Brevet FR3087513A1 — publié le 20200424

REDUCTEUR COMPACT POUR UN DISPOSITIF DE TAXIAGE D'UN AERONEF DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un réducteur compact pour un dispositif de taxiage d'un aéronef. Le taxiage est un entraînement d'un aéronef au sol, sans allumer ses moteurs principaux utilisés pendant le vol. Des systèmes de propulsion additionnels sont alors utilisés pour entraîner l'axe d'au moins une roue d'un train d'atterrissage. Dans l'invention, on s'intéresse aux actionneurs composés d'un moteur et d'un réducteur, adjacents à la roue entraînée. Le moteur est généralement un moteur électrique alimenté par une batterie (ou tout autre générateur électrique) située dans l'aéronef. Il est typiquement placé entre les roues du train d'atterrissage, et doit donc être compact pour tenir à cet endroit, d'autant plus qu'il faut aussi tenir compte des déformations des pneumatiques montés sur les roues, qui réduiront la distance disponible entre elles. Ce problème est encore plus aigu si on choisit d'entraîner la roue par un engrenage à galets (roller gear). Un tel engrenage, qui peut se passer d'une lubrification à l'huile et être placé hors du boîtier du réducteur, est avantageux parce qu'il permet d'embrayer ou de débrayer l'actionneur en le déplaçant de manière à interrompre ou rétablir l'engrènement. Les engrenages à galets ont malheureusement l'inconvénient de créer des irrégularités ou des oscillations de couple importantes, qui se répercutent dans le réducteur et peuvent endommager ses constituants. On serait alors amené à dimensionner ceux-ci de façon plus généreuse, mais les exigences d'encombrement pourraient ne plus être tenues. Une autre solution serait de filtrer les irrégularités de couple par un amortisseur mécanique situé entre le réducteur et l'engrenage à galets, afin que les constituants de l'actionneur situé en amont de lui et comprenant notamment le moteur et les engrenages du réducteur soient épargnés par ces irrégularités de couple. Mais il est manifeste que l'amortisseur pèse aussi sur les exigences d'encombrement. 2 Le sujet de l'invention est donc un réducteur utilisable pour l'application mentionnée de taxiage d'un aéronef, et qui a la propriété d'être particulièrement compact et de bien satisfaire à des exigences plausibles d'encombrement qu'on pourra rencontrer. Pour résumer, un aspect général de l'invention est un réducteur pour un dispositif de taxiage d'un aéronef, le réducteur comprenant un arbre d'entrée à raccorder à un moteur du dispositif et un arbre de sortie à raccorder à un moyen d'accouplement à une première roue de l'aéronef, un boîtier d'où sortent l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend, dans le boîtier, deux engrenages et 10 un amortisseur d'irrégularités de couple de rotation, un premier des engrenages comprenant un pignon monté sur l'arbre d'entrée et une première roue dentée montée sur un arbre intermédiaire, et un second des engrenages comprenant un pignon monté sur l'arbre intermédiaire et une deuxième roue dentée, liée par l'intermédiaire de l'amortisseur à l'arbre de sortie. 15 Les caractéristiques les plus importantes de ce réducteur sont l'intégration économique d'un amortisseur mécanique, lui-même compact, et le désaxage du moteur par rapport à l'arbre intermédiaire. En évitant de placer le moteur dans le prolongement de cet arbre intermédiaire, il est possible de réduire la largeur du réducteur dans la direction d'écartement des roues, cruciale pour apprécier 20 l'encombrement de l'actionneur, tout en acceptant un encombrement plus important dans une direction perpendiculaire, de hauteur par exemple, qui n'est cependant pas critique pour le placement de l'actionneur. L'encombrement dans cette direction perpendiculaire gagne toutefois aussi à être réduit, ce qu'on peut réaliser, d'après une réalisation importante de 25 l'invention, si ladite deuxième roue dentée est une couronne à denture intérieure, alors que le pignon du premier engrenage et la première roue dentée sont à denture extérieure. Si le boîtier contient des roulements de support de l'arbre d'entrée et que le pignon du premier des engrenages est placé sur l'arbre d'entrée entre