Brevet FR2989060A1 — publié le 20131011

SYSTEME ANTI-RETOUR ET ACTIONNEUR DE COMMANDE DE VOL COMPRENANT UN TEL SYSTEME La présente invention concerne en premier lieu un système antiretour à liaison mécanique. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel système comprenant au moins deux pièces munies chacune d'une surface de frottement, les deux surfaces de frottement étant disposées en vis-à-vis en vue de freiner par frottement un mouvement relatif des au moins deux pièces lorsque les deux surfaces sont appliquées l'une contre l'autre, les pièces étant immergées dans un fluide hydraulique. De tels systèmes anti-retour sont bien connus dans la technique. Ils sont par exemple utilisés, comme on le verra ci-après, dans un dispositif de freinage anti-retour utilisé sur un actionneur de commande de vol des aéronefs, tel qu'un actionneur de gouverne d'avion. Les ystèmes anti-retours avec disques de frottements de l'état de 20 l'art peuvent avoir des variations importantes de coefficient de frottement selon les circonstances. Le document EP-B1-0 960 811 divulgue un frein anti-retour fonctionnant par le frottement induit au moyen de plateaux de friction 25 munis de rouleaux obliques. Cette solution, nécessitant des plateaux de friction, est compliquée. L'utilisation de rouleaux obliques est une possibilité pour réduire ces variations de coefficient de frottement. Le but de la présente invention est d'optimiser les performances 30 d'un système anti-retour à liaison mécanique friction afin d'assurer une fonction d'irréversibilité en mouvement. A cet effet, la présente invention concerne un système anti-retour à liaison mécanique, comprenant au moins deux pièces munies chacune 35 d'une surface de frottement, les deux surfaces de frottement étant disposées en vis-à-vis en vue de freiner par frottement un mouvement relatif des au moins deux pièces lorsque les deux surfaces sont appliquées l'une contre l'autre, lesdites au moins deux pièces étant immergées dans un fluide hydraulique, caractérisé par le fait que l'une au moins desdites deux surfaces est munie d'un réseau de drainage dudit fluide hydraulique, ledit réseau comprenant au moins un ensemble de rainures de drainage formé dans ladite surface, ledit réseau de drainage délimitant un ensemble de plages lisses de contact et débouchant au bord de la surface. L'effet technique obtenu est une stabilisation des conditions de friction des pièces de frottement quelles que soient les valeurs de paramètres de fonctionnement du système, par exemple la pression de contact, la vitesse de déplacement des pièces l'une par rapport à l'autre la température, l'usure et le rodage. Ceci est obtenu en privilégiant au maximum un fonctionnement en régime sec ou limite, voire limité au début de la zone de fonctionnement mixte en référence à la courbe de STRIBECK qui sera ultérieurement décrite et ce afin d'éviter les régimes hydrodynamiques sources d'effondrement des valeurs de frottement. Avantageusement, ledit réseau délimite ledit ensemble de plages lisses de façon que tout point d'une plage quelconque soit situé à une distance inférieure à 15 mm d'une rainure de drainage quelque soit la direction. Avantageusement, lesdites plages lisses sont sensiblement parallèles, curvilignes ou polygonales. Avantageusement, ledit mouvement relatif des deux pièces est un mouvement rotatif. Avantageusement, ledit mouvement relatif des deux pièces est un mouvement linéaire. L'invention concerne aussi un actionneur de commande de vol pour aéronef, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un tel système anti-retour. Avantageusement, cet actionneur comprend une vis à billes munie d'une collerette annulaire formant une première pièce de frottement, des moyens d'entraînement en rotation de la vis à billes, un écrou à billes monté sur la vis à billes pour positionner la commande de vol dans une position déterminée, sous l'effet d'une rotation de la vis à billes, deux disques de frottement disposés de part et d'autre de la collerette formant chacun une seconde pièce de frottement, deux roues à rochet disposées chacune contre l'un des disques de frottement du côté opposé à la collerette, lesdites roues à rochets faisant office de moyens de verrouillage ou de déverrouillage autorisant dans un sens la rotation de la vis à billes et de ses éléments associés via une butée à rouleaux disposée entre ladite roue à rochet et une plaque de roulement solidaire du carter de l'équipement et dans l'autre sens réalisant un verrouillage de ladite butée à rouleaux et donc de la vis, des moyens d'assemblage de la collerette, et des disques de frottement ledit réseau de drainage étant formé sur au moins une des surfaces en vis-à-vis de la collerette de la vis ou de la roue à rochet en contact direct avec le disque de frottement. Avantageusement, les moyens d'assemblage comprennent un carter à bain d'huile, dans lequel sont disposés la collerette, les disques de frottement et les roues à rochet, deux plaques de roulement solidaires du carter, perpendiculaires à l'axe de la collerette, des disques de frottement et des roues à rochet, deux butées à rouleaux disposées chacune dans le carter entre une des plaques de roulement et la roue à rochet respective. Avantageusement, chaque roue à rochet est munie de cliquets orientés afin d'assurer ledit verrouillage dans une direction et ledit déverrouillage dans la direction opposée. La présente invention concerne enfin une gouverne d'aéronef présentant une surface mobile,caractérisé par le fait que la surface mobile comprend pour son réglage un tel actionneur. