Brevet FR2986844A1 — 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. Généralement, 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 ce cas, 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 au moins un des éléments de structure soient filtrées voire dissipées. C'est typiquement le cas dans le cadre d'une intégration d'un moteur en partie arrière du fuselage d'un aéronef. La figure 1 représente une structure de moteur d'aéronef (sans le moteur, par mesure de simplification de la figure) dans le cadre d'une intégration en partie arrière du fuselage. Dans l'exemple de la figure 1, la structure de moteur d'aéronef 1 équipé 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 moteur 5, lui-même relié mécaniquement à un fuselage 4. La structure de mât moteur 5, appelée aussi mât de liaison, est reliée à la structure de moteur 1 par l'intermédiaire de bielles de poussée 6 et de bielles de liaison 9. Ces bielles de liaison 9 sont des manilles/bielles classiques, rigides. Elles assurent uniquement la transmission des efforts entre la structure de moteur 1 et la structure de mât 5. Dans ce type de situation, le filtrage des vibrations est indispensable afin de palier au phénomène de perte de pâle et de moulinet (windmilling, en termes anglo-saxons). 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. 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. 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, ce qui rend plus complexe encore l'installation et la maintenance des moyens de filtrage des vibrations. 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'un corps de bielle arqué 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 a une forme en arc assurant une souplesse audit dispositif, cette souplesse étant apte à filtrer des vibrations générées par au moins un des éléments de structure, et que chaque chape d'attache est reliée à un des éléments de structure par une liaison pivot. Un tel dispositif présente une certaine souplesse au niveau du corps de bielle, ce qui permet d'amortir au moins partiellement les vibrations générées par un des éléments de structure 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 : - au moins un amortisseur est monté linéairement entre les deux chapes d'attache pour dissiper au moins partiellement des énergies de vibrations. Cet amortisseur permet d'améliorer encore l'amortissement des 35 vibrations. - chaque chape d'attache est annulaire et munie, dans une zone centrale, d'un palier assurant le guidage d'un axe de chape solidaire de l'élément de structure. - la forme en arc du corps de bielle a un rayon de courbure modulable, définissant au moins partiellement une rigidité du dispositif. - la forme en arc du corps de bielle a une section modulable, définissant au moins partiellement une rigidité du dispositif. - la forme en arc du corps de bielle a une excentration par rapport aux axes de chapes modulable, définissant au moins partiellement une rigidité du dispositif. - le palier de chaque chape d'attache a un coefficient de frottement modulable, définissant au moins partiellement une rigidité du dispositif. - le corps de bielle et au moins une partie des chapes d'attache sont réalisés en métal, par exemple en Titane 17 et/ou en Inconel 718®. - les paliers sont réalisés en métal, par exemple en Stellite 6B®, en Stellite 6K® et/ou en Inconel 718®. 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. Il répond ainsi aux normes de sécurité aérodynamiques. De préférence, les deux dispositifs de liaison structurale sont 25 montés autour des mêmes axes de chapes. 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. 30 Brève description des dessins 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 35 réacteur. Les figures 2A, 2B et 2C représentent, respectivement, une vue de coté, de face et en perspective d'une bielle souple selon l'invention. La figure 3 représente une vue en perspective d'une bielle de l'invention, dans un mode de réalisation où la bielle intègre un amortisseur de vibrations. La figure 4 représente une vue en perspective 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 de façon schématique sur les figures 2A, 2B et 2C. Plus précisément, la figure 2A montre une vue de coté en coupe d'une bielle selon l'invention, tandis que la figure 2B montre une vue de face de cette bielle et que la figure 2C montre une vue en perspective de cette même bielle. Cette bielle, référencée 10, comporte un corps de bielle 11 en forme d'arc. A chacune de ses extrémités, le corps de bielle 11 comporte une chape d'attache 12a, 12b. Chacune de ces chapes d'attache 12a, 12b est destinée à être reliée à un des éléments de structure, par exemple une structure de moteur d'aéronef 1 et une structure de mât réacteur 5, dans le cas de l'intégration d'un moteur en partie arrière du fuselage d'un aéronef. Chaque chape d'attache 12a, 12b est montée autour d'un axe Al ou A5 lié à un des éléments de structure. Selon l'invention, la forme en arc, ou forme