Brevet FR3065439A1 — publié le 20181026

L'invention concerne un procédé d'atténuation des vibrations des roues freinées d'aéronef survenant lors d'un freinage. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On sait que des vibrations sont susceptibles d'intervenir lors de freinages d'un aéronef dans les roues équipées de freins. Ces vibrations résultent de phénomènes dynamiques complexes et ont reçu plusieurs traitements. On a par exemple proposé d'équiper le circuit hydraulique alimentant les freins de restricteurs pour éviter des à-coups hydrauliques susceptibles de donner naissance à des vibrations. On a également proposé d'équiper le pied du tube de torsion d'une bague antivibrations (anti-whirl) diminuant l'intensité des vibrations. Ces solutions ne sont pas sans inconvénients. Les restricteurs limitent de fait les débits disponibles pour la commande des freins et en limitent donc la dynamique. Par ailleurs l'utilisation d'une bague anti-vibration oblige à équiper le tube de torsion d'un pied, ce qui complexifie le tube et l'alourdit. OBJET DE L'INVENTION L'invention vise a proposer un procédé d'atténuation des vibrations des roues freinées d'aéronef lors de freinages, ne présentant pas les inconvénients précités. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé d'atténuation de vibrations d'un ensemble roue/frein d'aéronef survenant lors d'un freinage, le frein comportant des disques rotors entraînés en rotation 3065439 2 avec la roue au moyen de barrettes solidaires de la roue et engagées dans des encoches des disques rotors, et des disques stators maintenus immobiles en rotation au moyen de tenons solidaires d'un tube de torsion du frein et 5 engagés dans des encoches des disques stators, les flancs des encoches étant protégés par des cavaliers. Selon l'invention, le procédé d'atténuation comporte la sélection de couples cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de 10 frottement inférieur ou égal à 0,6. Les inventeurs ont réalisé des simulations de freinage poussées intégrant le coefficient de frottement des interfaces entre les disques et les tenons ou barrettes. Ces simulations ont permis de découvrir une 15 influence très sensible de ce coefficient de frottement sur le niveau de vibrations générées lors des freinages. En particulier, il apparaît que les amplitudes vibratoires (caractérisées par les accélérations développées et mesurées en g) sont globalement 20 proportionnelles au coefficient de frottement entre les disques et les tenons ou barrettes. Les inventeurs ont ainsi découvert qu'un choix d'interfaces présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,6 permet d'atténuer ce niveau de vibrations. 25 De tels coefficients de frottement peuvent être obtenus en choisissant de façon adéquate la matière des cavaliers qui équipent les disques et qui viennent en contact avec les tenons et barrettes, la matière des tenons et barrettes, ou en équipant ces derniers d'un 30 revêtement propre à obtenir de tels coefficients de frottement. 3065439 3 De préférence, on sélectionne des couples cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,5. De préférence, on sélectionne des couples 5 cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,4. De préférence, on sélectionne des couples cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,2. Ce 10 seuil a permis, sur les simulations précitées, de limiter les amplitudes de vibration à moins de 20g. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des 15 dessins annexés, parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective d'un tube de torsion d'un frein équipé de tenons et sur lequel des disques de freins sont enfilés. Seuls les disques stators sont représentés ; 20 la figure 2 est une vue en perspective des disques rotor du frein de la figure 1 recevant dans leurs encoches des barrettes de la roue à freiner ; La figure 3 est une vue en perspective d'un cavalier équipant une encoche d'un disque rotor ; 25 la figure 4 est un graphe montrant les vibrations générées par un freinage, avec respectivement un coefficient de frottement de 0,6 et un coefficient de frottement de 0,2 la figure 5 est un graphe montrant la relation 30 entre le coefficient de frottement et le niveau maximal de vibrations. 3065439 4 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION De façon connue en soi, et comme cela est illustré aux figures 1 et 2, un frein typique d'aéronef moderne, par exemple un frein d'avion de ligne du type de 5 ceux produits par les sociétés AIRBUS ou BOEING, comporte un tube de torsion 1 sur lequel des disques en carbone sont enfilés. Parmi ces disques, on compte des disques stators 2a qui comportent des encoches 3a dans lesquelles sont engagés des tenons 4 solidaires du tube de torsion, 10 de sorte que les disques stators 2a sont immobilisés en rotation. Ici les tenons 4 sont venus de matière avec le tube de torsion 1, mais ils pourraient être rapportés sur le tube de torsion. En alternance avec les disques stators 2a, on trouve des disques rotors 2b qui 15 comportent des encoches 3b dans lesquelles sont engagées des barrettes 5 solidaires de la jante 6 d'une roue (visible à la figure 3) qui s'étend autour des freins, de sorte que les disques rotors tournent avec la roue. Ici, les barrettes 5 sont rapportées sur la jante de la roue, 20 mais elles pourraient être venues de matière avec la jante. Le frein comporte des actionneurs de freinage hydrauliques ou électromécaniques (non représentés ici), qui pressent sélectivement les disques entre eux pour générer un effort de frottement entre les disques et 25 ainsi freiner la roue. Comme cela est illustré à la figure 3, les flancs des encoches sont généralement protégés par des cavaliers 7 qui définissent l'interface entre les disques et les tenons ou barrettes. Sur la