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titres d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une courbe dite de Stribeck illustrant la variation du coefficient de frottement en fonction de la vitesse multipliée par la viscosité et divisée par la pression, - la figure 2 est une représentation schématique d'un système de freinage anti-retour pour une gouverne d'avion, - la figure 3 est une représentation schématique de l'ensemble anti-retour disposé sur la partie vis à billes d'un système de freinage anti-retour pour une gouverne d'avion, ledit ensemble anti-retour étant conforme à la présente invention, - la figure 4 est une représentation schématique d'une vue de face d'un disque de frottement formant la pièce munie d'une surface de frottement, ce disque faisant partie du système anti-retour de liaison mécanique selon la présente invention, ladite pièce étant munie de son ensemble de rainures, - la figure 5 est une représentation schématique d'une vue de côté d'un disque de frottement de la figure 4, - la figure 6 est une représentation schématique d'une vue de face d'un agrandissement par rapport aux figures 4 et 5 d'une portion de l'ensemble de rainures, cette portion étant référencée VI en étant entourée à la figure 4. Il est rappelé tout d'abord les différents régimes sous lesquels se comportent deux surfaces parallèles immergées dans un fluide visqueux, pressées l'une contre l'autre et en mouvement relatif. La figure 1 montre une courbe de Stribeck qui illustre la variation du coefficient de frottement Coef F entre les deux surfaces en fonction de V.u/P, V étant la vitesse de glissement, u la viscosité u et P la pression entre les deux surfaces. La courbe présente diverses zones. Au début du mouvement, le coefficient de frottement est élevé car il faut compenser une force tangentielle dépendante de l'adhérence des deux surfaces avec peu de lubrifiant disponible. Cette zone référencée 1 est appelée zone de contact solide. Avec l'amorce du mouvement, le coefficient de frottement diminue très vite puis forme sensiblement un palier qui correspond à la zone référencée 2 ou lubrification limite. L'ensemble de ces deux zones 1 et 2 ainsi qu'une partie de la zone 3 ou zone mixte qui les suit forme la zone de fonctionnement autorisée référencée A. Après la zone 2, le coefficient de frottement accélère sa décroissance jusqu'à atteindre un point bas dit point critique qui détermine la fin de la zone 3 dite de lubrification mixte ou à film hétérogène, cette lubrification combinant des points avec un film de lubrification d'épaisseur satisfaisante et des points avec un film de lubrification très fin. Après la zone 3, le coefficient de frottement remonte selon une courbe parabolique avec un régime hydrodynamique établi, cette courbe étant comprise dans une zone référencée 4. La partie de la zone 3 adjacente à la zone 4 et la zone 4 à régime hydrodynamique établi forment la zone de fonctionnement interdite référencée B. La figure 2 montre un système de freinage anti-retour avec un frein anti-retour 18 pour une gouverne 10 d'aéronef, par exemple un avion. Un groupe moteur 16 ainsi qu'une boîte de transmission 17 sont aussi associés au frein anti-retour 18. Ce système comprend une vis à bille 15 solidarisée à une de ses extrémités à un point respectif 12 de la structure de l'aéronef. La vis à bille porte un écrou à billes 14, ledit écrou à billes 14 pouvant translater sur la vis à bille 15. L'écrou à billes 14 est aussi solidarisé par une liaison 13 à la gouverne 10. La gouverne 10 est articulée autour d'un axe de rotation 11 solidarisé à un second point respectif 12a de la structure de l'aéronef.35 Il convient de garder à l'esprit que la présente invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une vis à bille 15. La vis peut par exemple être aussi une vis à rouleaux. Du fait de l'engagement des filets de l'écrou à billes 14 sur ceux de la vis à billes 15 et combiné à un effort axial sur la vis, celle-ci subit un couple induit de torsion qui l'amène à tourner, et par voie de conséquence à déplacer l'écrou à billes 14 et donc à dérégler la position de la gouverne 10. Le frein anti-retour 18 a pour but de s'opposer à la rotation de la vis à billes 15. On observera dès à présent que l'effort de l'écrou à billes 14 sur la vis à billes 15 se traduit