HACHE, Géraldine (11 rue du Roussillon, Plaisance Du Touch, F-31830, FR)
MAGNIN, Hervé (3 avenue du Champ de Lalie, Flourens, F-31130, FR)
HACHE, Géraldine (11 rue du Roussillon, Plaisance Du Touch, F-31830, FR)
| REVENDICATIONS 1 . Procédé de mesure de transit d'efforts dans des jonctions (220) de structures mécaniques (100, 200) situées dans un environnement à haute température, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une pièce (2) présentant des parties (29, 31 , 32) aptes à venir en contact de zones (1 ) de transit d'efforts et des portions intermédiaires multiples (41 à 48) s'étendant longitudinalement sans contact avec la zone (1 ) entre les parties de contact (29, 31 , 32), à instrumenter les portions intermédiaires (41 à 48) en mesure extensométrique, à introduire la pièce instrumentée (2) dans une zone (1 ) de transit d'efforts pour établir un contact multiple avec la pièce et un appui central (21 ), de sorte qu'une flexion de cette zone (1 ) induise une flexion des portions intermédiaires (41 à 48) de la pièce (2), et à mesurer la déformation en flexion de la zone (1 ) dans des plans de cisaillement (Pc) à partir des variations de longueur des portions intermédiaires (41 à 48) par l'instrumentation (51 à 58) de la pièce. 2. Procédé de mesure de transit d'efforts selon la revendication 1 , dans lequel la mesure de flexion est effectuée par liaison électrique sur les portions intermédiaires non contactantes (41 à 48). 3. Axe creux instrumentalisé de mise en œuvre du procédé de mesure d'efforts selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il peut constituer une zone de transit d'efforts dans une jonction (220) entre deux structures mécaniques (10, 200) et se présente sous une forme apte à s'introduire dans des ouvertures (30) colinéaires des montures (20, 25 à 28) de la jonction, en ce qu'il comporte un logement longitudinal (10) dans lequel est introduit un insert (2) composé d'au moins un appui central (21 ) en contact serré avec la paroi interne (1 i) de l'axe (1 ) et relié, de chaque côté, à une masselotte (31 , 32) également en contact serré, par l'intermédiaire de languettes multiples multiples (41 à 48) s'étendant longitudinalement hors contact avec ladite paroi interne (1 i), et en ce que des jauges hautes températures (51 à 58) sont soudées aux languettes (41 à 48), alimentées et connectées électriquement (71 , 72) aux bornes d'au moins un pont d'équilibrage électrique apte à mesurer une variation de résistance électrique correspondant à la déformation en flexion des languettes (41 à 48). 4. Axe creux instrumenté selon la revendication précédente, dans lequel les languettes (41 à 48) se prolongent dans des rainures (61 à 68) pratiquées dans les masselottes (31 , 32). 5. Axe creux instrumenté selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel les languettes (41 à 48) et les masselottes (31 , 32) sont d'usinage d'une même pièce. 6. Axe creux instrumenté selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les languettes qui relient un support central (29) pour l'appui central (21 ) à une masselotte (31 , 32) forment deux groupes de quatre languettes (41 à 44 ; 45 à 48), les jauges de contrainte de chacun de ces groupes (51 , 53, 55, 57 ; 52, 54, 56, 58) sont connectées (72) à un pont d'équilibrage électrique. 7. Application du procédé selon la revendication 1 ou 2 aux attaches arrière (220) de suspension de turboréacteur d'aéronef entre un mât (200) et un carter moteur (120), une attache arrière se composant de chapes de raccordement (25, 26 ; 27, 28) jointes entre elles en particulier via des biellettes de liaison (20), les chapes et les biellettes intermédiaires constituent des montures présentant des ouvertures colinéaires (30) dans lesquelles des axes creux de liaison (1 ) sont instrumentés selon l'une quelconque des revendications 3 à 6. |
DOMAINE TECHNIQUE
[0001]L'invention concerne un procédé de mesure des efforts dans des jonctions entre des structures mécaniques situées dans un environnement haute température, ainsi qu'un axe instrumenté permettant la mise en œuvre de cette mesure. L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, aux attaches arrière de suspension de turboréacteur d'aéronef.
[0002] La connaissance de l'intensité et de la direction des efforts de cisaillement, traversant une jonction entre des structures mécaniques qui travaillent en force, permet d'optimiser la dimension des pièces de jonction ainsi que la fréquence de contrôle de ces pièces. En général, les efforts traversent la jonction dans des zones particulières par lesquelles ils transitent, par exemple des liaisons à goupilles creuses ou « axes creux » entre les pièces de la jonction. La mesure des efforts s'opère alors dans ces zones.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0003] Une mesure suffisamment précise et sûre des efforts permet de dimensionner ces pièces au plus juste, donc de diminuer la masse de cette jonction, et de diminuer la fréquence des maintenances et révisions qui s'y rattachent.
