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"Dispositif de freinage d'avions eur piste"
La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs destinés à arrêter des mobiles, plus parti- culièrement des avions.
Généralement, dans les dispositifs actuels de freinage aux sols des avions,on utilise des freine mécaniques .agissant sur des tambours d'enroulement d'un câble. Il est souvent avantageux de remplacer les freins mécaniques par des freins hydrauliques. Cependant, dans certaines applications
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particulières, les inconvénients de fonctionnement des freins hydrauliques peuvent en prohiber l'emploi. En effet, ces machines pour freiner les puissances élevées à vitesse angulaire élevée qui se présentent au cours du freinage des avions doivent être alimentées sous pression par le liquide choisi et ce, à basse température.
Cette servitude est nécessitée par la tendance à la cavitation des freina hydrau- liques lorsque les vitesses et les puissances mises en jeu dépassent une certaine valeur fonction de la température de l'eau. Pc,ir ne pas atteindre des pressions trop élevées nécessitant des enveloppes très résistantes, il est donc nécessaire de prévoir sur ces freins une température limite à ne pas dépasser. Dans ce but, on prévoit des débits d'eau de circulation dans le frein assez important)* pour évacuer les calories dégagées par le freinage.
Ces circulations d'eau perturbent le bon fonctionnement du frein et surtout néces- citent des pompes auxiliaires et une assez grande capacité d'eau. La pompe auxiliaire peut être calée sur l'arbre et faire corps avec le frein. La quantité d'eau doit être assez importante pour permettre plusieurs arrêts successifs cane élévation de température trop grande car le frein recevant de l'eau chaude aurait tendance à caviter même avec la circula- tion sous pression. Il serait même souhaitable de prévoir une circulation auxiliaire de refroidissement de l'eau surtout dans les pays chauds.
A titre d'exemple et comme ordre de grandes, l'eau ne devrait pas sortir du frein à plus de 70 C ce qui donne un écart assez faible de l'ordre de 50 C pour une entrée d'eau à 20 C ; chaque litre d'eau évacuera
50 cal./kg et il en faudra environ 30.000/50 600 1 pour arrêter un avion qui pèse 30 tonnes, avec une vitesse à
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l'accrochage de 90m/s. Il faudra refroidir cette eau ou bien elle ira se mélanger à celle qui reste dans la capacité pour élever sa température. Ainsi, si l'on conçoit que cette capacité puisse faire 3.000 1, l'ensemble s'échauffera de 20 à 30 pour le premier arrêt ce qui rend nécessaire un débit plus grand de la pompe pour éviter la cavitation au second arrêt possible et ainsi de suite.
Dans certaines applications, il est peut être nécessaire d'éviter ces inconvénients : risque de cavitation d'où insécurité du fieinage, impossibilité d'avoir de grande quantité d'eau ou de la refroidir, difficulté d'obtenir des pressions d'alimentation trop fortes.
La présente invention a pour objet une 'disposition de freinage d'avion sur piste, comportant le déroulement de bandes ou câbles de freinage à partir d'un tambour, essentiel- lement caractérisé en ce que ledit tambour est accouplé à un frein rotatif à air dimensionné en conséquence et en communi- cation directe avec le milieu ambiant.
Cette disposition de frein à air présente un certain nombre d'avantages par rapport aux installations connues comportant des freins hydrauliques rotatifs. n particulier :
1. Le frein n'est pas étanche et se trouve à la pression atmosphérique, il est donc de construction plus simple. On peut, par exemple, prévoir les alvéoles du stator dans la carcasse en béton des murs de fondation. L'absence de pres- sion permet d'avoir des épaisseurs aussi faibles que celles nécessitées par la construction. Un peut recourir à des procédés de fabrication économiques du type "chaudronné", par exemple.
2. L'amorçage du frein est automatique car on est sûr
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de son remplissage par l'air ambiant alors qu'une fuite est toujours possible sur le circuit d'eau en pression du frein hydraulique, surtout pendant une longue période de non fonc- tionnement.