également par un effort axial de traction ou de compression sur cette dernière. En se référant à la figure 3, qui montre un ensemble anti-retour disposé sur la partie vis à billes 15 d'un système de freinage anti-retour, il peut être vu que la vis à billes 15 comporte une collerette 20, cette collerette 20 formant la première pièce de frottement. Il est cependant à noter que la présente invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une collerette 20 pour la vis à billes 15 et que le frottement avec le disque de frottement peut se faire avec une autre pièce que la collerette 20 par exemple une roue à rochet 22, roue qui sera décrite ultérieurement. Cette collerette 20 est flanquée de deux disques de frottement 21 montés coaxialement sur la vis à billes 15 en étant libres en rotation, les deux disques de frottement 21 formant les secondes pièces de frottement. Deux roues à rochet 22 sont également montées coaxialement sur la vis à billes 15, libres en rotation, adjacentes aux disques de frottement 21 du côté opposé à la collerette 20. Ces roues à rochet 22 coopèrent de façon connue avec des cliquets 23 montés sur un carter 24 qui sera décrit ci-après. Ces cliquets 23 sont agencés en étant orientés de sorte à permettre des rotations des roues à rochet 22 dans des sens opposés. Deux butées à rouleaux 25 sont également montées coaxialement sur la vis à billes 15, adjacentes aux roues à rochet 22 à l'opposé des disques de frottement 21. Ces butées à rouleaux 25 sont agencées pour permettre la rotation des roues à rochet 22 dans le sens autorisé par les cliquets 23, tout en reprenant les efforts axiaux exercés par la vis à billes 15. A cet effet, les butées à rouleaux 25 sont en appui sur des plaques de roulement 26 solidaires du carter 24. Le carter 24 assure l'assemblage des éléments qui viennent d'être décrits, c'est-à-dire la collerette 20, les disques de frottement 21, les roues à rochet 22, les butées à rouleaux 25 et les plaques de roulement 26, en ménageant un jeu axial pour la collerette 20, et donc pour la vis à billes 15. Le carter 24 assure également une fonction d'étanchéité pour le fluide hydraulique qu'il contient. En se référant aux figures 2 et 3, le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Si l'on suppose que les efforts aérodynamiques sur la gouverne 10 génèrent, par l'intermédiaire de l'écrou à billes 14, un effort de traction (flèche F à la figure 3) sur la vis à billes 15, cet effort viendra mettre en appui la collerette 20 avec la roue à rochet 22 de gauche (sur la figure 3) par l'intermédiaire du disque de frottement 21 correspondant. Les cliquets 23 de la roue à rochet 22 sont orientés de manière à autoriser la rotation du sous-ensemble collerette 20 et vis 15, disque de frottement 21 et roue à rochet 22 par rapport au carter 24 via la butée à rouleaux 25, lorsque le déplacement de l'écrou à billes s'opère dans le sens opposé à la direction d'application de la charge aérodynamique. Dans le sens contraire, la roue à rochet 22 se verrouille et devient solidaire du carter 24. Un mouvement relatif s'établit alors entre l'une des deux faces du disque et la surface de l'élément en vis-à-vis, indifféremment la collerette 20 ou la roue à rochet 22. Si l'on souhaite déplacer la gouverne dans le sens opposé à l'application de la charge aérodynamique, on actionne le moteur 16 dans le sens correspondant, ce qui a tendance à déplacer l'écrou à billes dans le sens opposé à la flèche F et donc à supprimer l'effet du frein antiretour par le disque de frottement. Cet effet sera de nouveau actif dès que l'action du moteur cessera. Si, au contraire, on souhaite déplacer la gouverne dans la même direction que le sens d'application de la charge aérodynamique, on actionne le moteur 16 dans le sens inverse du précédent, où il sera aidé par les efforts aérodynamiques. En revanche, il devra vaincre les efforts de frottement dus à un disque de frottement 21, du fait du blocage de la roue à rochet 22. Le frein anti-retour 18 est dans ce cas actif en permanence. Le fonctionnement du dispositif est symétrique (partie droite de la figure 3) dans le cas où la vis à billes 15 est en compression. Il va être décrit maintenant les figures 4 à 6. Les disques de frottement 21, illustrant les secondes pièces de frottement selon la présente invention, comportent sur leur face adjacente à la roue à rochet et à la collerette, cette dernière étant référencée 20 à la figure 3, un réseau de rainures de drainage 30. Ce réseau est ici constitué de deux ensembles de rainures parallèles, perpendiculaires entre elles et délimitant des plages 31 lisses de contact carrées. Il est à garder à l'esprit que les rainures peuvent être curvilignes et que la forme carrée n'est pas limitative, la forme délimitée par les rainures 30 pouvant être aussi autre, par exemple telle que curviligne ou 30 polygonale. Les rainures 30 débouchent au bord même de la surface de frottement en 32. 