Brevet FR3035966A1 — publié le 20161111

PROCEDE DE MESURE DE PRESSIONS PARIETALES POUR L'ETUDE AERODYNAMIQUE D'UNE PIECE MECANIQUE EN SOUFFLERIE. [0001] La présente invention concerne un procédé de mesure de pressions pariétales pour l'étude aérodynamique d'une pièce mécanique en soufflerie, en particulier mais non exclusivement pour l'étude aérodynamique en soufflerie d'un étrier de frein de système de freinage d'un véhicule automobile, d'un avion, d'un deux roues, etc. [0002] L'étrier de frein d'un véhicule automobile, par exemple, est la partie du système de freinage qui englobe une partie du disque de freinage et qui supporte les plaquettes de frein. En forme de chape, l'étrier recouvre un secteur du disque de frein. [0003] De façon classique, la validation aérothermique du système de freinage d'un véhicule automobile passe par une phase dite « de validation thermique et de tenue mécanique » par des essais d'endurance sur piste, sur route ou sur banc d'essais. Cette phase permet de valider l'ensemble des surfaces « léchées » par les filets d'air situés en amont de l'étrier de frein. [0004] Parmi les moyens de mesure de pressions et/ou de vitesses utilisés directement pour comprendre les mécanismes aérodynamiques, on trouve les sondes physiques fixes ou sur explorateur ou différents moyens de mesure optiques sans contact de type à laser. [0005] Les étriers de frein sont logés dans des zones exiguës de la roue ou du passage de roue, difficiles d'accès à l'aide de moyens conventionnels, où l'écoulement d'air présente des topologies complexes. De ce fait, les moyens de mesure de pressions et/ou de vitesses évoqués ci-dessus sont relativement « intrusifs » et perturbent l'écoulement d'air autour de l'élément d'étrier à étudier. [0006] Des procédés d'étude aérodynamique ou aérothermique d'organes du système de freinage d'un véhicule automobile sont connus de l'art antérieur. [0007] A titre d'exemple, le document EP 0 421 066 B1 décrit un procédé pour déterminer approximativement la température moyenne d'une pièce, par exemple d'un tambour de frein, d'un système de freinage actionné par pression et contenant un mécanisme de rattrapage d'usure. Ce procédé comprend les étapes suivantes : 3035966 2 [0008] - on détermine, alors que le système de freinage est sans pression, la caractéristique en fonction de la température d'une grandeur « h» représentant une déformation caractéristique de la pièce, appelée ci-après caractéristique de déformation h = f(T), 5 [0009] - on détermine la caractéristique en fonction de la température du module d'élasticité E = f(T) du matériau de la pièce, [0010] - au début d'un actionnement du frein, à l'instant to, on mesure la grandeur ho caractérisant la déformation initiale existante de la pièce, [0011] - à partir de la caractéristique de la déformation en fonction de la température h = 10 foi, on détermine la température initiale To de la pièce coordonnée à la grandeur ho caractérisant la déformation initiale, [0012] - à partir de la caractéristique du module d'élasticité en fonction de la température E = foi, on détermine le module d'élasticité initial E0 coordonné à la température initiale To, 15 [0013] - à un instant préfixé t1 après le début de l'actionnement du frein, on mesure la pression de freinage pl et la grandeur h1 caractérisant la déformation existante, [0014] - à partir de la grandeur 1-11 mesurée à l'instant ti, on calcule approximativement selon la relation hie' = 1/E0 x C x (Pi- P2) sa fraction hie, basée sur la déformation élastique et, 20 [0015] - selon la relation hith = hl - hie' - ho sa fraction hith basée sur la déformation thermique, avec po en tant que pression d'entrée en action du système de freinage et à l'aide de la fraction approchée hith basée sur la déformation thermique, on extrait de la caractéristique de déformation en fonction de la température h = foi, la température Ti coordonnée en tant que température moyenne approchée de la pièce à l'instant tl. 25 [0016] Le but de la présente invention est de fournir un procédé de mesure de pressions pariétales pour l'étude aérodynamique d'une pièce mécanique en soufflerie, en particulier mais non exclusivement d'un étrier de frein, qui permette un gain de temps lors de la mise en place de l'étude aérodynamique en soufflerie, notamment en évitant la mise en place, le réglage et le calibrage d'une ou plusieurs installations externes liées à la chaîne de mesure de la soufflerie. 