Brevet FR2986843A1 — publié le 20130816

DISPOSITIF DE LIAISON STRUCTURALE AVEC FILTRAGE DE VIBRATIONS Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif de liaison structurale apte à transmettre des efforts entre deux éléments de structure et à filtrer les vibrations générées par un de ces éléments de structure. L'invention trouve des applications dans le domaine des liaisons mécaniques et, notamment, des liaisons mécaniques aéronautiques. Elle concerne plus particulièrement une liaison de type bielle ou manille apte à filtrer des vibrations. Etat de la technique Les dispositifs de liaison structurale du type bielle ou manille sont bien connus dans le domaine des liaisons structurales. Ils ont pour but de transmettre des efforts de traction ou de compression entre deux éléments de structure distants. On rappelle qu'une bielle, dans sa forme la plus connue de l'homme du métier, comporte un corps de bielle, de forme sensiblement cylindrique ou prismatique, allongé, orienté suivant un axe longitudinal. A chaque extrémité de ce corps de bielle, une chape, soudée ou formée d'un seul tenant avec le corps de bielle, permet la fixation de la bielle sur un élément de structure. Cette fixation se fait par l'intermédiaire d'une ouverture formée dans la chape perpendiculairement à l'axe longitudinal, dans laquelle une pièce de liaison vient s'engager. De la sorte, les efforts longitudinaux repris à une extrémité de la bielle se propagent dans le corps de bielle et sont transmis à l'élément de structure fixé à l'autre extrémité de la bielle. Dans une variante, la chape prend la forme d'une structure en « U » dont chaque flanc comporte un perçage, déterminant ainsi un axe de fixation perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bielle. Dans cette variante, le dispositif de liaison est alors dénommé communément « manille ». On utilisera dans la suite de la description le terme de « bielle » pour désigner indifféremment une bielle ou une manille. Par construction, une bielle est un élément très rigide puisqu'elle a pour rôle de transmettre, d'un élément de structure à l'autre, les efforts repris sans subir d'altération. De ce fait, la bielle retransmet également toutes les vibrations entre les éléments de structure auxquels elle est fixée. Dans de nombreuses situations d'attache de deux éléments de structure, il est important que les efforts mécaniques principaux (efforts en traction, efforts en compression) soient transmis d'un élément de structure à l'autre, mais il est souhaitable qu'une partie au moins des vibrations engendrées par un des éléments de structure soient filtrées voire absorbées. C'est typiquement le cas dans le cadre d'une intégration d'un moteur en partie arrière du fuselage d'un aéronef, comme montré sur la figure 1. Dans l'exemple de la figure 1, une structure de moteur d'aéronef 1 (représentée sans le moteur pour des raisons de simplification de la figure) équipée de pales 3 est montrée à l'intérieur d'un carénage 2. Cette structure de moteur 1 est reliée mécaniquement à une structure de mât réacteur 5, lui-même relié mécaniquement à un fuselage 4. La structure de mât réacteur 5, appelée aussi mât de liaison, est reliée à la structure de moteur 1 par l'intermédiaire de bielles de poussée 6 et 7 et d'attaches arrières et avants. Ces bielles de poussée 6 et 7 sont rigides et assurent uniquement la transmission des efforts de poussée entre la structure de moteur 1 et la structure de mât 5. Dans ce type de situation, le filtrage des vibrations est indispensable. En effet, des vibrations sont engendrées par la structure du moteur notamment en phase de perte de pales (Propellor Blade Realised ou Open Rotor Blade Realised, en termes anglo-saxons) ou de fonctionnement en moulinet (Wind Milling, en termes anglo-saxons). Or, ces vibrations doivent être amorties pour ne pas être transmises au fuselage pour des raisons de confort des passagers et de l'équipage. Généralement, le filtrage des vibrations est obtenu par l'ajout, lors du montage de la bielle, d'au