35 Comme particulièrement bien visible à la figure 6, chaque plage 31 est inscrite dans un cercle 33. Conformément à une caractéristique avantageuse de la présente invention, le diamètre du cercle 33 est au plus égal à 15 mm. Ainsi, le réseau de rainures de drainage 30 délimite ledit ensemble de plages 31 lisses de façon que tout point d'une plage 31 quelconque soit situé à une distance inférieure à 15 mm d'une rainure 30 de drainage quelle que soit la direction de la surface. Le drainage du fluide hydraulique provoqué par les rainures 30 permet de s'affranchir des variations des caractéristiques intrinsèques de contact en environnement humide des surfaces de frottement des disques 21 et de la collerette 20 ou de la roue à rochet 22, et ainsi, d'optimiser la stabilité des conditions de frottement.15 REVENDICATIONS1. Système anti-retour à liaison mécanique, comprenant au moins deux pièces (20, 21) munies chacune d'une surface de frottement, les au moins deux surfaces de frottement étant disposées en vis-à-vis en vue de freiner par frottement un mouvement relatif des au moins deux pièces (20, 21) lorsque les deux surfaces sont appliquées l'une contre l'autre, les au moins deux pièces (20, 21) étant immergées dans un fluide hydraulique, caractérisé par le fait que l'une au moins desdites deux surfaces est munie d'un réseau de drainage dudit fluide hydraulique, ledit réseau comprenant au moins un ensemble de rainures (30) de drainage formé dans ladite surface, ledit réseau de drainage délimitant un ensemble de plages (31) lisses de contact et débouchant au bord de la surface. 2. Système anti-retour selon la revendication 1 dans lequel ledit réseau délimite ledit ensemble de plages (31) lisses de façon que tout point d'une plage (31) quelconque soit situé à une distance inférieure à 15 mm d'une rainure (30) de drainage quelle que soit la direction de la surface. 3. Système anti-retour selon la revendication 2, dans lequel lesdites plages (31) lisses sont sensiblement parallèles, curvilignes ou polygonales. 4. Système anti-retour selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit mouvement relatif des deux pièces (20, 21) est un mouvement rotatif. 5. Système anti-retour selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit mouvement relatif des deux pièces (20, 21) est un mouvement linéaire. 6. Actionneur de commande de vol pour aéronef, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un système anti-retour selon l'une des revendications précédentes. 7. Actionneur selon la revendication 6, comprenant : - une vis à billes (15) ou à rouleaux munie d'une collerette annulaire (20) formant une première pièce de frottement, - des moyens (16) d'entraînement en rotation de la vis à billes (15), un écrou à billes (14) ou à rouleaux monté sur la vis à billes (15) ou à rouleaux pour positionner la commande de vol (10) dans une position déterminée sous l'effet d'une rotation de la vis (15), - deux disques de frottement (21) disposés de part et d'autre de la collerette, ces disques formant chacun une seconde pièce de frottement, - deux roues à rochet (22) disposées chacune contre l'un des disques (21) de frottement du côté opposé à la collerette (20), les roues à rochets (22) faisant office de moyens de verrouillage ou de déverrouillage autorisant dans un sens la rotation de la vis à billes (15) et de ses éléments associés et dans l'autre sens réalisant un verrouillage de ladite vis (15), des moyens d'assemblage de la collerette (20), des disques (21) de frottement et des roues à rochet (22), permettant une translation axiale de la vis à billes (15) ou à rouleaux entre deux positions où l'un des disques (21) de frottement est pressé entre la collerette (20) et la roue à rochet (22) respective, et l'autre disque de frottement (21) est libre en rotation, ledit réseau de drainage étant formé sur au moins une des surfaces en vis-à-vis de la collerette (20) de la vis (15) ou à rouleaux ou de la roue à rochet (22) en contact direct avec le disque (21) de frottement. 8. Actionneur selon la revendication 7, dans lequel les moyens d'assemblage comprennent :- un carter à bain d'huile (24), dans lequel sont disposés la collerette (20), les disques (21) de frottement et les roues à rochet (22), deux plaques de roulement (26) solidaires du carter, perpendiculaires à l'axe de la collerette (20), des disques (21) de frottement et des roues à rochet (22), deux butées à rouleaux (25) disposées chacune dans le carter (24) entre une des plaques de roulement (26) et la roue à rochet (22) respective. 9. Actionneur selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel chaque roue à rochet (22) est munie de cliquets (23) orientés afin d'assurer ledit verrouillage dans une direction et ledit déverrouillage dans la direction opposée. 10. Gouverne d'aéronef présentant une surface mobile, caractérisée par le fait que la surface mobile comprend pour son réglage un actionneur selon l'une quelconque des quatre revendications précédentes.