[0004]Or, ces efforts sont estimés actuellement par le calcul et sont largement surévalués du fait de l'incertitude concernant les valeurs obtenues. Afin de diminuer les marges surévaluées - en dimension et donc en masse - lors des conceptions mécaniques, une mesure des efforts en cisaillement peut être entreprise à l'aide de jauges de contrainte aptes à instrumenter les zones de transit de ces efforts. Par exemple, des mesures d'efforts lors d'essais en vol permettraient d'optimiser les dimensions des attaches arrière d'aéronefs. [0005]Cependant, dans le type d'application souhaité, des jauges de contraintes souples, collées sur barreau métallique, ne sont pas utilisables. En effet, afin d'obtenir des mesures reproductibles dans les zones de liaison à axes creux, il serait nécessaire d'usiner des gorges dans les axes au niveau des liaisons entre les pièces formant la jonction, pour réaliser un champ de contrainte uniforme au niveau des jauges. Or cette nécessité est incompatible avec une tenue en fatigue suffisante de l'axe.
[0006] De plus, les instrumentations actuelles de ces jauges ne permettent pas une utilisation au-delà des températures de l'ordre de 280°C, de telles instrumentations ne résistant pas aux hautes températures, par exemple à 450°C. Ainsi, dans la zone de l'attache moteur arrière, qui atteint les hautes températures du fait de la proximité du carter d'éjection des gaz chauds résiduels et du carter de combustion, toute instrumentation classique est détruite dans les minutes qui suivent la mise en marche du moteur du fait de la chaleur produite. [0007]Certaine jauges de contrainte extensométriques soudées supportent des températures plus élevées, pouvant atteindre les hautes températures. Mais ces jauges ne sont pas davantage applicables du fait de leur encombrement. En effet, elles nécessitent le passage d'outils d'instrumentation de dimensions sensiblement supérieures aux zones de transit d'efforts dans les structures mécaniques visées. En particulier, la forte courbure des axes creux et les dimensions réduites de l'intérieur de l'axe, ne permettent pas d'instrumenter ces axes.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0008] L'invention vise précisément à réaliser une instrumentation permettant de mesurer les efforts qui traversent les jonctions mécaniques, en particulier les attaches arrière moteurs, pour évaluer au mieux les dimensions et masses sans nuire à leurs propriétés mécaniques d'un transfert de charge sécurisé. A cette fin, l'invention propose d'introduire dans les zones de transit des efforts une pièce instrumentée de forme favorisant la mesure de flexion et son implantation. [0009] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de mesure de transit d'efforts dans des jonctions de structures mécaniques situées dans un environnement à haute température. Le procédé consiste à réaliser une pièce présentant des parties aptes à venir en contact de zones de transit d'efforts et des portions intermédiaires multiples s'étendant longitudinalement sans contact avec la zone entre les parties de contact, à instrumenter les portions intermédiaires en mesure extensométrique, à introduire la pièce instrumentée dans une zone de transit d'efforts pour établir un contact multiple avec la pièce et un appui central, de sorte qu'une flexion de cette zone induise une flexion des portions intermédiaires de la pièce, et à mesurer la déformation en flexion de la zone dans des plans de cisaillement à partir des variations de longueur des portions intermédiaires par l'instrumentation de la pièce.
[0010] Avantageusement, les portions non « contactantes » de la pièce facilite leur instrumentation du fait de leur accessibilité. La mesure de la flexion est effectuée par liaison électrique sur les portions intermédiaires non contactantes.
[0011]L'invention se rapporte également à un axe creux instrumentalisé de mise en œuvre du procédé de mesure d'efforts ci-dessus. L'axe creux peut constituer une zone de transit d'efforts dans une jonction entre deux structures mécaniques. Il se présente sous une forme apte à s'introduire dans des ouvertures colinéaires des montures de la jonction. L'axe creux comporte un logement longitudinal dans lequel est introduit un insert composé d'au moins un appui central en contact serré avec la paroi interne de l'axe et relié, de chaque côté, à une masselotte également en contact serré, par l'intermédiaire de languettes multiples s'étendant longitudinalement hors contact avec la dite paroi interne. Des jauges hautes températures sont soudées aux languettes, alimentées et connectées électriquement aux bornes d'au moins un pont d'équilibrage électrique apte à mesurer une variation de résistance électrique correspondant à la déformation en flexion des languettes. [0012]Dans des formes de réalisation particulières, les languettes se prolongent dans des rainures pratiquées dans les masselottes, les languettes et les masselottes sont d'usinage d'une même pièce.