moins un dispositif mécanique complémentaire d'amortissement, disposé entre la bielle et un au moins de ses points de fixation. Dans ce cas, un dispositif complémentaire d'amortissement serait situé au niveau de la ferrure avant 8. Un tel montage complexifie naturellement la liaison inter-structure et accroît les besoins de maintenance. Par ailleurs, en aéronautique, toute structure de liaison est généralement doublée afin de limiter les conséquences d'une défaillance (concept « fail-safe » en anglais). Ainsi, en aéronautique, pour qu'un montage par bielle entre deux éléments de structure soit tolérant aux défaillances, c'est-à-dire résistant à la rupture d'une bielle, les efforts doivent pouvoir transiter par un chemin d'effort autre que la bielle. La bielle et le dispositif mécanique complémentaire d'amortissement sont donc généralement doublés. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. A cette fin, l'invention propose un dispositif de liaison structurale du type bielle intégrant des moyens pour filtrer les vibrations engendrées par un des éléments de structure. Ces moyens de filtrage peuvent se présenter sous la forme d'au moins un anneau monté au sein du corps de bielle et offrant à la bielle une souplesse apte à absorber des vibrations. De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de liaison structurale destiné à transmettre des efforts de traction ou de compression entre deux éléments de structure, ledit dispositif comportant un corps de bielle équipé à chacune de ses extrémités d'une chape d'attache par laquelle le corps de bielle est attaché à chacun des éléments de structure. Ce dispositif se caractérise par le fait que le corps de bielle comporte : - une première poutre apte à être fixée à un premier élément de structure, - une seconde poutre apte à être fixée à un second élément de structure, - au moins un anneau de liaison reliant de façon solidaire la première et la seconde poutres et assurant un filtrage de vibrations générées par au moins un des éléments de structure. Un tel dispositif présente une certaine souplesse au niveau de l'anneau de liaison, ce qui permet d'amortir au moins partiellement les vibrations tout en permettant la transmission des efforts d'un élément de structure à l'autre. Ce dispositif peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'anneau de liaison est apte à recevoir dans une zone centrale au moins un amortisseur apte à dissiper au moins partiellement l'énergie des vibrations. Cet amortisseur permet d'améliorer encore l'amortissement des vibrations. - l'anneau de liaison comporte, sur une paroi intérieure, des moyens d'attache de l'amortisseur. - l'anneau de liaison est disposé à égale distance des premier et second éléments de structure. - l'anneau de liaison est disposé à des distances différentes du premier et du second éléments de structure. La disposition de l'anneau de liaison entre les éléments de structure permet d'adapter le dispositif à l'encombrement environnemental. - il comporte au moins deux anneaux de liaison placés l'un à la suite de l'autre entre la première et la seconde poutres, ce qui permet d'adapter la rigidité du dispositif au niveau de vibrations à amortir. - les première et seconde poutres sont des poutres tubulaires ou prismatiques aptes à transmettre des efforts mécaniques. - la première poutre, la seconde poutre et l'anneau de liaison sont réalisés en métal, par exemple enTitane 17 et/ou en Inconel O. - le corps de bielle a une rigidité au moins partiellement fonction d'un diamètre de l'anneau de liaison. - le corps de bielle a une rigidité au moins partiellement fonction d'une section de l'anneau de liaison. L'invention concerne également un ensemble de liaison structurale destiné à transmettre des efforts de traction ou de compression entre deux éléments de structure. Cet ensemble de liaison se caractérise par le fait qu'il comporte au moins deux dispositifs de liaison structurale tels que décrits précédemment, ces deux dispositifs de liaison structurale étant