Brevet FR3021378A1 — publié le 20151127

L'invention concerne un frein à disques pour roue de véhicule, notamment un aéronef. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les freins de roue d'aéronef d'une certaine 5 taille comportent en général une pile de disques comportant, en alternance, des stators qui ne tournent pas avec la roue et des rotors qui tournent avec la roue. Les disques sont disposés entre un appui arrière et un ou des actionneurs qui pressent sélectivement les disques 10 les uns contre les autres pour générer un couple résistant qui provoquent une décélération de la roue, et contribuent ainsi à freiner l'aéronef. La pile de disques est en général dimensionnée pour assurer un freinage de l'aéronef lors d'une 15 situation de décollage à plein charge interrompu. Cet évènement, très exceptionnel dans la vie de l'aéronef, conduit à multiplier le nombre de disques pour disposer d'interfaces frottantes en nombre suffisant, et à prévoir une épaisseur de la pile de disques importante. Le puits 20 de chaleur constitué par les disques est alors surdimensionné pour les freinages courants. En outre, la multiplication du nombre de disques nuit à la durée de vie des disques, l'usure étant d'autant plus importante que le nombre de faces frottantes est grand. 25 OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un frein à disques pour roue d'aéronef capable d'assurer tout type de freinage, y compris lors d'une situation de décollage interrompu à pleine charge, sans comporter de disques surdimensionnés. 30 PRESENTATION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un frein à disques pour roue d'aéronef, comportant : - des disques de friction, dont des disques rotor et des disques stator ; 35 - une structure comportant un tube de torsion sur lequel les disques sont enfilés, une plaque arrière située à une extrémité du tube, et un support d'actionneurs de freinage à une autre extrémité du tube, les actionneurs étant sélectivement activables pour appliquer un effort de presse sur les disques. Selon l'invention, les disques sont séparés en deux groupes, dont un premier groupe qui est utilisé seul pour des freinages en dessous d'un seuil de couple de freinage donné, et un deuxième groupe qui est utilisé, seul ou conjointement avec le premier groupe, pour des freinages au-delà dudit seuil. Ainsi, les disques du premier groupe ne subissent que les freinages courants et n'ont donc pas besoin d'être surdimensionnés. Les disques du deuxième groupe peuvent être nombreux pour multiplier les interfaces, mais plus fins, puisqu'ils ne sont utilisés que pour les freinages de forte intensité, qui sont rares et n'engendrent que peu d'usure. Seuls les disques du premier groupe sont régulièrement changés au fur et à mesure de leur usure, les disques du deuxième groupe pouvant durer plus longtemps, voire durer tout la vie de l'aéronef, s'ils ne sont utilisés que pour des freinages exceptionnels. En outre, la diminution du nombre de surfaces frottantes des disques du premier groupe allonge considérablement sa durée de vie. Le tout permet de concevoir un frein dont le coût d'usage est bien inférieur à celui d'un frein classique. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de divers modes particuliers de réalisation de l'invention, en référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquelles : La figure 1 est une coupe schématique d'une portion de frein de roue d'aéronef selon l'invention, illustrant un frein à deux puits de chaleur dans une disposition dite « parallèle » ; Les figures 2A et 2B sont des figures analogues à la figure 1, montrant une variante de réalisation d'un frein à disposition en parallèle ; La figure 3 est une coupe schématique d'une portion de frein de roue selon l'invention, illustrant un frein à deux puits de chaleur dans une disposition dite « série » ; - La figure 4 est une figure analogue à la figure 3, montrant une variante de réalisation d'un frein à disposition en série ; - La figure 5 est une figure analogue à la figure 3, montrant une autre variante de réalisation d'un frein à disposition en série. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES PARTICULIERS DE REALISATION DE L'INVENTION Sur la figure 1, on reconnaît un essieu 1 d'atterrisseur portant une roue 2 au moyen de roulements 3. La roue 2 comporte une jante 4 destinée à recevoir un pneumatique. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la roue 2 est équipée d'un frein 10 comprenant : Une structure qui comporte un tube de torsion 11 équipé à son extrémité d'une plaque arrière 12 et à son autre extrémité d'un support 13 recevant un premier groupe d'actionneurs de freinage 14 et un deuxième groupe d'actionneurs 15, disposés plus loin de l'axe de rotation de la roue (seuls les actionneurs de chaque groupe dans le plan de coupe sont ici visibles, mais ils sont répartis sur toute la circonférence du support). La structure, qui est centrée sur l'essieu, est soit fixée à l'essieu, soit empêchée de tourner relativement à celui-ci lors d'un freinage au moyen d'une barre de reprise de couple, comme cela est bien connu; Un premier groupe de disques 20, appelé premier puits de chaleur, qui s'étend entre le tube de torsion et la jante, comportant des disques rotor 20a astreints à tourner avec la roue 2 et des disques stator 20b empêchés de tourner relativement au tube de torsion 11 ; Un deuxième groupe de disques 30, appelé deuxième puits de chaleur, qui s'étend également entre le tube de torsion et la jante, mais de l'autre côté du tube de torsion 11, comportant des disques rotor 30a astreints à tourner avec la roue 2 et des disques stator 30b empêchés de tourner relativement au tube de torsion 11. Les deux puits de chaleur 20 et 30 sont donc disposés concentriquement, de part et d'autre du tube de torsion. Les actionneurs du premier groupe 14 sont agencés pour exercer sélectivement un effort de presse sur le premier puits de chaleur 20, tandis que les actionneurs du deuxième groupe 15 sont agencés pour exercer sélectivement un effort sur le deuxième puits de chaleur. Le premier puits de chaleur 20 et le premier groupe d'actionneurs 14 sont utilisés pour assurer les freinages d'intensité courante, comme les freinages de taxiage, et les freinages d'atterrissage, donc inférieurs à un seuil de couple de freinage donné. A cet égard, on remarquera que les disques sont épais et donc en nombre peu nombreux. On sait que les freinages de taxiage, même s'ils ne requièrent pas un effort de freinage important, provoquent une montée en température des disques, et sont responsables d'une grande partie de l'usure d'un frein classique. L'utilisation de disques épais en nombre réduit, pour une longueur de puits de chaleur donnée, permet d'augmenter en proportion de la diminution du nombre de faces frottantes la durée de vie de ce puits de chaleur. Le deuxième puits de chaleur 30, qui est disposé à l'extérieur du premier puits de chaleur 20, et le deuxième groupe d'actionneurs 15 sont utilisés pour assurer les freinages de détresse du type de ceux qui peuvent survenir lors d'un décollage à pleine masse interrompu, qui requièrent donc un couple de freinage bien plus important, mais avec moins de relâchements de couple que des freinages de taxiage. Ils usent donc moins les disques. Le deuxième puits de chaleur 30 comporte ainsi des disques en nombre plus important pour augmenter le nombre d'interface de freinage, et donc le couple de freinage, mais d'épaisseur plus faible, puisqu'ils s'usent beaucoup moins. On remarquera que le deuxième puits de chaleur 30 est placé à l'extérieur du premier puits de chaleur, de sorte que le couple de freinage se trouve augmenté, pour un même effort de presse, en raison de la distance plus importante entre l'axe de la roue et le point d'application de l'effort des actionneurs sur le puits de chaleur. Cette répartition des freinages permet l'utilisation de deux puits de chaleur adaptés chacun à une utilisation spécifique. L'ensemble, bien que plus complexe, requiert bien moins de maintenance et présente une durée de vie avant rechange bien plus élevée que dans les freins classiques. Selon un aspect particulier de l'invention, les disques des deux puits de chaleur sont réalisés dans des matériaux différents : un matériau de friction qui use peu et génère un frottement normal pour le premier puits de chaleur 20, et un matériau qui peut user de façon plus importante, mais qui génère un frottement plus important, pour le deuxième puits de chaleur 30. Pour les freinages de forte intensité