3035966 3 [0017] C'est également un but de la présente invention de fournir un tel procédé de mesure de pressions, qui soit de conception et de mise en oeuvre relativement simples. [0018] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un procédé de mesure de pressions pariétales pour l'étude aérodynamique d'une pièce mécanique en 5 soufflerie, caractérisé par les étapes suivantes, prises en combinaison : [0019] - on réalise un modèle dit « modèle de simulation », représentatif de la géométrie externe de la pièce mécanique étudiée, [0020] - sur ce modèle de simulation, on détermine une pluralité de points de mesure de pression dans au moins une zone correspondant à une zone de la pièce mécanique 10 étudiée, [0021] - à partir de chaque point de mesure de pression déterminé, on réalise, sur le modèle de simulation, un conduit de petite section qui débouche dans au moins une zone prédéterminée, unique, du modèle de simulation, dite « zone de connexion », représentative d'une zone de la pièce mécanique non sensible sur le plan aérothermique 15 ou non « léchée » par les filets d'air, [0022] - à chaque section de sortie d'un conduit de petite section dans ladite zone de connexion, on raccorde un tuyau souple permettant d'acheminer les signaux de la mesure de pression jusqu'à un dispositif de type capteur, qui est placé hors de l'écoulement et qui transforme la grandeur pression en une grandeur utilisable pour l'analyse de l'écoulement 20 sur le modèle de simulation et, par conséquent, pour l'étude aérodynamique de la pièce mécanique étudiée. [0023] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, on réalise le modèle de simulation représentatif de la géométrie externe de la pièce mécanique étudiée par un procédé de fabrication additive, les conduits de petite section étant alors obtenus lors de la 25 mise en oeuvre de ce procédé. [0024] Selon ce mode préféré de réalisation de l'invention également, le modèle de simulation est conçu et testé virtuellement par une technique de modélisation géométrique sur calculateur électronique. 3035966 4 [0025] Le modèle de simulation peut être issu de la pièce mécanique étudiée, et dans ce cas les conduits de petite section sont réalisés par un procédé de perçage dans son volume intérieur. [0026] En variante également, le modèle de simulation peut être réalisé en plusieurs 5 parties, l'assemblage de ces différentes parties garantissant l'étanchéité à l'air des conduits de petite section. [0027] Le dispositif de type capteur, qui est placé hors de l'écoulement, peut avantageusement être un capteur multivoies. [0028] A titre d'exemple non limitatif de l'objet et de la portée de la présente invention, la 10 pièce mécanique étudiée peut être un étrier de frein de véhicule automobile. Dans ce cas, le modèle de simulation est une pièce représentative, par ses formes externes, d'un étrier de frein de véhicule automobile et la zone de connexion des conduits de petite section sur le modèle de simulation est, de préférence, située sur la zone représentative du pont supérieur de l'étrier de frein. 15 [0029] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : [0030] - la figure 1 est une vue en perspective, schématique, d'un modèle de simulation, qui est représentatif de la géométrie externe d'un étrier de frein de véhicule automobile et 20 sur lequel sont représentés des points de mesure de pression et la zone de connexion des conduits internes ou galeries provenant de ces points de mesure de pression, [0031] - la figure 2 est une vue schématique, en perspective et en transparence, du modèle de simulation de la figure 1, de façon à faire apparaître, par le moyen de cette transparence, les conduits internes ou galeries qui transmettent les mesures de pression. 