FR2883939A1 - Bielle et procede de fabrication d'une telle bielle - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une bielle (1) munie d'un corps tubulaire (2), comportant un tube externe (4) et un tube interne (3), le tube interne s'étendant dans un volume interne du tube externe, parallèlement à un axe longitudinal (A) du tube externe, le tube interne étant fixe en translation par rapport au tube externe. Au moins une bague (11) en matériau élastique peut être disposée entre le tube externe et le tube interne, ladite bague entourant un diamètre externe du tube interne. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle bielle.

Description

Bielle et procédé de fabrication d'une telle bielle

L'invention concerne une bielle munie d'un corps tubulaire. Plus précisément, l'invention concerne une bielle double, permettant de respecter un concept de sécurité intégrée ( fail safe ) dans l'encombrement d'une bielle unique. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une bielle dont au moins un corps tubulaire est doublé. Par doublé, on entend que le corps tubulaire est formé de deux structures tubulaires indépendante structurellement, une première structure tubulaire étant montée à l'intérieure d'une deuxième structure tubulaire.

L'invention trouve des applications dans le domaine de l'aéronautique, par exemple dans la fabrication de structures primaires de mâts d'aéronefs, ou pour la liaison entre un plancher et un cadre fort d'un fuselage d'un aéronef etc. L'invention trouve de manière générale des applications dans toutes industries, dès lors qu'il est utile, et/ou nécessaire, d'utiliser des bielles.

Dans l'aéronautique, il est connu d'utiliser pour certaines pièces d'un aéronef le concept de sécurité intégrée. Généralement, les pièces répondant au concept de sécurité intégrée sont des pièces fondamentales de l'aéronef.

Par fondamentale, on entend une pièce qui cause la perte de l'avion si elle est suffisamment endommagée pour ne plus pouvoir remplir sa fonction. Ces pièces fondamentales sont appelées des pièces de classe 1.

Le concept de sécurité intégrée est basé sur le doublement de chaque pièce fondamentale. Plus précisément, on dimensionne les pièces fondamentales aux charges limites auxquelles elles peuvent être soumises au cours de la vie de l'aéronef, et on munit l'aéronef de deux pièces fondamentales identiques en lieu et place d'une seule, afin de doubler le chemin d'effort. Ainsi, si l'aéronef est soumis à des conditions extrêmes, entraînant la rupture d'une des deux pièces fondamentales, la deuxième pièce fondamentale est apte à reprendre les efforts.

Actuellement, un des inconvénients du concept de sécurité intégrée est qu'il s'accompagne nécessairement d'une augmentation de l'encombrement dans l'aéronef, ainsi que d'une augmentation de la masse totale dudit aéronef par rapport à un aéronef ne répondant pas à ce concept.

Par exemple, dans le cas d'une bielle utilisée pour relier un moteur à un mât d'un aéronef, dans le cadre du concept de sécurité intégrée, on utilise sur un même chemin d'effort deux bielles reliées par un palonnier. Si une des deux bielles casse, la deuxième bielle prend le relais. Le palonnier utilisé pour relier les deux bielles permet de répartir de façon uniforme les efforts dans chaque bielle. Sa présence est nécessaire du fait des directions différentes de chaque bielle. Le palonnier participe à l'augmentation de la masse et de l'encombrement dans l'aéronef.

Un autre problème rencontré actuellement lors de l'utilisation de bielles, notamment de bielles longues, est qu'elles sont sensibles aux vibrations. Il peut alors arriver qu'une bielle vienne vibrer dans des fréquences telles qu'elle entre en résonance avec d'autres pièces de l'aéronef. Ainsi, les vibrations se propagent dans différentes pièces de l'aéronef, entraînant de nombreux inconvénients (risque de cassure, etc.).