dépassant ledit seuil de couple, comme dans des situations de décollage interrompu dans lesquels un couple de freinage très important est requis, on pourra dimensionner le deuxième puits de chaleur 30 pour qu'il puisse à lui seul assurer ce type de freinage. Alternativement, on pourra utiliser simultanément les deux puits de chaleur 20,30, en activant simultanément les deux groupes d'actionneurs 14,15. Le couple de freinage résultant est la somme des couples de freinage générés par les deux puits de chaleur. Les deux puits de chaleurs sont alors utilisés en parallèle. Selon une variante illustrée aux figures 2A et 2B, le frein de l'invention est toujours agencé selon une disposition parallèle, mais il ne dispose plus que d'un seul groupe d'actionneurs 16. Chaque actionneur 16 est associé à un organe de répartition d'effort 40 qui, tant que l'effort de freinage développé par l'actionneur ne dépasse par un seuil déterminé, applique l'effort de l'actionneur sur le premier puits de chaleur 20, et quand l'effort demandé dépasse ledit seuil, applique l'effort de l'actionneur sur les deux puits de chaleur 20,30. Le seuil d'effort est avantageusement choisi pour que le premier puits de chaleur 20 assure les freinages en dessous dudit seuil de couple de freinage, tandis que les autres freinages sont assurés par l'utilisation des deux puits de chaleur. L'organe de répartition comporte une bascule 41 qui est articulée sur la tige 17 de l'actionneur 16 et qui actionne deux poussoirs 42,43. Le poussoir 43 est en regard du premier puits de chaleur 20, tandis que le poussoir 42 est en regard du deuxième puits de chaleur 30. La bascule 41 est reliée à la tige 17 de l'actionneur par un mécanisme dynamométrique 44 qui maintient la bascule 41 d'équerre comme sur la figure 2A, de sorte que seul le poussoir 43 peut appuyer sur le puits de chaleur 20 en regard, tant que l'effort appliqué par l'actionneur 16 ne dépasse par un seuil d'effort S. Lorsque le seuil est dépassé, le mécanisme dynamométrique 44 cède, la bascule 41 est alors libre de tourner comme illustré à la figure 2B, et les deux poussoirs 42,43 viennent en appui sur leurs puits de chaleur respectifs. Les deux puits de chaleur sont alors sollicités simultanément. Au relâchement de l'effort, le mécanisme dynamométrique se réarme pour de nouveau maintenir la bascule d'équerre. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention illustré aux figures 3 à 5, sur laquelle la référence des éléments similaires a été augmentée d'une centaine, Les deux puits de chaleur 120 et 130 sont maintenant non plus disposés en parallèle, mais en série, l'un derrière l'autre autour du tube de torsion 111, le premier puits de chaleur 120 étant directement en regard des actionneurs 114. On remarquera qu'il n'y a plus qu'un seul groupe d'actionneurs 114. Sur chacun des modes de réalisation illustrés, un organe de répartition permet de ne solliciter que le premier puits de chaleur jusqu'à un seuil d'effort des actionneurs déterminé, correspondant à un seuil de couple de freinage. Lorsque ce seuil est dépassé, l'organe de répartition permet la sollicitation du deuxième puits de chaleur pour lui permettre de contribuer à la génération du couple de freinage. Dans le premier mode de réalisation en série illustré à la figure 3, Les deux puits de chaleur sont disposés directement l'une derrière l'autre. L'organe de répartition comporte une palette d'appui 145 qui est repoussée par des ressorts 146 vers une butée 147 interposée entre la plaque arrière 112 et le deuxième puits de chaleur 130. La palette 145 ne peut être repoussée que lorsque l'effort exercé par les actionneurs 114 dépasse le seuil, déterminé par la raideur des ressorts 146. On remarque que les barrettes 148 de la jante 104 qui servent à entraîner en rotation les disques rotor des deux puits de chaleur 120,130 sont discontinues. Elles présentent une interruption au niveau du deuxième puits de chaleur 130. Ainsi, dans les situations habituelles de freinage, seul le premier puits de chaleur 120 peut générer un couple de freinage. Le deuxième puits de chaleur 130 reçoit bien l'effort de presse de l'actionneur, mais comme ses disques rotors ne sont pas entraînés en rotation par les barrettes 148, le deuxième puits de chaleur 130 ne