lesdits S65545 FR JCI-P 3 roulements et une portion de l'arbre d'entrée adjacente au moteur, la réduction de la dimension de largeur de l'actionneur est bien assurée. Pour accroître encore la compacité, il est avantageux que ladite deuxième roue dentée (du second engrenage) soit d'un tenant avec le premier disque ; ou que l'arbre intermédiaire et l'arbre de sortie soient montés sur des roulements à rouleaux coniques. Avantageusement, l'amortisseur comprend deux disques parallèles dont un premier disque est solidaire de ladite deuxième roue dentée et un second disque est solidaire de l'arbre de sortie, et les disques sont reliés par des éléments élastiques. 10 Un autre aspect de l'invention est un dispositif de taxiage d'un moteur d'aéronef comprenant le réducteur qui précède, un moteur électrique accouplé à l'arbre d'entrée et fixé au boîtier, et un engrenage à galets réparti sur un axe de rotation de ladite première roue de l'aéronef et l'arbre de sortie du réducteur. De préférence, le dispositif s'étend entre ladite première roue de l'aéronef et une deuxième autre roue, 15 située sur un même train d'atterrissage de l'aéronef, le moteur étant adjacent à ladite autre roue, et les arbres du réducteur sont parallèles à l'axe de rotation de la roue de l'aéronef. Enfin, on envisage que le réducteur soit articulé à une structure du train d'atterrissage par un pivot, et comprenne aussi un vérin de longueur variable, dont les extrémités sont articulées à ladite structure du train d'atterrissage et au réducteur et 20 dont un état correspond à un état de débrayage du dispositif de taxiage. L'invention sera maintenant décrite en raison aux figures suivantes, qui représentent une réalisation purement illustrative et permettent d'en saisir les différents aspects, caractéristiques et avantages : - la figure 1 est une vue générale d'un actionneur de taxiage conforme à 25 l'invention, en place sur le train d'atterrissage ; - la figure 2 illustre une particularité du dispositif de l'invention ; - la figure 3 est une vue de côté de l'actionneur en position embrayée ; - la figure 4, une vue correspondante en position débrayée ; - la figure 5 est un schéma de cinématique de l'actionneur ; - la figure 6 est une vue des éléments correspondants du réducteur ; 4 - la figure 7 est une coupe du réducteur ; - la figure 8, une vue en éclaté du réducteur ; - la figure 9, une coupe axiale à travers l'amortisseur mécanique ; - la figure 10, une autre coupe axiale à travers l'amortisseur ; - la figure 11, une coupe transversale de l'amortisseur ; et - la figure 12, une vue en éclaté de l'amortisseur. D'après la figure 1, le dispositif de taxiage est placé entre deux roues 1 et 2 d'un train d'atterrissage d'un aéronef et s'étend à côté d'un mât 3 vertical du train d'atterrissage. Il comprend un actionneur 4 unitaire composé d'un moteur 5 électrique, 10 alimenté en électricité par des fils menant à une batterie (ou tout autre générateur électrique) de l'aéronef en passant par le mât 3, et d'un réducteur 6. Un pignon d'attaque 7 est monté sur un arbre de sortie (référencé par 24 sur d'autres figures) du réducteur 6, hors de celui-ci, et il engrène avec une roue dentée 8, montée rigidement sur l'axe 55 (figure 2) d'une des roues 2, ce qui compose un engrenage à galets apte à entraîner cette 15 roue 2. L'actionneur 4 occupe typiquement presque tout l'écartement entre les roues 1 et 2. La figure 2 suggère que la déformation des pneumatiques des roues 1 et 2 peut encore réduire cet écartement, en aplatissant et élargissant les roues 1 et 2 à leur partie inférieure ; mais qu'une disposition particulière à l'invention, que le moteur 5 20 s'étend contre seulement une partie supérieure du réducteur 6, permet de limiter cet inconvénient, puisque la largeur totale de l'actionneur 4 dans la direction d'écartement des roues 1 et 2 est plus petite en bas même si le moteur 5, le réducteur 6 et le pignon d'attaque 7 se succèdent dans cette direction. La roue dentée 8 est une roue à denture extérieure et dents à section 25 trapézoïdale ou triangulaire, mais le pignon d'attaque 7 est une roue à galets 9 dont chacun équipe une dent de ladite roue et tourillonne autour de son axe. Un tel