Un but de l'invention est de fournir une bielle répondant au concept de sécurité intégrée dans un volume et un encombrement d'une bielle classique unique. Un autre but de l'invention est de réaliser une bielle apte à ne pas propager des vibrations auxquelles elle est destinée à être soumise, quelle que soit la longueur de la bielle. Par longueur de la bielle, on entend la dimension de la bielle parallèlement à un axe longitudinal de ladite bielle.

Une telle bielle permet de s'affranchir de l'utilisation d'un palonnier.

Pour arriver à ce résultat, la bielle selon l'invention est munie d'un fourreau à l'intérieur duquel un cylindre est monté. Le cylindre s'étend dans un volume interne du fourreau, parallèlement à un axe longitudinal dudit fourreau. Par volume interne, on entend le volume ménagé par une face interne des parois formant le fourreau. Le cylindre a un diamètre strictement inférieur au diamètre du fourreau. Le cylindre est monté fixe en translation dans le fourreau. Ainsi, la bielle selon l'invention présente les avantages des bielles utilisées actuellement par deux sur un même chemin d'effort, sans avoir les inconvénients de masse et d'encombrement rencontrés lors de l'utilisation de deux bielles sur un même chemin d'effort.

Les extrémités de la bielle sont avantageusement également doublées, afin de conserver le concept sécurité intégrée sur la bielle entière.

Selon une forme des extrémités, on entend par doublées que les extrémités sont formées de deux éléments emboîtés l'un dans l'autre, dans le cas d'extrémités en forme de chape par exemple, ou simplement accolés l'un à l'autre, dans le cas d'extrémités en forme de tenon par exemple.

Afin d'augmenter une résistance de la bielle de l'invention au flambage, il est possible de disposer entre le cylindre et le fourreau une ou plusieurs pièces annulaires intermédiaires. Ces pièces annulaires ont un diamètre inférieur au diamètre du fourreau et supérieur au diamètre du cylindre de manière à pouvoir entourer le cylindre dans son diamètre et à être logées dans le volume interne du fourreau, en même temps que le cylindre. Les pièces annulaires servent d'appui entre le fourreau et le cylindre. Lorsque la bielle est soumise à un effort tendant à fléchir ladite bielle, le fourreau et le cylindre viennent en contact serré uniquement de part et d'autre des pièces annulaires. L'inertie de la bielle correspond ainsi aux inerties cumulées du fourreau et du cylindre, ce qui permet de réduire la masse totale de la bielle de l'invention par rapport à la masse de deux bielles de l'état de la technique qu'elle est destinée à remplacer. Par ailleurs, les pièces annulaires peuvent permettre d'encaisser au moins partiellement les vibrations le long d'une bielle. Selon des caractéristiques techniques des pièces annulaires, c'est-à-dire selon le matériau utilisé pour les fabriquer, selon la longueur de chaque pièce annulaire, leur nombre et une distance entre deux pièces annulaires adjacentes etc., il est possible de modifier le comportement vibratoire de la bielle de manière à tenir compte des exigences des utilisateurs.

L'invention a donc pour objet une bielle munie d'un corps tubulaire, caractérisée en ce que le corps tubulaire comporte un tube externe et un tube interne, le tube interne s'étendant dans un volume interne du tube externe, parallèlement à un axe longitudinal du tube externe, le tube interne étant fixe en translation par rapport au tube externe.

Selon des exemples de réalisation de l'invention, elle peut comporter tout ou partie des caractéristiques techniques supplémentaires suivantes: - une longueur du tube interne est sensiblement égale à une longueur 30 du tube externe; - la bielle est munie à l'endroit d'au moins une extrémité d'un embout interne solidaire du tube interne et d'un embout externe solidaire du tube externe; - au moins un embout interne et un embout externe d'une même 35 extrémité de la bielle sont respectivement une chape interne et une chape externe; - au moins un embout interne et un embout externe d'une même extrémité de la bielle sont respectivement un tenon interne et un tenon externe; - la bielle comporte au moins une bague en matériau élastique, disposée entre le tube externe et le tube interne, ladite bague entourant un diamètre externe du tube interne; - caractérisée en ce que la bague est en élastomère.