figure 4 a été représentée l'amplitude des 30 vibrations sous la forme du niveau d'accélération (mesuré en g) induit par les vibrations intervenant lors d'un 3065439 5 freinage, en retenant respectivement un coefficient de frottement de 0,6 et un coefficient de frottement de 0,2 pour l'interface entre les disques et les tenons ou barrettes. Après une phase initiale de naissance et de 5 développement, les vibrations se stabilisent en quelques dixièmes de secondes à un niveau d'amplitude maximale, qui reste relativement constant. Les inventeurs ont remarqué que l'influence du coefficient de frottement est déterminante. On constate que le niveau de vibration 10 baisse quand le coefficient de frottement baisse. Dans la simulation illustrée, le coefficient de frottement de 0,6 conduit à une amplitude de vibration de ± 60g, tandis que le coefficient de frottement de 0,2 aboutit à une amplitude de vibration de ± 20g. 15 Cette découverte a incité les inventeurs explorer l'influence de ce paramètre. La figure 5 montre le résultat obtenu en faisant varier ce paramètre, a savoir que l'amplitude maximale des vibrations est sensiblement proportionnelle au coefficient de frottement 20 retenu. Ainsi, le choix d'interfaces présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,6 permet de limiter efficacement l'amplitude maximale des vibrations. Un tel coefficient de frottement peut être 25 obtenu de différentes manières, comme par exemple : en choisissant un couple de matériau pour l'interface cavalier/tenon ou cavalier/barrette à faible coefficient de frottement ; en appliquant sur le cavalier un revêtement de 30 surface présentant avec les barrettes ou tenons un faible coefficient de frottement ; 3065439 6 en appliquant sur les barrettes ou les tenons d'un revêtement de surface présentant avec les cavaliers un faible coefficient de frottement ; en recouvrant les barrettes ou les tenons d'une 5 tôle de protection présentant avec les cavaliers un faible coefficient de frottement... L'obtention de tels coefficients de frottement a pu être vérifiée par diverses expérimentations détaillées ci-dessous, aboutissant à des coefficients de frottement 10 mesurés inférieurs à 0,6, allant jusqu'à 0,2 ou moins. Ces expérimentations concernent des combinaisons barrettes/cavaliers, mais peuvent bien entendu s'appliquer à des combinaisons tenons/cavaliers : Premier exemple: 15 - cavaliers en acier 15CrMoV6 ; - barrettes en acier X5CrNiMo16-5 avec un revêtement en carbure de tungstène enrichi de cobalt (WC/Co/Cr) sans rectification, rugosité Ra=3,2 microns. 20 Une identification au tribomètre donne un coefficient de frottement de sensiblement 0,5. Deuxième exemple: - cavaliers en acier 17-22AS ; - barrettes en acier X5CrNiMo16-5 avec un 25 revêtement en carbure de tungstène enrichi de cobalt (WC/Co/Cr) rectifié avec une rugosité Ra=1,6 microns. Une identification au tribomètre donne un coefficient de frottement entre 0,2 et 0,4. Troisième exemple: 30 - cavaliers en acier 15CrMoV6, avec dépôt en surface de particules de carbone; 3065439 7 - barrettes en acier X5CrNiMo16-5 avec un revêtement en carbure de tungstène enrichi de cobalt (WC/Co/Cr) sans rectification, rugosité Ra=3,2 microns, avec dépôt en surface de particules de 5 carbone. Une identification au tribomètre donne un coefficient de frottement de sensiblement 0,2. Il est ainsi techniquement possible d'obtenir des coefficients de frottement inférieurs à 0,6, et même bien 10 plus bas, de l'ordre de 0,2. Un coefficient de frottement aussi bas a permis de limiter le niveau maximal d'accélération à ± 20g dans les simulations menées par les inventeurs, ce qui répond aux spécifications récentes émises par certains avionneurs 15 L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. REVENDICATIONS1. Procédé d'atténuation de vibrations d'un ensemble roue/frein d'aéronef survenant lors d'un freinage, le frein comportant des disques rotors (2b) entraînés en rotation 5 avec la roue au moyen de barrettes (5) solidaires de la roue et engagées dans des encoches (3b) des disques rotors, et des disques stators (2a) maintenus immobiles en rotation au moyen de tenons (4) solidaires d'un tube de torsion (1) du frein et engagés dans des encoches (3a) des disques 10 stators, les encoches ayant des flancs protégés par des cavaliers (7), caractérisé en ce que l'on sélectionne des couples cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,6 15 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'on sélectionne des couples cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,5. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'on 20 sélectionne des couples cavaliers/tenons et/ou cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'on sélectionne des couples cavaliers/tenons et/ou 25 cavaliers/barrettes présentant un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0,2. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on sélectionne le couple suivant : cavaliers en acier 15CrMoV6 ; 30 - barrettes ou tenons en acier X5CrNiMo16-5 avec un revêtement en carbure de tungstène enrichi de cobalt (WC/Co/Cr) sans rectification, rugosité Ra=3,2 microns ; 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on sélectionne le couple suivant : 35 cavaliers en acier 17-22A5; 3065439 9 - barrettes ou tenons en acier X5CrNiMo16-5 avec un revêtement en carbure de tungstène enrichi de cobalt (WC/Co/Cr) rectifié avec une rugosité Ra=1,6 microns ; 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on 5 sélectionne le couple suivant : cavaliers en acier 15CrMoV6, avec dépôt en surface de particules de carbone ; - barrettes ou tenons en acier X5CrNiMo16-5 avec un revêtement en carbure de tungstène enrichi de cobalt 10 (WC/Co/Cr) sans rectification, rugosité Ra=3,2 microns avec dépôt en surface de particules de carbone.