dispositif d'engrènement permet de ne pas recourir à une lubrification à l'huile et est donc appréciable pour un engrenage exposé à l'atmosphère extérieure. Les figures 3 et 4 montrent que l'engrenage à galets peut être débrayé à 30 volonté, en fixant un boîtier 10 du réducteur 6 à un pivot 11 dépendant du mât 3, et en le S65545 FR JCI-P 5 reliant encore à ce dernier par un vérin 12 articulé à ses extrémités 13 et 14 respectivement au boîtier 10 et au mât 3 : en déployant le vérin 12, le réducteur 6, ainsi que le moteur 5 et le pignon d'attaque 7 qui lui sont solidaires, basculent autour du pivot 11 et s'écartent du mât 3, ce qui interrompt l'engagement du pignon d'attaque 7 et de la roue dentée 8. On passe maintenant à la description des figures 5 et 6 pour décrire les principaux constituants du réducteur 6, qui sont logés dans le boîtier 10. On trouve un arbre d'entrée 14, dont une extrémité sort du boîtier 10 et est accouplée au moteur 5 ou à son arbre de sortie, qui porte un pignon 15 d'un premier 10 engrenage 16 de réduction de la vitesse de rotation du moteur 5, et qui est soutenu par un roulement 17 à rouleaux coniques ou rouleaux cylindriques, le pignon 15 étant placé entre ce roulement 17 et la partie de l'arbre d'entrée 14 adjacente au moteur 5. On trouve ensuite un arbre intermédiaire 18, porteur d'une roue dentée 19 qui forme le premier engrenage 16 avec le pignon 15, ainsi que d'un pignon 20 d'un second engrenage 15 21 de réduction de vitesse de rotation. L'arbre intermédiaire 18 est soutenu par deux roulements 22 et 23 à rouleaux coniques. L'avantage des rouleaux coniques de cette disposition et que leurs centres de poussée sont plus écartés que des roulements à rouleaux cylindriques et que la charge qu'ils supportent est ainsi réduite pour un même écartement des roulements, qui peuvent donc être placés très près l'un de l'autre. La 20 longueur de l'arbre intermédiaire 18 est donc réduite. On trouve enfin l'arbre de sortie 24, dont une extrémité sort du boîtier 10 et porte le pignon d'attaque 7. L'arbre de sortie 24 porte encore (dans le boîtier 20) un amortisseur mécanique 25 qui sera décrit complètement plus tard et qui comprend une couronne dentée 26 composant le second engrenage 21 avec le second pignon 20. 25 Comme l'arbre intermédiaire 18, l'arbre de sortie 24 est soutenu par une paire de roulements 27 et 28, à rouleaux coniques avec le même but que précédemment. Les figures 7 et 8 sont d'autres vues du dispositif et seront maintenant décrites. Le boîtier 10 comprend une partie principale 29 en forme à peu près d'enveloppe cylindrique qui entoure le contenu du boîtier 10, et qui est munie d'une 30 chape 30 pour recevoir le pivot 11, d'une autre chape 31 pour recevoir un axe 6 d'articulation du vérin 12, et d'une bride à boulons 32. Il comprend aussi un couvercle 33 percé d'un orifice 34 de passage de l'arbre d'entrée 14, et qui obture une des faces d'extrémité de la partie principale 29.11 est vissé à la bride à boulons 32, de même que le moteur 5. La représentation du couvercle 33 montre que le réducteur 6 a une section oblongue au sommet de laquelle est monté le moteur 5. L'autre face d'extrémité de la partie principale 29 est fermée partiellement par un support 35 des roulements 27 et 28 de l'arbre de sortie 24, et qui possède une ouverture centrale assez large entourée par un manchon 36 muni de deux pistes circulaires 37 et 38 pour recevoir les bagues extérieures des roulements 27 et 28. Un flasque 39 est vissé au support 35 pour masquer les 10 roulements 27 et 28 et laisser passer seulement l'arbre de sortie 24. L'arbre intermédiaire 18 est d'un tenant avec la première roue dentée 16 et le second pignon 20, et l'arbre d'entrée 14 est d'un tenant avec le premier pignon 15. On voit que l'encombrement du réducteur est réduit aussi bien dans la direction de largeur entre les roues 1 et 2 (dans la direction de l'axe 55) que dans la direction perpendiculaire, grâce au désaxage entre l'axe 15 du moteur 5 (qui coïncide avec l'arbre d'entrée 14) et l'arbre intermédiaire 18, qui permet de placer le roulement 17 à l'intérieur du boîtier 10 sans obliger à élargir le réducteur, ce qui serait le cas si ce roulement 17 et le