D'une manière générale, on entend par bague tout élément apte à entourer le tube interne dans son diamètre, quelles que soient les dimensions de la bague, tant en épaisseur qu'en longueur, ou une section de ladite bague, par exemple circulaire, rectangulaire, polygonale ou autre.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une bielle caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à -introduire un tube interne, de plus petit diamètre, dans un tube externe creux, de plus grand diamètre; - fixer un premier embout interne sur une première extrémité du tube interne; - fixer un premier embout externe sur une première extrémité du tube 20 externe.

Selon des exemples particuliers de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est possible d'ajouter tout ou partie des étapes supplémentaires suivantes consistant à : - Fixer un deuxième embout interne sur une deuxième extrémité du 25 tube interne et fixer un deuxième embout externe sur une deuxième extrémité du tube interne; - Entourer le tube interne d'au moins une bague en matériau élastique avant de l'introduire dans le tube externe, de manière à ce que la bague en matériau élastique soit disposée entre le tube interne et le tube externe; - Aléser simultanément l'embout interne et l'embout externe, de manière à obtenir un orifice de passage d'axe unique à l'endroit d'une extrémité de la bielle.

L'invention concerne également un aéronef comportant au moins une bielle selon l'invention.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent: - Figure 1: Une représentation partielle d'une bielle selon un exemple de réalisation de l'invention; - Figure 2 Une vue partiellement éclatée de la bielle de la figure 1;: - Figure 3: Une coupe longitudinale d'une bielle selon un exemple de réalisation de l'invention; - Figure 4: Une coupe longitudinale d'un exemple de réalisation d'une bielle, à l'endroit d'une extrémité de ladite bielle.

Sur la figure 1 est représentée une bielle 1 munie d'un corps tubulaire 2. Le corps tubulaire 2 comporte un tube interne 3 logé dans un volume interne d'un tube externe 4. Le tube interne 3 et le tube externe 4 s'étendent parallèlement à un axe longitudinal A du tube externe 4. Un encombrement du corps tubulaire 2 correspond donc à un encombrement du tube externe 4, puisque le tube interne 3 est entièrement contenu dans le tube externe 4.

Une première extrémité 5 de la bielle 1 est munie d'une chape externe 6 et d'une chape interne 7. La chape interne 7 est logée dans un volume interne de la chape externe 6. Par volume interne, de la chape externe 6 ou du tube externe 4, on entend un volume ménagé par des parois internes de la chape ou du tube.

La chape externe 6 est une chape rapportée. Par rapportée, on entend que la chape est solidarisée par tout moyen, soudure, vissage ou autre au tube externe 4. Comme cela est étudié par la suite, la chape interne 7 peut être une chape également rapportée, ou une chape intégrale, c'est-à- dire formée intégralement sur le tube interne 3.

L'extrémité 5 de la bielle 1 est articulée sur un tenon également doublé, c'est-à-dire comportant un premier tenon 8 et un deuxième tenon 9. L'extrémité 5 de la bielle 1 est articulée sur le tenon double 8, 9 par l'intermédiaire d'un axe 10 traversant les deux tenons 8 et 9 et les chapes externe 6 et interne 7.

Dans l'ensemble des exemples représentés aux figures 1, 2, 3 et 4, l'embout situé à l'endroit de l'extrémité 5 du corps tubulaire 2 est formé d'une chape interne 7 et d'une chape externe 6. Bien entendu, il est possible que les embouts situés à l'endroit d'une ou des deux extrémités (une seule représentée sur les figures) du corps tubulaire 2 soient formés de tenons, d'extrémités d'écrous ou autres.

Sur la figure 1 est également représentée une pluralité de bagues 11 disposées entre le tube interne 3 et le tube externe 4. Plus précisément, les bagues 11 entourent le tube interne 3 de manière à ce qu'une paroi interne des bagues soit en contact avec la paroi externe 12 du tube interne 3 d'une part et que la paroi externe des bagues 11 soit en contact avec la paroi interne 13 du tube externe 4.