[0013] L'invention s'applique en particulier aux attaches arrière de suspension de turboréacteur d'aéronef entre un mât et un carter moteur. Une attache arrière se compose de chapes de raccordement jointes entre elles en particulier via des biellettes de liaison. Les chapes et les biellettes intermédiaires constituent des montures présentant des ouvertures colinéaires dans lesquelles des axes creux de liaison sont instrumentés conformément aux caractéristiques ci-dessus. Par ces axes passent tous les efforts de l'attache arrière moteur.
[0014]Dans cette application, la mesure des efforts ne peut être déportée du fait des nombreux chemins que prennent les efforts après leur passage par ces axes. De plus, toute modification structurelle des axes ou des chapes de raccordement n'est pas envisageable du fait de la criticité mécanique de ces pièces. L'ensemble des mesures de déformation en flexion va permettre de caractériser la mesure des efforts traversant l'attache arrière examinée.
[0015] L'instrumentation des axes creux d'attache arrière moteur est avantageusement mise en œuvre par des inserts du type décrit ci-dessus comportant un support central et deux masselottes d'extrémité couplées au support central via quatre languettes par masselotte.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0016] D'autres aspects, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se rapporte à des exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux figures annexées. Ces figures représentent, respectivement :
- la figure 1 , une vue latérale d'une suspension de moteur de turboréacteur ;
- la figure 2, une vue perspective d'une attache arrière moteur à équiper d'axes instrumentés selon l'invention ; - la figure 3, une vue en coupe schématisée d'un axe creux équipé d'un insert instrumenté et introduit dans une liaison entre chapes d'une attache arrière moteur, et
- la figure 4, une vue en perspective d'un exemple d'insert instrumenté pouvant être introduit dans l'axe creux de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0017]Comme illustré par la vue latérale de la figure 1 , un turboréacteur
100 (ci-après « moteur ») à soufflante se compose d'une manche d'entrée d'air
101 couplée à un carter amont 1 10 de grand diamètre logeant la soufflante, ce carter étant suivi d'un carter aval de générateur de puissance 120, ci-après
« carter moteur », regroupant plusieurs carters - de diamètres sensiblement inférieurs - abritant les étages de compression, de combustion, de détente dans les turbines et d'éjection dans les tuyères, en général de révolution autour d'un axe X'X. [0018] Une suspension du moteur 100 sous aile permet de transférer la charge du moteur à la voilure de l'aéronef par une structure support intermédiaire appropriée. Classiquement, ce support est un mât rigide 200 de forme allongée, sur lequel l'accrochage du moteur 100 s'effectue à l'aide d'attaches intermédiaires s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire aux carters structuraux et au mât : une attache 210 sur le carter amont 1 10 et une attache arrière 220 en liaison avec le carter moteur 120, au niveau du carter d'éjection. De plus, des bielles de transmission en poussée 300 relient en général le moyeu 1 1 1 du carter avant 1 10 à l'attache arrière 220 via un palonnier 40.
[0019]De telles suspensions permettent de gérer différents types d'efforts qui les traversent : charges verticales (poids du moteur), axiales (poussée), latérales (tremblement des ailes) et de torsions (induites par la rotation du moteur ou par la perte de pale de turbine). Ces suspensions doivent pouvoir également s'adapter aux dilatations et contractions thermiques du moteur. Ces variations thermiques induisent un changement non négligeable dans la direction des efforts agissant sur les suspensions. [0020]Comnne illustré plus précisément en figure 2, l'attache arrière 220 comporte des chapes de raccordement au moteur 100 et au mât 200. Des biellettes de liaison 20 forment des articulations intermédiaires entre les chapes. Ces biellettes travaillent en traction dans des plans verticaux perpendiculaires à l'axe de rotation X'X du moteur. La partie supérieure de l'attache 220 est formée de deux chapes parallèles de raccordement au mât, 25 et 26, et sa partie inférieure est formée de deux chapes d'embase parallèles, 27 et 28, de courbure adaptée au carter moteur.
[0021]Les chapes 25 et 26 d'une part, 27 et 28 d'autre part, sont jointes respectivement ensemble, directement ou via les biellettes intermédiaires 20, à travers les ouvertures circulaires colinéaires 30. Les jonctions sont réalisées par des goupilles creuses encore appelées « axes creux » traversant ces ouvertures. Ces axes sont instrumentés selon le procédé de l'invention afin de mesurer tous les efforts qui transitent par ces zones de jonction, et seulement ces zones, du moteur vers la voilure.