3. Suppression du risque de cavitation, ce qui produit un fonctionnement sûr, et permet par ailleurs de réaliser les aubages selon des tracés simplifiés.
4. 3uppression d'un réservoir d'eau de refroidissement important.
5. Suppression d'un système de refroidissement auxi- liaire important, système qui doit être important dans le cas d'un frein hydraulique car pour arrêter un avion de masse relativement légère (30 tonnes) avec une vitesse à l'accro- chage de 90 m/sec. il faut prévoir, pour refroidir convenable- ment le frein, un débit de 600 litres d'eau, qu'il faut refroidir avant le prochain freinage.
Il sera nécessaire de donner au frein à air des dimensions assez importantes, car la masse spécifique de l'air est très faible. Cependant, la puissance de freinage varie comme la puissance cinquième du diamètre, de sorte qu'un frein à air selon l'invention aura un diamètre, sensiblement deux fois et demie plus fort qu'un frein hydraulique de même puissance.
Dans ce genre de frein, il faut toutefois éviter l'échauffement prohibitif de l'air ou du gaz utilisé comme fluide de freinage. La température peut, en effet, causer des déformations et détériorations du matériel. D'autre part, elle diminue inévitablement la masse spécifique du fluide, et par conséquent, la capacité de freinage pour un fonctionnement à pression constante. Comme système de refroidissement, on peut prévoir :
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1. Un soufflage d'air à travers les roues au moyen de soufflantes qui peuvent âtre avantageusement calées sur l'ar- bre du frein. Ce procédé nécessite de grande quantité d'air et perturbe le fonctionnement interne.
2. Une arrivée d'eau ou autre liquide réfrigérant à l'intérieur d'une ou de plusieurs alvéoles du stator. Les vitesses de l'air sont suffisamment intenses pour assurer une bonne pulvérisation de l'eau et une température homogène.
Cette deuxième disposition est très avantageuse, car les quantités d'eau nécessaires sont relativement faibles pour les raisons suivantes : a) la température limite est élevée, de l'ordre de 90*C; b) une très faible pastie d'eau est vaporisée, cette quantité étant toutefois suffisante pour emporter un nombre considérable de calories. La chaleur de vaporisation, de l'eau étant environ 540 fois plus grande que celle de l'air, il
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vaporisée par arrêt pour freiner un avion de 30 tonnes arrivant sur la piste à une vitesse de 90 mètres secondes.
En fait, le phénomène d'échange thermique air-eau est plus complexe, l'eau commençant par s'échauffer avant de se vaporiser, d'autre part, toute l'eau ne se vaporise pas de sorte qu'il en faudra un peu plus pour ne pas atteindre 90 C, par exemple.
De toute façon, les quantités d'eau nécessaires seront nettement inférieure à celles nécessitées par la circulation dans le frein hydraulique.
L'entrée d'eau dans le frein pourra se faire au moyen d'une pompe qui pourra être avantageusement calée sur l'arbre du frein ou en liaison avec cet arbre par toute chaîne cinématique comme telle qu'engrenage. coupleur, varia- teur, etc...
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On peut aussi placer des tubes ou tuyères à l'inté- rieur des alvéoles du stator de façon à créer, dans ces tubes des dépressions suffisantes pour aspirer l'eau dans un réser- voir placé légèrement au-dessous du frein pour éviter sa vidange pendant les périodes d'arrêt. Cette disposition est avantageuse car elle supprime des organes et rend le frein automatique, l'amorçage étant assuré par le fonctionnement même du frein.
L'eau qui n'est pas vaporisée, c'est-à-dire la plus grande partie pourra être récupéréo par un capot léger entou. rant le frein et retournée au récipient. De ce fait, la tempé- rature de l'eau du récipient aura augmenté mais, ce n'est pas un inconvénient comme dans le cas du frein hydraulique, car* il n'est pas nécessaire d'injecter de l'eau froide, le refroidissement du frein se faisant surtout par la vaporisa- tion de l'eau.