identiques, montés en parallèle l'un avec l'autre. L'invention concerne aussi un aéronef comportant au moins deux éléments de structure et au moins un dispositif de liaison structurale apte à relier les deux éléments de structure. Brève description des figures Les figures décrites par la suite sont données à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1, déjà décrite, représente une structure de moteur d'aéronef reliée par une liaison structurale classique à une structure de mât réacteur. La figure 2 représente une vue en perspective d'une bielle selon l'invention. La figure 3 représente une vue de face de la bielle de la figure 2, dans un mode de réalisation où la bielle intègre un amortisseur de vibrations. La figure 4 représente un exemple d'amortisseur pouvant être installé dans une bielle selon l'invention. La figure 5 représente une vue en perspective d'une variante de l'invention. Les figures 6A et 6B représentent, respectivement, une vue de dessous et une vue de coté d'une structure de moteur d'aéronef reliée à une structure de mât réacteur au moyen de bielles selon l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention concerne un dispositif de liaison structurale intégrant des moyens pour filtrer les vibrations engendrées par au moins un des éléments de structure entre lesquels il est relié. Ce dispositif de liaison structurale peut être une bielle, une manille ou de tout autre type de dispositif de liaison apte à transmettre des efforts entre deux éléments de structure, le terme « bielle » étant utilisé de façon générique dans la suite de la description. Un exemple d'une bielle selon l'invention est représenté sur la figure 2. Cette bielle 10 comporte un corps de bielle comprenant une première poutre 11 et une seconde poutre 12. Ces poutres ont une forme tubulaire ou prismatique, c'est-à-dire cylindrique, creuse et allongée, s'étendant selon un axe longitudinal X. La première poutre 11 est munie à une de ses extrémités d'une chape d'attache 13. Cette chape d'attache 13, montée solidairement à l'extrémité externe de la poutre, est destinée à recevoir le moyen d'attache complémentaire d'un élément de structure. Dans l'exemple de la figure 2, la chape d'attache 13 est fixée au mât 5 réacteur de l'aéronef. De façon similaire, la seconde poutre 12 est munie à son extrémité externe d'une chape d'attache 14 destinée à recevoir le moyen d'attache complémentaire de l'autre élément de structure. Dans l'exemple de la figure 2, la chape d'attache 14 est fixée au moteur 1 de l'aéronef. Chacune des chapes d'attache 13, 14 comporte ici, de façon connue en soi dans le domaine des manilles, deux bras inférieurs formant un « U » s'éloignant du corps de bielle, ces bras inférieurs étant sensiblement plans et parallèles à l'axe longitudinal X. Chacun de ces bras inférieurs comporte une ouverture circulaire, selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Dans une variante de réalisation connue en soi, la chape comporte un seul bras, sans modification substantielle du principe de l'invention. Selon l'invention, le corps de bielle comporte en outre un anneau de liaison 17. De façon plus précise, l'extrémité interne 15, 16 de chacune des poutres 11 et 12, à savoir l'extrémité opposée à la chape, est fixée de façon solidaire à l'anneau de liaison 17. Par exemple, les poutres 11 et 12 peuvent être fixées par soudage sur l'anneau de liaison 17. Cet anneau de liaison 17 est un anneau de diamètre supérieur à celui des poutres. Son diamètre et son épaisseur dépendent du niveau des vibrations à filtrer. Un tel anneau de liaison 17 comporte une paroi interne 18a circulaire et une paroi externe 18b qui comporte au moins deux facettes 19, opposées l'une à l'autre, sur lesquelles les extrémités internes 15, 16 des poutres 11, 12 sont fixées. L'anneau de liaison 17 et les poutres 11, 12 constituent ensemble une liaison mécanique entre les éléments de structure 1 et 5, cette liaison assurant un transfert des efforts de traction ou de compression d'un élément de structure