génère aucun couple de freinage, et ne s'use donc pas. Si l'actionneur exerce un effort supérieur au seuil, les deux puits de chaleur reculent en repoussant la palette 145 de sorte que les disques rotors du deuxième puits de chaleur 130 s'engagent sur les barrettes 148, et sont dès lors entraînés en rotation avec la jante 104. Le deuxième puits de chaleur 130 génère alors un couple de freinage, qui s'ajoute à celui généré par le premier puits de chaleur 120. Dans le deuxième mode de réalisation en série illustré à la figure 4, l'organe de répartition comporte un fourreau 150 monté coulissant sans rotation sur le tube de torsion 111 et qui reçoit le premier puits de chaleur 120. Le fourreau 150 est repoussé par des ressorts 151 vers une butée 152. Le fourreau 150 porte une palette d'appui 153 sur lequel le premier puits de chaleur vient reposer. A l'état de repos, un jeu est ménagé entre la palette d'appui 153 et le deuxième puits de chaleur 130. Le fourreau 150 ne peut être repoussé que lorsque l'effort exercé par l'actionneur 114 dépasse un seuil donné, déterminé par la raideur des ressorts 151. Tant que l'effort exercé par l'actionneur 114 ne dépasse pas le seuil, le fourreau 150 ne bouge pas, et seul le premier puits de chaleur 120 est sollicité pour générer un couple de freinage. Lorsque l'effort exercé par l'actionneur 114 dépasse le seuil, le fourreau 150 se déplace et vient appuyer contre le deuxième puits de chaleur, qui, ainsi mis sous presse, génère également un couple de freinage. Dans le troisième mode de réalisation en série illustré à la figure 5, les deux puits de chaleur 120 et 130 sont engagés sur le tube de torsion 111. L'organe de répartition comporte une palette 160 flexible qui est interposée entre les deux puits de chaleur 120,130. La palette comporte un pied 161 ancré sur le tube de torsion de façon frangible. A l'état de repos, un jeu est ménagé entre la palette d'appui 160 et le deuxième puits de chaleur 130. Tant que l'effort exercé par l'actionneur 114 est inférieur à un seuil donné, seul le premier puits de chaleur 120 est sollicité et génère un couple de freinage. Lorsque l'effort exercé dépasse le seuil, l'ancrage du pied 161 cède et la palette 160 est libérée et vient au contact du deuxième puits de chaleur, qui est dès lors sollicité et génère un couple de freinage. En variante, on peut prévoir un ancrage non frangible, la palette 160 étant prévue flexible de sorte à venir au contact du deuxième puits de chaleur si l'effort exercé par les actionneurs dépasse le seuil, de façon que le deuxième puits de chaleur contribue à génération du couple de freinage pour des freinages au- delà dudit seuil. Dans les trois modes de réalisation en série, l'organe de répartition permet de ne faire générer un couple de freinage que par le premier puits de chaleur, jusqu'à un seuil d'effort exercé par les actionneurs. Au- delà de ce seuil, le deuxième puits de chaleur est sollicité pour générer un couple de freinage complémentaire, permettant ainsi la génération d'un couple de freinage total plus important. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait indiqué que le deuxième puits de chaleur était utilisé pour les freinages d'atterrissage et les freinages intenses (décollage interrompu à pleine charge), on pourra choisir de ne solliciter le deuxième puits de chaleur que pour ces freinages intenses, en utilisant le premier puits de chaleur pour les freinages de taxiage et les freinages d'atterrissage. REVENDICATIONS1. Frein à disques pour roue d'aéronef, comportant : des disques de friction (20,30;120,130), dont des disques rotor et des disques stator ; une structure comportant un tube de torsion (11;111) sur lequel les disques sont enfilés, une plaque arrière (12;112) située à une extrémité du tube, et un support (13;113) d'actionneurs de freinage (14,15,16;114) à une autre extrémité du tube, les actionneurs étant sélectivement activables pour appliquer un effort de presse sur les disques ; caractérisé en ce que les disques sont séparés en deux groupes, dont un premier groupe (20,120) qui est utilisé seul pour des freinages en dessous d'un seuil de couple de freinage donné, et un deuxième groupe (30,130) qui est utilisé, seul ou conjointement avec le premier groupe, pour des freinages au-delà dudit seuil. 