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Le réglage de la puissance de ce frein peut se faire par des tiroirs se glissant entre stator et rotor comme pour les freins hydrauliques. Ces tiroirs peuvent coulisser comme dans ceux-ci ou pour éviter des encombrements trop importants, être constitués de plusieurs volets limitant une ouverture réglable.
Les moyens de réglage de la puissance du frein peuvent, en variante, consister en des mâchoires qui sont articulées à une de leurs extrémités et qui peuvent être actionnées pai leur autre extrémité pour être rapprochées ou éloignées du centre du frein.
Ce réglage de puissance peut aussi se faire, selon l'invention : par variation du jeu axial entre stator et rotor ;
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par obturation de l'espace axial entre stator et rotor effectu à la périphérie de ces organes ; par obturation d'orifices exécutés à la périphérie des aubages statoriques.
De préférence, suivant l'invention, le frein à air comporte deux rotors associés respectivement à deux stators, avec une disposition symétrique par rapport à un plan perpen- diculaire à l'axe de rotation de l'ensemble.
Dans une forme d'exécution, les stators sont dis- posés à l'extérieur des rotors lesquels forment entre eux le tambour, tandis qu'en variante, deux tambours sont prévus et sont disposés à l'extérieur des rotors lesquels sont eux-mêmes disposés à l'extérieur des stators.
Suivant cette dernière dispostition. l'appareil com- porte un bâti central unique et symétrique, portant les deux stators du frein. Les tambours latéraux sont connectés direc- tement aux rotors du frein, un arbre de support traversant l'appareil de part en part.
On peut bloquer les rotors de freins sur l'arbre, auquel cas, il convient de raccorder les deux bandes d'enroule- ment au câble d'accrochage par un système de répartition addi- tive de charge tel qu'un palonnier ou une poulie mouflée.
Ce dispositif est nécessaire pour parer, soit à des différences de chemin parcouru par les bandes, soit à des différences d'élasticité de ces mêmes bandes.
On peut aussi monter les rotors de frein foue sur l'arbre, auquel cas le raccordement des bandes peut se faire directement à l'extrémité du câble d'accrochage sans disposi- tif spécial de répartition de charge.
Cette disposition donne lieu aux avantages suivants :
1. bâti central et monobloc, portant les stators et le ou les paliers.
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2. Tambours et rotors directement démontables latérale- ment, l'un après l'autre. On peut, en particulier, changer un tambour, au besoin garni d'un câble enroulé, sans diffi- culté, comme on change une roue à une automobile.
3. Du fait que le mobile est relié au dispositif de freinage par deux bandes au lieu d'une, on obtient des avantages supplémentaires : a) chacune des deux bandes supporte une charge normale qui est la moitié de la charge totale, ce qui permet de reculer la limite supérieure àlaquelle se heurtent les dis- positifs de freinage de grande puissance ; b) comme la charge normal#, d'une bande est en général assortie d'un coefficient de sécurité important par rapport à la rupture, la rupture accidentelle d'une des deux bandes peut permettre d'éviter une rupture totale, la seconde bande reprenant la charge.
Dans la cas du montage des rotors solidaires de l'arbre, avec palonnier de raccordement, cette reprise de charge se fera automatiquement par le basculement du pâlon- nier. Le montage avec poulie mouflée nécessite par contre un dispositif d'arrêt sur le câble, par exemple, des olives, pour bloquer son mouvement.
Dans le cas où les rotors sont montés fous sur l'arbre, la reprise de charge ne se fera évidemment qu'avec un effort de freinage moitié, car seul l'un des deux freins restera en fonctionnement.