25 [0032] En référence au dessin de la figure 1, on a représenté, de façon très schématique, un modèle de simulation, de référence générale 10, représentatif de la géométrie externe d'un étrier de frein de véhicule automobile. [0033] Ce modèle de simulation, en matière plastique par exemple, est conçu en CAO (acronyme de « Conception Assistée par Ordinateur »), laquelle comprend, de manière 30 classique, l'ensemble des logiciels et des techniques de modélisation géométrique 3035966 5 permettant, non seulement de concevoir mais aussi de tester virtuellement le modèle réalisé. [0034] Ce modèle de simulation 10 est réalisé, de préférence, par fabrication additive sur la base géométrique externe de l'étrier de frein à étudier. Par « fabrication additive », on 5 entend, de manière classique, un procédé de fabrication d'ajout de matière, par empilement de couches successives par exemple, en opposition aux procédés d'usinage par enlèvement de matière. Les procédés de fabrication additive sont, le plus souvent, assistés par ordinateur. [0035] Selon le principe même de la présente invention, sur le modèle de simulation 10, 10 on met en oeuvre le procédé défini par les étapes suivantes : [0036] - on détermine une pluralité de points de mesure de pression référencés P, (i allant de 1 à n, n étant le nombre total de points de mesure de pression) dans les zones qui correspondent aux zones de l'étrier de frein étudié, [0037] - pour chaque point de mesure de pression P, déterminé, on réalise, sur le 15 modèle de simulation 10, un conduit de petite section qui débouche dans une zone prédéterminée, unique, du modèle de simulation, dite « zone de connexion » désignée par la référence générale 12, représentative d'une zone de l'étrier de frein non sensible sur le plan aérothermique, [0038] - à chaque section de sortie Si (i allant de 1 à n, n étant le nombre total de points 20 de mesure de pression P, et donc le nombre total de conduits de petite section), dans la zone de connexion 12, on raccorde un tuyau souple (non représenté) permettant d'acheminer les signaux de la mesure de pression jusqu'à un dispositif de type capteur (non représenté), qui est placé hors de l'écoulement et qui transforme la grandeur pression en une grandeur utilisable pour l'analyse de l'écoulement sur le modèle de 25 simulation et, par conséquent, pour l'étude aérodynamique de l'étrier de frein. [0039] La zone de connexion 12 des conduits de petite section sur le modèle de simulation 10 peut avantageusement être située sur la zone représentative du pont supérieur de l'étrier de frein. [0040] On notera que les conduits, qui relient, chacun, un point de mesure de pression P, 30 à la zone de connexion 12, sont de petite section de façon à ne pas perturber l'écoulement à la surface. 3035966 6 [0041] Comme représenté sur l'exemple de la figure 1, le modèle de simulation 10 est une pièce réalisée par fabrication additive. Dans ce cas, les conduits de petite section sont intégrés dans le volume intérieur du modèle de simulation 10. Ces conduits internes sont la conséquence de zones déterminées à l'avance en CAO, dans lesquelles il n'y a pas eu 5 de dépose de matière lors de la superposition des couches successives de la fabrication additive, ou bien dans lesquelles il y a eu dépose d'une matière différente soluble ou fusible, ou bien encore dans lesquelles il n'y a pas eu de polymérisation locale de matière. [0042] On notera que le modèle de simulation 10 peut être réalisé en plusieurs parties, l'assemblage de ces différentes parties garantissant l'étanchéité à l'air des conduits de 10 petite section. [0043] En référence au dessin de la figure 2, on a représenté le modèle de simulation de la figure 1 en transparence, de façon à faire apparaître, par le moyen de cette transparence, les conduits internes de petite section, référencés T,, qui relient directement un point de mesure de pression P, à la zone de connexion 12. 15 [0044] L'air en mouvement sur la surface du modèle de simulation 10, en un point donné P,, crée une pression en ce point qui est fonction de la vitesse de cet air en mouvement. La répartition des pressions mesurées sur l'ensemble des points de mesure P, donne une idée de la topologie de l'écoulement à la surface du modèle de simulation 10, par conséquent sur l'étrier de frein simulé par le modèle 10. Cette répartition des pressions 20 mesurées donne également une idée de la topologie de l'écoulement à la surface des structures avoisinantes de la pièce étudiée. Lorsque cette pièce étudiée, simulée par le modèle 10, est, comme dans le cas présent, un étrier de frein de système de freinage de véhicule automobile, le procédé de l'invention, décrit ci-dessus, permet d'étudier et d'identifier des configurations favorables au refroidissement des freins. 