[0022] La vue en coupe de la figure 3 illustre un exemple d'axe creux instrumenté 1 d'axe de symétrie A'A pour effectuer des mesures d'efforts dans une zone de jonction d'une attache arrière moteur. L'axe creux 1 est introduit dans les ouvertures cylindriques alignées 30 de la biellette 20 et de chapes 25 et 26 pour joindre ces trois pièces (cf. également figure 2).
[0023] L'axe creux 1 est instrumenté en montant un insert 2 dans son logement interne longitudinal 10. L'insert et l'axe creux sont constitués par un alliage à base d'acier dans l'exemple. L'insert est composé d'un appui central 21 en contact serré avec la paroi interne cylindrique 1 i de l'axe 1 et couplé, de chaque côté, à une masselotte 31 et 32, également en contact serré avec la paroi 1 i. Les faces d'extrémité 3 des masselottes sont soudées (soudures 33) au laser à la paroi interne 1 i. L'appui central 21 est relié aux masselottes 31 et 32 par des languettes 41 , 43, 45, 47, seulement quatre de ces languettes étant visibles sur la figure. [0024] Les languettes sont montées hors contact avec la paroi interne 1 i de l'axe, de sorte que des espaces « E » sont créés entre les languettes et cette paroi. Des jauges de contrainte extensométriques hautes températures : 51 , 53, 55 et 57 visibles sur la figure - pouvant par exemple résister à des températures de 450° ou au-delà - sont soudées sur les languettes, respectivement 41 à 47. L'équipement électrique est représenté sur la figure suivante. Grâce aux espaces libres E créés par la présence de languettes hors contact, l'insert et donc l'axe ont pu être instrumentés sans inconvénient.
[0025]Les contacts serrés établis entre l'appui central 21 , les masselottes 31 et 32 d'une part, et la paroi interne 1 i de l'axe creux 1 d'autre part, induisent une flexion de l'insert 2 lorsque l'axe 1 fléchit sous les efforts traversant les chapes et la biellette. Lors de cette flexion, des languettes du même côté par rapport à l'axe A'A - 41 et 45 ou 43 et 47 - subissent un même allongement ou respectivement une même contraction. La mesure des allongements et contractions des languettes par les jauges de contrainte conduit aux valeurs de flexion que subit l'axe 1 . Il est alors aisé de déterminer les valeurs d'intensité et de direction de la force de cisaillement par un étalonnage préalable.
[0026] De préférence, l'insert possède huit languettes et huit jauges, comme illustrée sur la vue en perspective de la figure 4 qui va maintenant servir de référence à la description ci-après. L'appui central 21 est formé sur un support cylindrique 29, lui-même central, sur lequel deux groupes de quatre languette 41 à 44 et 45 à 48 sont soudées. Les languettes se prolongent jusqu'aux faces d'extrémité 3 des masselottes 31 et 32 dans des rainures 6 formées dans ces masselottes. Avantageusement, les languettes et les masselottes sont d'usinage d'une même pièce et les languettes sont soudées au support central. L'ensemble masselotte - languettes - support peut aussi être usiné d'une même pièce.
[0027] Des fils électriques 71 alimentent les jauges hautes températures 51 à 58, soudées aux languettes 41 à 48. Des fils électriques de retour courant 72 des jauges sont connectés aux bornes de deux ponts d'équilibrage électrique extérieurs (non représentés). Des jauges de contrainte, 51 à 54 et 55 à 58, sont soudées sur les languettes. Les quatre jauges de chacun des groupes de languettes, situé de part et d'autre de l'appui central 21 (c'est-à-dire entre l'appui central 21 et une même masselotte 31 ou 32), sont montées aux quatre bornes d'un pont de type pont de Wheatstone. Chaque pont mesure les variations de résistance électrique des jauges, correspondant à la déformation en flexion des languettes. La mesure des valeurs obtenues permet de déterminer la déformation en flexion de l'axe dans son plan de cisaillement central.
[0028] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de prévoir des masselottes et un appui central de forme appropriée aux zones d'efforts : sphérique, parallélépipédique, à section polygonale, etc. Par ailleurs, le nombre et la forme des languettes peuvent également être appropriés à la zone. L'invention s'applique à toute liaison mécanique ou assemblage entre des structures entre lesquelles des forces de contrainte ou de charge sont exercées : pylônes, grues, châssis, etc.