Les objets, caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre de formes d'exécution choisies à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
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la figure 1 est une vue schématique, en plan d'une installation de freinage d'avions sur piste selon l'inven- tion, munie de freins rotatifs à air ; la figure 2 est une vue, en coupe transversale verticale, d'un frein à air selon l'invention accouplé à un tambour de déroulement d'une bande de freinage ; la figure 3 est une vue de détail, à échelle agrandie montrant des tiroirs de réglage de la puissance du frein ; la figure 4 est une vue de détail des aubages mon- trant comment la puissance du frein peut être réglée par variation de l'entrefer axial entre les aubages ;
la figure 5 est une vue de détail des aubages montrant une autre disposition de réglage du frein ; la figure 6 est une vue de détail des aubages montrant comment la puissance du frein peut être réglée par fermeture contrôlée d'orifices dans les aubages de stator ; la figure 7 est une vue, en coupe axiale selon la ligne VII-VII de la figure 8, montrant des mâchoires arti- culées pour le réglage de la puissance du frein ; la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7 ; la figure 9 est une vue partielle montrant une variante du montage pivotant des mâchoires ; la figure 10 est une vue analogue à la figure 2 montrant un frein à tambour central ; la figure 11 concerne une variante dans laquelle la frein présente deux tambours latéraux.
La figure 1 montre un dispositif de freinage d'avion sur piste constitué par deux ensembles de freinage selon l'invention, comportant chacun un tambour 1 et l' à partir duquel se déroule une bande 2, ces tambours étant solidaires
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de freins rotatifs à air 3 et 3'. L'avion 4 s'accroche, à l'atterrissage en 5 à la bande 2.
Le frein à air selon l'invention est constitué par un rotor double 6. Les stators 7 sont placés de part et d'autre en face des alvéoles des rotors. Les flanques 9 du rotor servent de joues au tambour 9 d'enroulement de la bande 2. Dans cette disposition, le couple se transmet directement de la bande au moyeu ll. L'arbre du rotor est supporté par des paliers 12 fixés sur le corps du stator 7.
Des tiroirs 13 limitent l'ouverture de passage de l'air entre les alvéoles selon la figure 3 et permettent ainsi d'effectuer le réglage de la puissance du frein. Ces tiroirs sont représentés sur cette figure sous forme de volets 14 orientables au moyen de bielles 15 manoeuvrées par un cercle de vannage 16. Ces tiroirs peuvent aussi avoir la forme des tiroirs à coulisse employés généralement sur les frei hydrauliques.
Le refroidissement est prévu par des tubes d'arrivée d'eau 17 dans une ou plusieurs alvéoles du stator. L'orienta- tion et la position des trous 18 dans ces tubes 17 sont déterminées pour profiter des dépressions maximum. L'eau est ainsi aspirée naturellement d'un bac de stockage 19.
Cette réserve d'eau peut être complétée périodiquement par camion citerne ou encore selon les possibilités naturelles par un groupe moto-pompe 20 assurant un niveau constant dans le réservoir 19. Un capot 21 entourant le frein permet de récupérer l'eau et de la ramener en réservoir 19.
On peut effectuer le réglage de la puissance du frein dans le cas particulier d'un frein à air tel que décrit, en faisant varier le jeu axial entre le rotor et stator, comme le montre la figure 4, où l'on fait varier l'entrefer 22 entre
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les stators 7 et le rotor 6 en déplaçant axialement l'un ou les deux stators selon les flèches f au moyen de vérins.
On peut également effectuer ce réglage de puissance selon la disposition de la figure 5, en obturant le jeu axial à la périphérie 23, entre le stator 7 et le rotor 6 au moyen d'une virole 24, que l'on déplace dans le sens des flèches fl.
On pourrait aussi, en variante, effectuer ce réglage de puissance selon la disposition de la figure 6 en obturant plus ou moins des orifices 26 à la périphérie des aubages statoriques 7, au moyen d'une chemise 25 que l'on déplace axialement dans le sens des flèches f2. On pourrait aussi obturer ces orifices au moyen d'une chemise mobile en rota- tion munie d'orifices correspondan à ceux 26 des aubages statoriques.
Les tiroirs 13 peuvent être formés par des mâchoires articulées à l'une de leurs extrémités et actionnés par leur autre extrémité pour faire varier leur position par rapport au centre du frein. Une telle construction est représentée aux figures 7 et 8 auxquelles on se référera maintenant.
On voit sur la figure 7, un frein à air, constitué par un stator 31 avec ses alvéoles 32, et un rotor 33 avec ses alvéoles 34 monté sur un arbre 35.