25 [0045] Le procédé de mesure de pressions pariétales pour l'étude aérodynamique d'une pièce mécanique en soufflerie, tel que décrit ci-dessus, présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : [0046] - il permet de mesurer des pressions de surface et d'analyser des écoulements de manière totalement « non intrusive », la mesure se faisant dans la masse de la pièce et 30 étant ensuite déportée (à l'aide des tuyaux souples décrits précédemment) vers un ou plusieurs capteurs situés hors de l'écoulement, et les mesures n'étant pas « intrusives », il 3035966 7 n'est pas nécessaire de prendre des précautions particulières dans l'analyse des torseurs aérodynamiques, [0047] - il permet de réaliser un gain de temps lors de la mise en place en soufflerie, parce qu'il n'y a pas d'installation externe à mettre en place, à régler et à calibrer, et 5 [0048] - il est économique, parce qu'il permet, notamment, de réduire le nombre de séances de validations aérothermiques, en cas de non validation initiale des pièces étudiées du système de freinage. REVENDICATIONS: 1. Procédé de mesure de pressions pariétales pour l'étude aérodynamique d'une pièce mécanique en soufflerie, caractérisé par les étapes suivantes, prises en combinaison : on réalise un modèle dit « modèle de simulation » (10), représentatif de la géométrie externe de la pièce mécanique étudiée, sur ce modèle de simulation (10), on détermine une pluralité de points de mesure de pression (P,) dans au moins une zone correspondant à une zone de la pièce mécanique étudiée, à partir de chaque point de mesure de pression (P,) déterminé, on réalise, sur le modèle de simulation (10), un conduit de petite section (T,) qui débouche dans une zone prédéterminée, unique, du modèle de simulation, dite « zone de connexion » (12), représentative d'une zone de la pièce mécanique non sensible sur le plan aérothermique ou non « léchée » par les filets d'air, à chaque section de sortie (S,) d'un conduit de petite section (T,) dans ladite zone de connexion (12), on raccorde un tuyau souple permettant d'acheminer les signaux de la mesure de pression jusqu'à un dispositif de type capteur, qui est placé hors de l'écoulement et qui transforme la grandeur pression en une grandeur utilisable pour l'analyse de l'écoulement sur le modèle de simulation et, par conséquent, pour l'analyse de l'écoulement sur la pièce mécanique étudiée. 2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise le modèle de simulation (10) représentatif de la géométrie externe de la pièce mécanique étudiée par un procédé de fabrication additive. 3. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le modèle de simulation (10) est conçu et testé virtuellement par une technique de modélisation géométrique sur calculateur électronique. 3035966 9 4. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le modèle de simulation (10) est issu de la pièce mécanique étudiée, et dans ce cas les conduits de petite section (T,) sont réalisés par un procédé de perçage dans son volume intérieur. 5 5. Procédé de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que le modèle de simulation (10) est réalisé en plusieurs parties, l'assemblage de ces différentes parties garantissant l'étanchéité à l'air des conduits de petite section (T,). 6. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de type capteur, qui est placé hors de l'écoulement, est un 10 capteur multivoies. 7. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce mécanique étudiée est un étrier de frein de véhicule automobile, et en ce que le modèle de simulation (10) est une pièce représentative, par ses formes externes, d'un tel étrier de frein de véhicule automobile. 15 8. Procédé de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone de connexion (12) des conduits de petite section sur le modèle de simulation (10) est située sur la zone représentative du pont supérieur de l'étrier de frein.