Dans l'exemple représenté à la figure 1, les bagues 11 sont réparties de manière régulière sur une longueur L du tube interne 3. La longueur L du tube interne 3 est sensiblement égale à une longueur I du tube externe 4. Par de manière régulière, on entend que chaque bague est disposée de façon équidistante de chaque bague adjacente.

Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, il est possible de disposer une unique bague 11 entre le tube interne 3 et le tube externe 4.

Préférentiellement, la bague est en élastomère. De manière plus générale la bague 11 présente une grande restitution élastique c'est-à-dire une grande capacité d'extensibilité et de reprise élastique.

Selon des exemples de réalisation de la bielle 1 de l'invention, il est possible de jouer sur une longueur h de la bague 11. Par longueur h, on entend la dimension de la bague 11 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal A du corps tubulaire 2. Ainsi, il est possible d'utiliser une bague 11 unique dont une longueur h est sensiblement égale à la longueur I du tube interne 3. De même, il est possible d'utiliser des bagues d'épaisseurs variables. Par épaisseur, on entend la dimension de la bague dans une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal A du tube externe 4. Préférentiellement, toutes le bagues 11 utilisées pour une bielle 1 donnée ont une même épaisseur, afin de garantir une inertie totale et constante le long du corps tubulaire 2.

Plus généralement, il est possible de jouer sur des paramètres de bague, tels que le matériau formant les bagues Il, et/ou la longueur h et/ou l'épaisseur desdites bagues 11, et/ou l'écartement entre deux bagues 11 consécutives, pour optimiser l'atténuation des vibrations auxquelles la bielle 1 peut être soumise. De même, il est possible de jouer sur les paramètres de bague ci-dessus pour obtenir une inertie totale ou partielle du corps tubulaire 2 puisque les bagues 11 permettent, lorsque la bielle 1 est en flexion, d'interdire aux tubes interne 3 et externe 4 de venir en contact l'un de l'autre.

Lorsque des problèmes de vibrations apparaissent, du fait par exemple d'une longueur importante de la bielle 1, il est possible de diminuer le diamètre du tube interne 3, afin d'augmenter une épaisseur des bagues 11. Ainsi, en augmentant l'épaisseur des bagues 11, on diminue fortement la propagation des vibrations le long du corps tubulaire 2.

Sur la figure 2, on peut voir plus en détails une relation entre le tube interne 3 et le tube externe 4, ainsi qu'un agencement des embouts interne et externe à l'endroit de l'extrémité 5 de la bielle 1.

Une bague 11 entoure un périmètre externe du tube interne 3, et vient en contact d'une part avec la paroi interne 13 du tube externe 4 et d'autre part la paroi externe 12 du tube interne 3.

Un embout interne 7, formé par la chape interne 7, est rapporté sur le tube interne 3. Pour cela, la chape interne 7 est par exemple soudée sur une extrémité 14 du tube interne 3.

Un embout externe 6, formé par la chape externe 6, est rapporté sur le tube externe 4. La chape externe 6 est par exemple solidarisée à une extrémité 15 du tube externe 4 par des vis et des écrousl6 et/ou par soudure. Les tenons 8, 9 auxquels la bielle 1 est raccordée, par l'intermédiaire de l'axe 10, sont également doublés afin de répondre aux exigences du concept de sécurité intégrée. Bien entendu, il est possible de relier la bielle 1 de l'invention a un tenon unique, c'est-à-dire non doublé.

Selon l'invention il est possible de réaliser des bielles longues qui sont affranchies des problèmes de vibrations et de flambages connus actuellement pour les bielles longues de l'état de la technique. Pour cela, il suffit comme cela a été exposé ci-dessus de jouer sur les paramètres de bague.

Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, la longueur I, L du corps tubulaire 2 de la bielle 1 est égale à environ deux mètres, plus ou moins 10 cm. Le diamètre du tube externe 4 est égale à 15 cm, plus ou moins 1 cm. Une épaisseur du tube externe 4 est sensiblement égale à 2 mm. Le diamètre du tube interne 3 est d'environ 14, 2 cm, plus ou moins 1 cm. Une épaisseur du tube interne 3 est sensiblement égale à 2 mm. L'épaisseur des bagues 11 est environ égale à 2 mm, et deux bagues adjacentes sont espacées l'une de l'autre de 15 cm. Plus les bagues 11 sont rapprochées les unes des autres, plus une longueur de fléchissement des tubes internes 3 et externes 4 est réduite.

Les tubes interne 3 et externe 4 sont par exemple en titane mais peuvent également être réalisés en toute sorte d'acier.

Sur la figure 3 est représentée une coupe longitudinale d'une bielle 1 selon l'invention. Le tube interne 3 est monté dans le volume interne du tube externe 4.

Pour cela, on utilise un tube externe 4 dépourvu d'embout à l'endroit de son extrémité 15, c'est-à-dire que l'extrémité 15 représente une extrémité 10 sectionnée du tube externe 4.

Le tube interne 3 est alors introduit dans le volume interne du tube externe 4 par son extrémité 15. Selon un exemple de réalisation, le tube interne 3 peut lui-même être dépourvu d'embout au moment où il est introduit dans le volume interne du tube externe 4. II se peut également, selon un autre exemple de réalisation, que le tube interne 3 soit muni d'un embout interne 7, tel qu'une chape ou un tenon. L'embout interne 7 peut faire partie intégrante du tube interne 3, c'est-à-dire qu'il est usiné sur ledit tube interne 3 à l'endroit de l'extrémité 14 dudit tube interne 3. L'embout interne 7 peut autrement être rapporté par soudure ou tout autre moyen de fixation sur l'extrémité 14 du tube interne 3. Dans le cas où l'embout interne 7 est un embout rapporté, on solidarise l'embout interne 7 à l'extrémité 14 du tube interne 3 avant de solidariser l'embout externe 8 à l'extrémité 15 du tube externe 4.

Si la bielle 1 de l'invention comporte une ou plusieurs bagues 11, lesdites bagues 11 sont enfilées autour du diamètre externe du tube interne 3 avant que le tube interne 3 soit introduit dans le tube externe 4 creux.

Dans un exemple de réalisation particulier de la bielle 1 de l'invention, il est possible de dimensionner le corps tubulaire 2 ainsi que l'extrémité 5 de la bielle 1 de manière à ce que, lorsque la bielle 1 est soumise à un effort de flexion important, ladite bielle 1 se rompe à l'endroit de l'extrémité 5 plutôt qu'à l'endroit du corps tubulaire 2. En effet, si la bielle 1 se rompe à l'endroit du tube externe 4, le tube externe 4 ne peut plus participer à l'inertie totale du corps tubulaire 2. A l'inverse, si la bielle 1 se rompe à l'endroit de l'extrémité 5, c'est- à-dire sur l'embout externe 6, le tube externe 4 continue de participer à l'inertie du corps tubulaire 2. Pour ce faire, il est possible de surdimensionner légèrement le tube externe 4, et de fragiliser l'embout externe 6. Par exemple, le tube externe 4 est dimensionné de manière à se rompre lorsqu'il est soumis à un certain niveau de contrainte, et l'embout externe 6 est dimensionné de manière à se rompre au trois quarts de ce niveau de contrainte.

Par ailleurs, dimensionner le tube interne 3 et le tube externe 4 de manière à ce qu'ils travaillent simultanément, afin d'avoir une inertie commune, permet de diminuer la masse totale du corps tubulaire 2.