Les écrans de réglage de puissance sont représentés en 36 et 36' entre les alvéoles 32 du stator et 34 du rotor.
Ces écrans 36 et 36' sont représentés d'une façon plus complète dans la figure 8, où le rotor 33 a été enlevé.
On voit sur cette figure; le stator 31 avec son alvéoles 32 et les deux écrans 36 et 36' en forme de mâchoires articulées sur un axe 37 solidaire du stator.
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Le mouvement de fermeture et d'ouverture des mâchoires est commandé par un vérin hydraulique 38 à double effet, repré- senté en trait pointillé, installé derrière le stator, l'ex- trémité 39 du corps du vérin et sa tige 40 étant accrochées respectivement à des axes 41 et 42 solidaires des mâchoires
36 et 36'.
On peut prévoir un dispositif simple de synchronisation du mouvement des deux mâchoires, constitué par exemple par un système de triangulation les reliant l'une à l'autre.
La périphérie du stator est représentée par le trait pointillé 43. les mâchoires 3 6 et 36' étant représentées en position d!ouverture complète, leur ligne interne 44 se confon- ' dant avec la ligne périphérique interne 45 des alvéoles du stator et du rotor, visible sur la figure 7'
Les parties hachurées 46 et 47 représentent une zone de fermeture pour laquelle les mâchoires sont en position de fer- meture partielle, correspondant à une diminution de puissance , du frein d'environ 60 %.
La puissance nulle du frein sera réalisée par'la fer- meture plus complète des mâchoires, auxquelles on donnera une forme appropriée. Dans le cas où le frein fonctionne en gêné- ral entre sa pleine puissance et 40% de cette valeur, l'obtu- ration correspond aux zones hachurées 46 et 47 et on donne à la ligne interne 44 une forme correspondant à celle de la péri- phérie 45 du stator et du rotor telle que représentée dans la figure 8, de sorte que lesdites zones d'obturation 46 et 47 restent sensiblement symétriques par rapport à l'axe 35 du frein sur toute leur course, laquelle est relativement faible.
La figure 9 montre une variante du système d'articu- lation des mâchoires 36 et 36', chaque mâchoire étant articu- lée sur un axe distinct 49 et 49'. solidaire du stator 31 ' comme l'axe 37 de l'exemple précédent.
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On se référera maintenant à la figure 10 où la dis- position est analogue à celle qui a été décrite en référence à la figure 2 et comporte un tambour central pincé entre les deux rotors du frein. L'appareil est symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'ensemble.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 10 on voit en 51 A, 51 B les deux bâtis, portant directement les stators 52 ¯, 52 B des freins aérodynamiques et les paliers 53 A, 53 B supportant l'arbre 54. Le tambour 55, sur lequel s'enroule ou s'emmagasine la bande de traction 57, est enserré, par connexion directe, entre les rotors 56 A, 56 B des freins,
Dans l'exemple de la figure 11, l'appareil est, comme à la figure 10, symétrique par rapport à un plan perpen- diculaire à l'axe de rotation de l'ensemble, mais deux tam- bours d'enroulement sont prévus et sont disposés latéralement sur les deux rotors du frein.
On voit en 58, le bâti central de l'appareil, portant deux paliers latéraux 59 A et 59 B, et portant également les stators 60 A et 60 B des deux freins. Sur l'arbre 61 sont montés les rotors 62 A et 62 B sur lesquels sont directement fixés les flasques 64 A et 64 B des tambours 63 A et 63 B.
A cet effet, les flasques 64 A et 64 B comportent des orifices dans lesquels se logent des ergots correspondants des rotors 62 A et 62 B, le tambour étant maintenu serré sur les rotors par les plaques d'extrémité 66, lesquelles sont fixées sur l'arbre 61 au moyen de vis 67.
L'arbre 61 sert uniquement de support aux ensembles rotor-tambour, et assure entre eux une liaison qui ne trans- met, en couple, que la différence des efforts provenant des deux bandes.
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Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et représentées mais embrasse toutes variantes.