moteur 5 devaient être placés dans l'alignement de l'arbre intermédiaire 18. Les exigences de compacité du réducteur 6 dans d'autres directions sont 20 moins importantes, mais il faut remarquer que le second engrenage 21 est un engrenage intérieur, puisque la couronne 26 a une denture intérieure, ce qui réduit la surface de ce second engrenage 21. Le premier engrenage 16 est un engrenage classique où le pignon 15, comme la roue dentée 19, ont des dentures extérieures. L'encombrement réduit du réducteur en largeur est aussi redevable à 25 une construction particulière de l'amortisseur 25, qu'on va maintenant décrire en détail, au moyen des figures 9 à 12. Il est composé de deux disques 39 et 40 plans et parallèles, se succédant dans la direction de largeur du réducteur 6, dont le premier est d'un tenant avec la couronne 26 et s'étend dans son périmètre, et dont le second est d'un tenant avec l'arbre de sortie 24. Un palier 41 est intercalé radialement entre une portion d'extrémité 30 56, intérieure au boîtier 10, de l'arbre de sortie 24 et un manchon cylindrique 49 du S65545 FR JCI-P 7 premier disque 39, de manière à maintenir leur concentricité et la coaxialité des disques 39 et 40 autour de l'axe de l'arbre de sortie 24. Une bride 42 vissée à l'extrémité 56 de l'arbre de sortie 24 permet, par l'intermédiaire d'un rebord 43 du palier 41, plan et saillant radialement vers l'extérieur qui s'appuie contre l'extrémité du manchon 49, de maintenir le premier disque 39 en contact direct sur le second disque 40 le long de l'axe de l'arbre de sortie 24, avec un appui s'exerçant sur leurs faces planes opposées, à une interface 44, les surfaces en contact des disques 39 et 40 ayant reçu un traitement de durcissement. L'assemblage des disques 39 et 40 laisse subsister entre eux des cellules 10 52 s'étendant sur des arcs de cercles successifs dans la direction tangentielle des disques 39 et 40, à un rayon proche de leur périphérie, tout autour de l'arbre de sortie 24. Les cellules 52 sont chacune creusées dans le premier disque 39 et le second disque 40 et occupées par des ressorts 45 hélicoïdaux dont la direction principale d'extension, qui est aussi la direction de déformation par compression, est elle aussi la direction tangentielle 15 des disques 39 et 40. Elles sont séparées par des nervures des disques 39 et 40, que représente surtout la figure 10 et qui comprennent une nervure centrale 46 appartenant au premier disque 39 et deux nervures latérales 47 et 48, encadrant la précédente, qui appartiennent au second disque 40. Les figures 10 et 11 montrent que les nervures 47, 46 et 48 se succèdent en direction radiale des disques 39 et 40. 20 Grâce à cette disposition d'après laquelle les cellules 52 sont délimitées, notamment à leurs faces d'extrémités, par des facettes 50 des nervures centrales 46 et 51 des nervures latérales 47 et 48 appartenant aux deux disques 39 et 40 et dirigées dans leur direction tangentielle, toute rotation relative entre les disques 39 et 40 produit une avance de la nervure centrale 46 d'un côté de chacune des cellules 52, et une avance des 25 nervures latérales 47 et 48 dans l'autre sens de l'autre côté des cellules 52, ce qui comprime les ressorts 45, dont les extrémités sont en appui sur les facettes 50 et 51. L'énergie produite par les irrégularités de couple dans l'engrenage à galets est donc absorbée par les contraintes élastiques infligées aux ressorts 45 et évite de solliciter à l'excès les constituants du réducteur 6 situés au-delà de l'amortisseur 25 vers le moteur 30 5. Comme les efforts exercés par les facettes 50 d'un côté de chaque cellule 52 au centre 8 de la section des ressorts 45 sont balancés par les efforts des facettes 51 de l'autre côté, dont la résultante est aussi au centre de la section des ressorts 45, ceux-ci sont comprimés de façon régulière et ne produisent pas d'effort notable dans la direction radiale ni axiale des disques 39 et 40. Des butées 53 saillant sur le premier disque 39 en direction axiale de l'arbre de sortie 24, près de l'interface 44, sont mobiles dans des encoches 54 d'extension angulaire limitée, à la périphérie du second disque 40, et permettent de limiter la compression