arquée, du corps de bielle signifie que le corps de bielle 11 est courbe, par opposition aux corps de bielles classiques qui sont généralement linéaires entre les chapes d'attaches. Selon l'invention, le plan de l'arc formé par le corps de bielle est perpendiculaire aux axes Al et A5 des chapes. Ainsi, dans l'invention, le corps de bielle présente, entre les deux 35 chapes d'attache 12a, 12b, un rayon de courbure RC. Comme on le verra de façon plus précise par la suite, ce rayon de courbure RC est modulable, c'est-à-dire qu'il peut varier en fonction des applications et des éléments de structure à relier. Par exemple, ce rayon de courbure RC peut être identique sur toute la longueur du corps de bielle de sorte que le corps de bielle forme un arc de cercle. Il peut, au contraire, varier sur la longueur du corps de bielle entre les deux chapes 12a, 12b, comme c'est le cas dans l'exemple des figures 2A à 2C. Dans l'exemple de ces figures 2A à 2C, le rayon de courbure RC est variable, mais symétrique, ce qui signifie que le corps de bielle forme un arc régulier entre la chape d'attache 12a et la chape d'attache 12b. Dans une variante non représentée sur les figures, le rayon de courbure RC peut être variable mais non symétrique, le corps de bielle ayant alors une forme arquée irrégulière entre les deux chapes d'attache. Dans ce cas, la forme arquée du corps de bielle est dite excentrée par rapport aux axes A5 et Al passant à travers les chapes 12b et 12a. Selon l'invention, le corps de bielle de l'invention peut présenter aussi une section S variable. Ainsi, la section S peut varier sur la longueur du corps de bielle. La section S correspond à la largeur du corps de bielle, cette largeur étant définie par rapport à la longueur du corps de bielle entre la chape 12a et la chape 12b. Dans l'exemple des figures 2A et 2C, on voit que la section S varie, cette section S étant plus grande dans la zone centrale du corps de bielle que dans ses extrémités proches des chapes 12. Le corps de bielle arqué de l'invention a la caractéristique d'être souple. Cette souplesse permet de filtrer les vibrations engendrées par un des éléments de structure. Dans l'exemple d'une structure de moteur d'aéronef, la souplesse du corps de bielle permet de filtrer les vibrations générées par ledit moteur d'aéronef. Le filtrage de vibrations a pour effet de réduire les vibrations reçues par la chape 12a de la bielle tout en transmettant intégralement les efforts produits par le moteur. La bielle 10 de l'invention constitue donc, entre les éléments de structure 1 et 5, une liaison mécanique qui assure un transfert des efforts de traction ou de compression d'un élément de structure vers l'autre, par exemple les efforts aérodynamiques venant du moteur 1 vers le mât réacteur 5. La forme arquée du corps de bielle permet d'optimiser la rigidité de la bielle en lui offrant une certaine souplesse. Cette souplesse permet de filtrer, parmi tous les efforts engendrés par le moteur, les vibrations afin de ne transmettre au mât réacteur que les efforts. Par sa souplesse, la bielle de l'invention assure la transmission des efforts du moteur 1 vers le mât réacteur 5, comme une bielle classique, mais assure un filtrage des vibrations générées par le moteur 1. La souplesse de la bielle de l'invention est fonction de la rigidité de son corps de bielle. La rigidité peut être modulable en fonction des applications. En effet, la rigidité peut varier en fonction de la section du corps de bielle. Il peut varier également en fonction du rayon de courbure du corps de bielle ou de l'excentration de l'arc dudit corps de bielle par rapport aux axes des chapes Al et A5 qui traversent respectivement les chapes 12a et 12b. On comprend, en effet, que plus le niveau des vibrations est élevé, plus grande doit être la souplesse de la bielle. Les variations de section et/ou de rayon de courbure ainsi que l'excentration de l'arc permettent une adaptation de la rigidité de la bielle au niveau de vibrations à amortir. La rigidité peut également varier en fonction d'un coefficient de frottement des axes Al et A5 des chapes d'attache 12a, 12b. En effet, comme montré sur les figures 2A, 2B et 2C, chacune des chapes d'attache 12 a une forme annulaire destinée à recevoir un axe Al ou A5 solidaire de l'élément de structure auquel il est relié. Chaque chape d'attache est ainsi reliée à un des éléments de structure par une liaison pivot, ou rotule. Plus précisément, chaque chape d'attache 12a, 12b a une forme d'anneau et comporte un palier 13a, 13b monté dans la zone centrale 14a, 14b, évidée, de cet anneau. Un palier 13 est un organe fixe, monté le long d'une paroi interne de la chape en forme d'anneau 12. Ce palier 13 assure le guidage de l'axe de chape A monté en son centre, avec un coefficient de frottement prédéterminé. Selon l'invention, ce coefficient de frottement peut être modulé de façon à agir sur le coefficient de rigidité de la bielle. Selon un mode de réalisation