amplitude) et donc une moindre sollicitation des systèmes. Les phases de vol à prendre en compte sont, de préférence, les phases critiques (par exemple le dé-collage ou l'atterrissage) en terme de niveaux vibratoires subis par le ou les systèmes SE. Par ailleurs, un amortisseur magnéto-rhéologique 2 du dispositif antivibratoire 1 conforme à l'invention comporte les éléments suivants, comme représenté sur la figure 2 : un fluide magnéto-rhéologique 11 qui est composé de fines particules ferromagnétiques (présentant un diamètre de quelques dizaines de micromètres) en suspension dans un solvant liquide, de type huile de synthèse. Le fluide 1 1 contient environ 20 à 40% de telles particules ferromagnétiques, ainsi que des additifs pour éviter la sédimentation et l'agglomération ies'particules dans le fluide 1 1 ; 1 o un tube 12, dans lequel coulisse un piston 13 associé à une tige 14. Ce tube 1 2 contient ledit fluide 1 1 qui est susceptible de passer, au niveau du piston 13, à travers des orifices 1 5 de passage de fluide. Les matériaux les mieux adaptés au fluide magnéto-rhéologique 1 1 doivent être à faible teneur en carbone avec une perméabilité et une saturation ma- 15 gnétique élevées (de préférence, une teneur en carbone de l'acier infé- rieure à environ 0,15%) ; û une ou plusieurs bobines 16 qui sont alimentées par un courant électrique continu (contrôlé par ladite unité de contrôle 5) et qui génèrent un champ magnétique. Sous l'action de ce champ magnétique, les parti- 20 cules ferromagnétiques du fluide 11 forment des chaînes 17 dans le sens des lignes de champ 18, de raideur et résistance proportionnelles à l'intensité du champ ; et un accumulateur de gaz 19 pour créer une force de retour en position de l'amortisseur. 25 Le principe de fonctionnement d'un amortisseur magnéto-rhéologi- que 2 est donc le suivant : lorsque les bobines 16 sont alimentées, un champ magnétique est créé (de l'ordre de quelques centaines de kA/m) qui force les particules à s'aligner perpendiculairement au flux magnétique, comme représenté sur la figure 3 ; les particules ainsi alignées limitent le flux (illustré par une flèche 21) du fluide au travers des orifices de passage 15 situés au niveau du piston 13, entre les deux chambres de l'amortisseur magnéto-rhéologique 2. Pour décrire le comportement mécanique des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2, différents modèles sont utilisés, comme par exemple le modèle de Bingham (comportant une force de Coulomb en parallèle avec un amortisseur J:isqueux), le modèle de Bouc-Wen (prenant en compte l'hystérésis), ou le modèle de Bouc-Wen modifié par Spencer, Dyke et Carlson. En l'absence d'alimentation des bobines 16, le fluide magnéto-rhéologique 11 se comporte comme un fluide newtonien. Pour être performant en terme d'amortissement, le fluide magnéto-rhéologique 1 1 doit principalement : présenter un temps de réponse très rapide ; posséder une grande résistance sous contrainte ; être compatible avec une large plage de température de fonctionne-ment ; et être non abrasif. Les avantages des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 sont es- sentiellement les suivants : pas de pièce mobile, de vanne à ouvrir ou à fermer ; faible puissance électrique requise pour alimenter les bobines 16 (20W environ) avec des niveaux de courant peu élevés (1 à 2A environ) ; les fluides magnéto-rhéologiques 11 existants présentent une large plage de température` opérationnelle (entre -40°C et + 150°C environ) ; le choix d'additifs (dispersants, surfactants, modificateurs de friction, ...) pour les fluides magnéto-rhéologiques 11 est étendu, car l'électrochimie n'affecte pas les mécanismes de polarisation magnétique au sein de l'amortisseur magnéto-rhéologique 2 ; et ù les cartes de contrôle existantes (avec DSP par exemple) permettent de contrôler les amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 à une fréquence rela- tivement élevée (de l'ordre de 1000 Hz). Les amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 sont donc compatibles avec l'environnement (tenue à une large plage de température, à des variations de pression, à l'humidité, aux poussières, aux sels, ...) d'un aéronef et avec les objectifs opérationnels (fiabilité, disponibilité, accessibi- lité, ...). Suivant les niveaux vibratoires à considérer (en terme de fréquence, amplitude, durée) et les caractéristiques du ou des systèmes SE électriques et/ou électroniques à protéger (constituants et composants, masse, dimensions, localisation dans l'aéronef, exigences d'accessibilité, ...), différentes architectures d'amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 peuvent être installées sur l'aéronef. Les figures 4 à 9 pré-sentent, à titre d'exemple, différentes architectures possibles. Plus précisément : la figure 