des ressorts 45 et la rotation relative des disques 39 et 40. Cet amortisseur 25 est particulièrement compact, grâce à sa bonne 10 intégration dans les autres constituants du réducteur 6 puisque les disques 39 et 40 sont respectivement d'un tenant avec la couronne 26 et l'arbre de sortie 24, et à sa faible extension dans la direction de largeur du réducteur 6, redevable principalement à l'emploi des deux disques 39 et 40 plats et minces accolés en se succédant dans cette direction, et à la disposition particulière des éléments élastiques reliant les disques 39 et 15 40, que sont les ressorts 45 logés dans des cellules à l'intérieur des disques 39 et 40 et se succédant dans leur direction tangentielle. Un autre effet important de cet amortisseur 25, qui contribue d'ailleurs aussi à son encombrement réduit, est l'absence quasiment complète d'efforts autres que dans la direction tangentielle entre les disques 39 et 40, aucune composante notable d'effort n'existant dans la direction axiale de l'arbre de sortie 20 34 : en dimensionnement léger de l'amortisseur REVENDICATIONS1) Réducteur pour un dispositif de taxiage d'un aéronef, le réducteur (6) comprenant un arbre d'entrée (14) à raccorder à un moteur (5) et un arbre de sortie (24) à raccorder à un moyen d'accouplement (7, 8) à une première roue (2) de l'aéronef, le réducteur comprenant un boîtier (10) d'où sortent l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend, dans le boîtier (10), deux engrenages (16, 21) et un amortisseur (25) d'irrégularités de couple de rotation, un premier des engrenages (16) comprenant un pignon (15) monté sur l'arbre d'entrée (14) et une première roue dentée 10 (19) montée sur un arbre intermédiaire (18), et un second des engrenages (21) comprenant un pignon (20) monté sur l'arbre intermédiaire (18) et une deuxième roue dentée (26), liée par l'intermédiaire de l'amortisseur à l'arbre de sortie (24). 2) Réducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième roue dentée est une couronne (26) à denture intérieure et en ce que le pignon 15 du premier des engrenages (16) et ladite première roue dentée sont à denture extérieure. 3) Réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le boîtier (10) contient des roulements (17) de support de l'arbre d'entrée (14), le pignon (15) du premier des engrenages étant placé sur l'arbre d'entrée entre lesdits roulements et une portion de l'arbre d'entrée adjacente au moteur (5). 20 4) Réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite deuxième roue dentée (26) est d'un tenant avec le premier disque (39). 5) Réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre intermédiaire (18) et l'arbre de sortie (24) sont montés sur 25 des roulements à rouleaux coniques (22, 23, 27, 28). 6) Réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'amortisseur (25) comprend deux disques (39, 40) parallèles, dont un premier disque (39) est solidaire de ladite deuxième roue dentée (26) et un second disque (40) est solidaire de l'arbre de sortie (24), et les disques sont reliés par des 30 éléments élastiques (45). 10 7) Dispositif de taxiage de moteur d'aéronef comprenant un réducteur (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, un moteur (5) électrique accouplé à l'arbre d'entrée (14) et fixé au boîtier (10), et un engrenage à galets (7, 8) réparti sur un axe (55) de rotation de la première roue (2) de l'aéronef et l'arbre de sortie (24) du réducteur. 8) Dispositif de taxiage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il s'étend entre la première roue (2) de l'aéronef et une deuxième roue (1), située sur un même train d'atterrissage de l'aéronef, le moteur (5) est adjacent à ladite deuxième roue, et les arbres (14, 18, 24) du réducteur sont parallèles à l'axe (55) de rotation de la première roue de l'aéronef. 9) Dispositif de taxiage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réducteur (6) est articulé à une structure (3) du train d'atterrissage par un pivot (11), et comprend aussi un vérin (12) de longueur variable dont des extrémités sont articulées à ladite structure du train d'atterrissage et au réducteur, et dont un état correspond à un état de débrayage du dispositif de taxiage.