Afin de s'assurer qu'un entraxe sur l'embout externe 6 et sur l'embout interne 7 correspondent exactement l'un avec l'autre, afin d'introduire l'axe 10, il est possible de réaliser un orifice de passage de l'axe 10 en une unique étape. C'est-à-dire que l'orifice de passage de vis est alésé en même temps sur l'embout interne 6 et sur l'embout externe 7, une fois que les embouts externe 6 et interne 7 ont été solidarisés respectivement au tube externe 4 et au tube interne 3. Ainsi, il n'existe aucun décalage entre l'orifice ménagé sur l'embout externe 6 et l'orifice ménagé sur l'embout interne 7 (figure 4). Par exemple, il est possible dans un premier temps de ménager grossièrement un trou sur chacun des embouts interne 7 et externe 6 avant que lesdits embouts 6 et 7 soient solidarisés aux tubes interne 3 et externe 4. Une fois les embouts 6, 7 solidarisés à leur tube respectif, on vient aléser les deux trous simultanément afin de faire coïncider exactement leur diamètre et former ainsi l'orifice de passage de l'axe 10.

Dans les exemples représentés aux figures 1 à 4, le corps tubulaire 2 est formé de deux tubes 3 et 4 cylindriques circulaires creux. Dans d'autres exemples de réalisations de l'invention, il est possible d'utiliser des tubes 3 et 4 ayant une section non pas circulaire, mais ovale, polygonale, rectangulaire, carré ou autres. Il est également possible d'utiliser un tube interne 3 plein c'est-à-dire un tube interne 3 qui ne soit pas creux. Cependant, un tube interne 3 plein peut augmenter de manière indésirable la masse totale de la bielle 1.

La bielle 1 selon l'invention trouve par exemple des applications comme bielle de transmission d'effort pour relier un moteur d'aéronef à une voilure dudit aéronef. Il est également possible d'utiliser de telles bielles pour monter et maintenir un plancher sur un cadre fort d'un fuselage d'un aéronef.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1- Bielle (1) munie d'un corps tubulaire (2), caractérisée en ce que le corps tubulaire comporte un tube externe (4) et un tube interne (3) , le tube interne s'étendant dans un volume interne du tube externe, parallèlement à un axe longitudinal (A) du tube externe, le tube interne étant fixe en translation par rapport au tube externe.

2- Bielle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une longueur (I) du tube interne est sensiblement égale à une longueur (L) du tube externe.

3- Bielle selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce qu'elle est munie à l'endroit d'au moins une extrémité (5) d'un embout interne (7) solidaire du tube interne et d'un embout externe (6) solidaire du tube externe.

4- Bielle selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins un embout interne (7) et un embout externe (6) d'une même extrémité (5) sont respectivement une chape interne et une chape externe.

5- Bielle selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisée en ce qu'au moins un embout interne (7) et un embout externe (6) d'une même extrémité 20 (5) sont respectivement un tenon interne et un tenon externe.

6- Bielle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une bague (11) en matériau élastique, disposée entre le tube externe et le tube interne, ladite bague entourant un diamètre externe du tube interne.

7- Bielle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bague est en élastomère.

8- Procédé de fabrication d'une bielle (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à introduire un tube interne (3), de plus petit diamètre, dans un tube 30 externe (4) creux, de plus grand diamètre; - fixer un premier embout interne (7) sur une première extrémité (14) du tube interne; - fixer un premier embout externe (6) sur une première extrémité (15) du tube externe.

9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes supplémentaires consistant - fixer un deuxième embout interne sur une deuxième extrémité du tube interne; fixer un deuxième embout externe sur une deuxième extrémité du 5 tube externe.

10- Procédé selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape supplémentaire consistant à entourer le tube interne d'au moins une bague (11) en matériau élastique avant de l'introduire dans le tube externe, de manière à ce que la bague en matériau élastique soit disposée entre le tube interne et le tube externe.

Il- Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape supplémentaire consistant à aléser simultanément l'embout interne et l'embout externe, de manière à obtenir un orifice de passage d'axe (10) unique à l'endroit d'une extrémité (5) de la bielle.

12- Aéronef caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bielle (1) selon l'une des revendications 1 à 8.