4 montre un système SE qui est posé sur un support S en série avec des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 ; la figure 5 montre un système SE qui est suspendu en série avec des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 ; la figure 6 montre un système SE qui est posé en parallèle avec des amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 ; la figure 7 montre un système SE qui est suspendu en parallèle avec des amortisseurs- magnéto-rhéologiques 2 ; la figure 8 montre des systèmes électriques et/ou électroniques SE1 et SE2 qui sont posés sur un support S équipé d'amortisseurs magnéto- rhéologiques 2 (qui sont agencés entre ce support S et un élément structurel 22 de l'aéronef) ; et la figure 9 montre des systèmes électriques et/ou électroniques SE3, SE4 et SE5 qui sont suspendus à un support S équipé d'amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 (qui sont agencés entre ce support S et un élément structurel 22 de l'aéronef). Dans les exemples des figures 4 à 7, le support S est susceptible d'être soumis à des vibrations, dont la transmission vers le système SE est atténué par les amortisseurs magnéto-rhéologiques 2. En revanche, dans les exemple' des figures 8 et 9, les amortisseurs magnéto-rhéologiques 2 ont pour objet d'atténuer la transmission de vibrations de l'élément structurel 22, 23 vers le support S et ainsi vers les systèmes SE1, SE2, SE3, SE4 et SE5. REVENDICATIONS1. Dispositif antivibratoire pour au moins un système (SE), en particulier de type électrique et/ou électronique, d'un aéronef, ledit dispositif antivibratoire (1) étant destiné à atténuer les vibrations engendrées sur l'aéronef et subies par ledit système (SE), caractérisé en ce qu'il comporte : au moins un amortisseur magnéto-rhéologique (2) qui est associé audit système (SE), et dont la raideur est susceptible d'être modifiée en fonction de la valeur d'un courant de contrôle électrique reçu ; au moins un capteur de vibration (3) qui réalise, en temps réel, des mesures relatives au niveau vibratoire actuel dudit système (SE) ; et une unité de contrôle (5) qui, pendant au moins toute une phase de vol dudit aéronef, détermine en temps réel un niveau vibratoire actuel en fonction des mesures réalisées par ledit capteur de vibration (3), et en- gendre en temps réel un courant de contrôle électrique en fonction du niveau vibratoire ainsi déterminé, ledit courant de contrôle étant tel qu'il engendre, lorsqu'il est appliqué à l'amortisseur magnéto-rhéologique (2), une raideur de ce dernier susceptible d'atténuer ledit niveau vibratoire actuel, et qui transmet en temps réel ce courant de contrôle audit amortisseur magnéto-rhéologique (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'amortisseurs magnéto-rhéologiques (2), et en ce que ladite unité de contrôle (5) engendre et transmet un courant de contrôle électrique à chacun desdits amortisseurs magnéto-rhéologiques (2). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque amortisseur magnéto-rhéologique (2) comprend : un fluide magnéto-rhéologique (11) qui comporte des particules ferromagnétiques en suspension dans un solvant liquide ; un tube (12) dans lequel coulisse un piston (13) associé à une tige (14), et qui contient ledit fluide magnéto-rhéologique (Il) ; au moins une bobine (16) qui est alimentée par ledit courant de contrôle électrique et qui engendre, lorsqu'elle est alimentée, un champ magné-tique qui agit sur les particules ferromagnétiques dudit fluide magnéto-rhéologique (Il) pour qu'elles forment des chaînes qui agissent sur le passage du fluide au niveau du piston (13) de manière à pouvoir régler la raideur dudit amortisseur magnéto-rhéologique (2) ; et un accumulateur de gaz (19) pour engendrer une force de retour. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite unité de contrôle (5) est formée de manière à transmettre, au début d'une phase de vol particulière dudit aéronef, à chaque amortisseur magnéto-rhéologique (2) du dispositif antivibratoire (1) un courant de contrôle prédéterminé permettant d'atténuer un niveau vibratoire initial qui est représentatif de ladite phase de vol particulière. 5. Dispositif selon la revendication 4, pour un aéronef présentant une pluralité de phases de vol successives, caractérisé en ce que ladite unité de contrôle (5) est formée de manière à transmettre, à chaque début d'une phase de vol de l'aéronef, un courant de contrôle prédéterminé permettant d'atténuer un niveau vibratoire initial qui est représentatif de ladite phase de vol. 6. Système, en particulier de type électrique et/ou électronique, d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif antivibratoire (1) tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif antivibratoire (1) tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 5.