vers l'autre. Dans l'exemple de la figure 2, l'anneau de liaison 17 et les poutres 11, 12 assurent la transmission d'un effort de poussée du moteur 1 vers le mât réacteur 5. L'anneau de liaison 17 permet d'optimiser la rigidité de la bielle en lui offrant une certaine souplesse. La rigidité de la bielle, et plus précisément du corps de bielle, est au moins partiellement fonction du diamètre moyen de l'anneau de liaison 17. De même, la rigidité du corps de bielle est au moins partiellement fonction de la section de l'anneau de liaison 17. Cette souplesse dans la bielle permet de filtrer les vibrations engendrées par le moteur et transmises au mât réacteur en même temps que les efforts de poussée. Ainsi, la bielle de l'invention assure la transmission des efforts de poussée du moteur 1 vers le mât réacteur 5, comme une bielle classique, mais elle assure en outre un filtrage des vibrations générées par le moteur 1. Selon un mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, l'anneau de liaison 17 peut comporter en son centre un ou plusieurs amortisseur(s) 21 ou dissipateur(s) d'énergie. Dans la suite de la description, seul le couplage de l'anneau de liaison avec un amortisseur sera décrit, étant entendu que l'amortisseur peut être assimilé à un dissipateur. Comme montré sur cette figure 3, un amortisseur 21 peut être monté en intérieur de l'anneau de liaison 17, dans la zone évidée 24 dudit anneau de liaison. Pour permettre le montage de l'amortisseur 21, l'anneau de liaison 17 comporte, sur sa paroi interne 18a, des moyens d'attache 20. Ces moyens d'attache 20 sont adaptés pour recevoir les dispositifs de fixation 22 et 23 de l'amortisseur 21. Par exemple, les moyens d'attache 20 peuvent être des étriers soudés sur la face interne 18a de l'anneau de liaison 17, ou fabriqués d'une seule pièce avec lesdits anneaux, comme montré sur les figures 2 et 4. Les moyens d'attache 20 peuvent également être des clips ou tout autre moyen d'attache classique d'un amortisseur. Dans ce mode de réalisation, l'amortisseur 21 est couplé à l'anneau de liaison 17 pour assurer une dissipation de l'énergie filtrée par ledit anneau. De cette façon, non seulement les vibrations générées par le moteur 1 sont réduites par l'anneau de liaison 17, mais en plus leur énergie est dissipée par l'amortisseur 21. Cet amortisseur 21 peut être un amortisseur à friction ou bien un amortisseur hydraulique, un amortisseur pneumatique, ou tout autre type d'amortisseur dont les dimensions sont adaptées à celles de la zone évidée 24 de l'anneau de liaison. Le choix de l'amortisseur peut être fonction des fréquences des vibrations à amortir. La figure 4 représente, à titre d'exemple, un amortisseur pneumatique susceptible d'être installé dans l'anneau de liaison 17. Sur cette figure, la flèche symbolise la dissipation énergétique des vibrations. Il est à noter que dans le cas où plusieurs amortisseurs sont installés dans la zone évidée 24, ou zone centrale, de l'anneau de liaison 17, des amortisseurs de type différents peuvent être installés, chaque type d'amortisseurs étant apte à dissiper les énergies de vibrations de fréquences différentes. Il est bien entendu que, dans ce cas, des moyens d'attache 20 différents peuvent être montés sur la paroi interne 18a dudit anneau, chaque moyen d'attache étant adapté à un amortisseur. Dans une variante de l'invention, le corps de bielle peut comporter plusieurs anneaux de liaison. Un exemple de cette variante est représenté sur la figure 5. Dans cet exemple, la bielle de l'invention comporte deux anneaux de liaison 17a et 17b. Chacun de ces anneaux 17a et 17b est identique à l'anneau de liaison 17 décrit en relation avec les figures 2 et 3. L'anneau de liaison 17a est fixé au niveau de l'extrémité interne 16 de la poutre 12. L'anneau de liaison 17b est fixé au niveau de l'extrémité interne 15 de la poutre 11. Une poutre centrale 30 est alors fixée de façon solidaire sur l'anneau 17a et sur l'anneau 17b, en des emplacements 31 diamétralement opposés aux facettes de