de l'invention la bielle 10 de l'invention peut comporter un ou plusieurs amortisseur(s) ou dissipateur(s) d'énergie. Cet amortisseur ou dissipateur est destiné à amortir les vibrations générées par un élément de structure en dissipant l'énergie de ces vibrations. Dans la suite de la description, seul le couplage du corps de bielle arqué avec un amortisseur sera décrit, étant entendu que l'amortisseur peut être un dissipateur. Un exemple de ce mode de réalisation, avec un amortisseur schématique, est représenté sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, un ou plusieurs amortisseur(s) 17 peuvent être montés linéairement entre les chapes d'attaches 12a, 12b. De façon plus précise, l'amortisseur 17 comporte, à chacune de ses extrémités, un moyen d'attache 18a, 18b destiné à être monté autour de l'axe de chape Al ou A5. Ces moyens d'attache peuvent être des anneaux aptes à s'emboiter autour des axes A1, A5, parallèlement aux chapes d'attache 12a, 12b. Dans ce mode de réalisation, l'amortisseur 17 est couplé au corps de bielle arqué 11 pour assurer une dissipation de l'énergie filtrée par ledit corps de bielle. Cette dissipation d'énergie est symbolisée, sur la figure 3, par la flèche centrale. Dans ce mode de réalisation, non seulement les vibrations générées par le moteur 1 sont réduites par le corps de bielle arqué 11, mais en plus leur énergie est dissipée par l'amortisseur 17. Cet amortisseur 17 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 la distance séparant les deux chapes d'attaches 12a et 12b. Dans l'exemple de la figure 3, l'amortisseur 17 est un amortisseur pneumatique. Le choix de l'amortisseur peut être fonction des fréquences des vibrations à amortir. Il est à noter que dans le cas où plusieurs amortisseurs sont installés entre les deux chapes d'attache 12a et 12b, ces amortisseurs peuvent être de types différents, chaque type d'amortisseur étant apte à dissiper des énergies de vibrations de fréquences différentes. On comprend de ce qui précède que la bielle de l'invention peut être adaptée précisément au niveau et à la fréquence des vibrations à amortir, en choisissant d'installer un ou plusieurs amortisseurs et/ou en faisant varier la section ou la courbure du corps de bielle, l'excentration de l'arc et/ou le coefficient de frottement du palier de chape. On a décrit précédemment un dispositif de liaison structurale simple c'est-à-dire à une seule bielle. Il est toutefois possible, selon l'invention, d'associer deux bielles 10 en parallèle. En effet, pour des raisons de sécurité, chaque dispositif de liaison inter-structure est généralement doublé afin de répondre au concept « Fail-safe ». Dans ce cas, deux bielles identiques sont montées parallèlement l'une à l'autre entre les axes Al et A5 des chapes et forment un ensemble de liaison structurale. Dans l'exemple de la figure 3, les bielles 11 et 16, identiques, sont montées autour des axes Al et A5, de part et d'autre de chaque moyen d'attache 18a, 18b de l'amortisseur 17. De cette façon, si une des bielles 11 ou 16 est défaillante, les efforts provenant du moteur 1 transitent par l'autre bielle, respectivement 16 ou 11, l'énergie des vibrations continuant à être dissipée par l'amortisseur 17. La figure 4 représente une vue en perspective d'une structure de mât réacteur reliée à une structure de moteur d'aéronef par des bielles. Le mât moteur 5 est relié au moteur 1 par des bielles de poussée 6 conformes à l'art antérieur, des bielles de liaison arrière 10 ainsi que des bielles de liaison avant 20. Les bielles de liaison arrière 10 sont conformes à l'invention. Elles comportent chacune un corps de bielle arqué 11 et un amortisseur 17. Cette figure 4 montre un mode de réalisation dans lequel deux séries de deux bielles de liaison arrière 10 sont montées entre le moteur 1 et le mât réacteur 5, une série de deux bielles 10 étant montée de part et d'autre du mât réacteur 5. Dans ce mode de réalisation, chaque série de bielles comporte deux bielles 10 montées en parallèle pour répondre, comme expliqué précédemment, à concept de sécurité « fail-safe ». On notera, par ailleurs, que les bielles telles qu'elles ont été décrites précédemment peuvent être adaptées aux bielles de liaison avant 20. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le corps de bielle ainsi que les chapes sont fabriqués dans un matériau qui est suffisamment rigide pour assurer la transmission des efforts d'un élément de structure à l'autre et qui est 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, du Titane 17 (Ti 17) et/ou de l'Inconel 718®. Les paliers des chapes sont réalisés dans un matériau permettant un coefficient de frottement réduit à haute température. Ce matériau peut être du métal, par exemple du STELLITE 6B®, du STELLITE 6K® ou de l'Inconel 718®. Les axes Al, A5 des chapes peuvent être réalisés en Inconel 718®. Avec de tels matériaux, la bielle filtrante de l'invention peut être réalisée par usinage et/ou soudage conventionnels.