2. Frein selon la revendication 1, dans lequel les deux groupes de disques (20,30) s'étendent de part et d'autre du tube de torsion (11). 3. Frein selon la revendication 2, dans lequel le support (13) porte deux groupes d'actionneurs (14,15) chacun des groupes d'actionneurs agissant sur l'un des groupes de disques. 4. Frein selon la revendication 2, dans lequel le support (13) porte des actionneurs associés à un organe de répartition qui, tant que l'effort de freinage développé par l'actionneur ne dépasse par un seuil déterminé, applique l'effort de l'actionneur sur le --Framier groupe de disques (20), et quand l'effort demandé dépasse ledit seuil, applique l'effort de l'actionneur sur les deux groupes de disques. 5. Frein selon la revendication 1, dans lequelles deux groupes de disques (120,130) sont disposés l'un derrière l'autre autour du tube de torsion (111). 6. Frein selon la revendication 5, équipé d'un organe de répartition qui, jusqu'à un seuil d'effort déterminé exercé par les actionneurs (114), fait générer un couple de freinage par le premier groupe de disques, et au-delà du dit seuil, fait générer un couple de freinage par les deux groupes de disques. 7. Frein selon la revendication 6, dans lequel l'organe de répartition comporte une palette d'appui (145) disposée derrière le deuxième groupe de disques et repoussée vers une butée (147) par des ressorts (146) qui définissent un seuil d'effort, et dans lequel la jante est équipée de barrettes (148) d'entraînement en rotation des disques rotors qui présentent une discontinuité au niveau du deuxième groupe de disques de sorte que quand les actionneurs exercent un effort pressant les deux groupes de disques en dessous dudit seuil, seuls les disques rotors du premier groupe de disques sont entraînés en rotation, tandis que lorsque l'effort des actionneurs dépasse ledit seuil, l'ensemble des deux groupes de disques recule de sorte que les disques rotor du deuxième groupe sont entraînés en rotation par engagement sur les barrettes. 8. Frein selon la revendication 6, dans lequel l'organe de répartition comporte un fourreau (150) monté coulissant sans rotation sur le tube de torsion (111) et qui porte le premier groupé, de disques (120), le fourreau (150) étant repoussé par des ressorts (151) vers une butée (152) et portant une palette d'appui (153) sur lequel le premier groupe de disques vient reposer, de sorte que tant que l'effort exercé par les actionneurs (114) ne dépasse pas un seuil déterminé par les ressorts, le fourreau ne bouge pas et seul le premier groupe de disques est sollicité pour générer un couple de freinage,et lorsque l'effort exercé par les actionneurs dépasse ledit seuil, le fourreau se déplace et vient appuyer contre le deuxième groupe de disques, qui, ainsi sollicité, génère également un couple de freinage. 9. Frein selon la revendication 6, dans lequel L'organe de répartition comporte une palette d'appui (160) qui est interposée entre les groupe de disques (120,130) en étant ancrée de manière frangible sur le tube de torsion, de sorte que l'effort exercé par les actionneurs (114) est inférieur à un seuil, la palette d'appui (160) ne vient pas toucher le deuxième groupe de disques (130) et seul le premier groupe de disques (120) est sollicité et génère un couple de freinage, tandis que lorsque l'effort exercé dépasse le seuil, l'ancrage cède et la palette d'appui (160) est libérée pour venir au contact du deuxième groupe de disques, qui est dès lors sollicité et génère également un couple de freinage. 10. Frein selon la revendication 6, dans lequel L'organe de répartition comporte une palette d'appui (160) flexible qui est interposée entre les groupe de disques (120,130) en étant ancré sur le tube de torsion, de sorte que l'effort exercé par les actionneurs (114) est inférieur à un seuil, la palette d'appui (160) fléchit sous l'effort mais ne vient pas toucher le deuxième groupe de disques (130) et seul le premier groupe de disques (120) est sollicité et génère un couple de freinage, tandis que lorsque l'effort exercé dépasse le seuil, la palette d'appui (160) fléchit suffisamment pour venir au contact du deuxième groupe de disques, qui est dès lors sollicité et génère également un couple de freinage.