fixation 19. Une telle variante a pour but d'augmenter encore la souplesse de la bielle de l'invention en augmentant la surface de filtrage des vibrations. On comprend, en effet, que plus le niveau des vibrations est élevé, plus grande doit être la souplesse de la bielle. Ainsi, le nombre d'anneaux de liaison dans une bielle et/ou la dimension des anneaux permet une adaptation de la rigidité de la bielle au niveau de vibrations à amortir. Dans cette variante, comme dans la bielle à simple anneau décrit précédemment, un ou plusieurs amortisseurs peuvent être installés dans la zone centrale 24a, 24b de chacun des anneaux de liaison 17a, 17b. Les deux anneaux 17a et 17b peuvent identiques l'un à l'autre comme montré sur la figure 5 et avoir des dimensions identiques, comporter des moyens d'attache 20 identiques, etc. Au contraire, les anneaux de liaison 17a et 17b peuvent être différents l'un de l'autre, avec des diamètres différents et/ou des épaisseurs différentes et/ou des moyens d'attache différents, etc. De même, les amortisseurs peuvent différer d'un anneau à un autre. On comprend bien que, dans ce cas, la bielle de l'invention peut être adaptée précisément au niveau et à la fréquence des vibrations à amortir. Sur cette figure 5, comme sur les figures 2 et 3, on remarque que l'anneau de liaison est dans un plan différent de celui des chapes d'attache. Le plan de l'anneau de liaison peut être dans l'axe des chapes d'attaches, ou au contraire dans un axe différent. En effet, le plan de l'anneau de liaison n'a aucune influence sur le filtrage des vibrations, seule la résolution de problèmes d'encombrement ayant une influence sur le plan de l'anneau de liaison. On comprend alors que, dans la variante à plusieurs anneaux, les différents anneaux peuvent être placés dans des plans différents si cela résout un problème d'encombrement. De même, pour résoudre des problèmes d'encombrement, l'anneau de liaison peut être placé de façon décentrée par rapport aux poutres 11 et 12. Il peut donc être placé à égale distance des deux chapes d'attache 13, 14 ou, au contraire, plus près d'une des chapes que de l'autre. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, les poutres et les anneaux de liaison peuvent être fabriqués dans un matériau suffisamment rigide pour assurer la transmission des efforts d'un élément de structure à l'autre mais dont la rigidité peut être optimisée en fonction des vibrations à amortir. Le matériau dans lequel sont fabriqués les poutres et/ou les anneaux de liaison doit en outre être résistant aux hautes températures, notamment lorsqu'un des éléments de structure est un moteur d'aéronef. Un tel matériau peut être un métal, par exemple, un Titane 17 (Ti 17) et/ou un Inconel 718®. Avec de tels matériaux, la bielle filtrante de l'invention peut être réalisée par usinage conventionnel et/ou soudure conventionnelle. Les figures 6A et 6B représentent deux vues, respectivement de dessous et de coté, d'un mât réacteur relié à un moteur d'aéronef. De façon plus précise, ces figures montrent une structure de mât réacteur 5 montée sous une structure de moteur 1. Le mât réacteur 5 est relié au moteur 1 par deux bielles de poussée filtrantes 10a, 10b conformes à l'invention. Chacune de ces bielles de poussée 10a, 10b comporte un anneau de liaison 17 équipé en son centre d'un amortisseur 21 et fixé aux poutres 11 et 12. Comme on le voit sur ces figures, les poutres 12 sont attachées par la chape d'attache 14 au moteur, tandis que les poutres 11 sont fixées au mât réacteur 5. Ces deux figures montrent une bielle de poussée 10 montée de part et d'autre du moteur 1 de façon symétrique par rapport au mât réacteur 5. On comprendra que, conformément à la pratique en vigueur en aéronautique, chacune de ces bielles de poussée peut être doublée afin de limiter les conséquences d'une défaillance. Deux bielles de poussée sont alors installées de part et d'autre du mât réacteur afin que la liaison structurale puisse résister à la rupture d'une bielle (concept « fail-safe »).