FR2694620A1 - Dispositif de découplage auto-compensé. - Google Patents

Abstract

Le dispositif de découplage (1) de l'invention raccorde deux conduites (A, B) de fluide pressurisé qu'il découple mécaniquement sans hystérésis. Il comprend deux sous-ensembles (2a, 2b) coaxiaux en série et symétriques avec, pour chacun, deux soufflets (5a, 6a; 5b, 6b) coaxiaux, montés en parallèle, délimitant avec un tube externe (3a, 3b) une chambre annulaire (7a, 7b) en liaison avec l'autre chambre annulaire et avec un tube central de raccordement (10a, 10b) au travers d'un distributeur (11a, 11b) à passages radiaux (15a, 15b). Les cavités centrales (20a, 20b) dans les soufflets centraux (6a, 6b) et les cavités d'extrémités (18a, 18b) dans les soufflets externes (5a, 5b) sont reliées au milieu ambiant. Application à l'équipement des maquettes d'aéronef en soufflerie et ayant un moteur entraîné par fluide.

Description

"DISPOSITIF DE DECOUPLAGE AUTO-COMPENSE"
L'invention concerne un dispositif de découplage auto-compensé, du type comprenant des soufflets compensateurs, dont chacun est élastiquement déformable axialement et radialement, et qui est destiné à raccorder deux conduites de transport de fluide sous pression, en assurant leur découplage mécanique sans effet d'hystérésis, lorsque les conduites sont, au niveau de leur extrémité à raccorder, sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre et telles que l'une présente une liberté de déformation et/ou de déplacement axial et/ou radial par rapport à l'autre, afin que le dispositif selon l'invention puisse prendre en charge les déformations et/ou déplacements fonctionnels et/ou accidentels de l'une des conduites ou des deux, par exemple des déformations et/ou déplacements d'origine thermique, et/ou dûs à des imprécisions de montage ou de fabrication.

L'invention concerne également une application particulièrement avantageuse à l'équipement des balances de pesée de maquettes essayées en souffleries aérodynamiques et sur lesquelles est monté au moins un simulateur de moteur à consommation de fluide moteur sous pression.

A titre d'exemple, l'application particulière à laquelle se rapporte l'invention consiste à assurer l'alimentation en air comprimé, par l'intermédiaire d'au moins un dispositif de découplage auto-compensé selon l'invention, d'au moins une turbine à air de maquette d'avion entraînant au moins un simulateur de propulseur.

Dans de nombreux secteurs industriels, dans lesquels il est nécessaire de transporter des fluides sous pression dans des tuyauteries, canalisations et conduites, on utilise de nombreux types différents de dispositifs appelés compensateurs, comprenant généralement au moins un soufflet, métallique ou en une matière souple, et déformable axialement et/ou radialement, pour résoudre les problèmes de dilatations, de vibrations, d'alignement et de dimensionne ment qui se posent au niveau des raccordements entre de telles conduites.

Il est connu que l'introduction d'un élément déformable, tel qu'un soufflet, dans une canalisation libère des forces internes, et qu'il apparait en particulier une force appelée "effet de fond", qu'il faut compenser, soit par une disposition particulière des soufflets, soit par l'association des soufflets avec des organes mécaniques tels que des biellettes et rotules.C'est ainsi qu'à partir de compensateurs simples, basés sur une unique membrane de soufflet pour absorber la dilatation ou la contraction axiale d'une tuyauterie, il a été développé des compènsateurs latéraux simples, munis de tirants pour absorber des mouvements perpendiculaires à l'axe de la tuyauterie par déviation latérale de faible amplitude de la membrane, des compensateurs angulaires simples, munis de deux articulations formant charnière, permettant la rotation angulaire de la membrane dans un seul plan, et des compensateurs à cardan simple, munis d'un cardan permettant une rotation angulaire de la membrane dans un plan quelconque.De même, à partir des compensateurs doubles, comprenant deux soufflets dont les membranes sont reliées par un tube commun pour absorber les combinaisons de trois mouvements de base, à savoir un mouvement axial, latéral et angulaire, il a été développé des compensateurs latéraux doubles, munis de tirants d'absorption des mouvements latéraux de grande amplitude par rotations angulaires de sens opposés des deux soufflets, des compensateurs angulaires doubles, munis de quatre articulations formant des charnières reliées deux à deux par des barres pour absorber la rotation angulaire de l'une et/ou l'autre des deux extrémités en vue d'un mouvement latéral, et le tout dans un seul plan, des compensateurs à cardans doubles, munis de deux systèmes de cardans reliés entre eux, jouant le rôle d'un compensateur angulaire double mais dans un plan quelconque.

On connait également des compensateurs équilibrés, comprenant un ou deux soufflets, et pour lesquels la poussée due à la pression dans la tuyauterie est reprise par une membrane ou soufflet d'équilibrage et un système d'articulation à tirants, charnières ou cardans, ce type de compensateur s'installant soit en ligne, soit sur une dérivation.

Les compensateurs industriels connus comprennent également les compensateurs axiaux auto-compensés, comportant une chambre de compensation qui peut être annulaire, délimitée par un ou deux soufflets qui s'ajoutent à un soufflet de travail, et qui assurent une compensation plus ou moins exacte des forces au moyen de cette chambre de compensation, dont la section est égale à celle du soufflet de travail, de sorte que les forces de pression liées à la section de ce dernier sont compensées par des forces de pression liées à la section efficace de la chambre de compensation. Toutefois, dans ces compensateurs axiaux autocompensés, il subsiste une force résiduelle qui est la force axiale due à la raideur des soufflets.

Ces différents types de compensateurs industriels ont pour inconvénients d'être, en général, d'un encombrement important, d'avoir de mauvaises qualités mécaniques et élastiques, et de présenter, en particulier, des frottements et une hystérésis élevée et, également, d'être souvent d'une pression d'utilisation insuffisante.

Cependant, pour les applications et utilisations généralement faites dans l'industrie, leur compacité et leurs qualités mécaniques et élastiques (absence de frottement et d'hystérésis) ne sont pas primordiales.

Par contre, dans certaines applications dans des installations d'essais et/ou de mesures, dans des installations pilotes ou expérimentales, et dans certaines installations industrielles spécifiques, dans lesquelles un découplage fin doit être assuré entre des éléments de tuyauterie ou des caissons sous pression, qui sont raccordés l'un à l'autre, mais dont l'un est, par exemple, associé à un dispositif de mesures de grande sensibilité, il est nécessaire que le compensateur-découpleur utilisé élimine autant que possible l'effort axial de pression, dû à l'effet de fond, présente une hystérésis quasi-nulle, ainsi qu'une faible rigidité axiale et transversale, afin de minimiser l'influence de tous les effets risquant de perturber les mesures, en particulier les effets thermiques et de pression, ainsi que les frottements.En outre, le dispositif de compensation et de découplage doit de préférence être également très compact.

Une telle application, pour laquelle on recherche des compensateurs-découpleurs les plus compacts possible, ayant une très faible rigidité suivant les trois directions de l'espace et suivant les rotations autour des trois axes correspondants, ainsi qu'une hystérésis quasi-nulle, pour ne pas perturber les mesures d'efforts, consiste dans le transport de fluide sous pression, par exemple d'air comprimé, à l'intérieur de maquettes faisant l'objet d'essais en souffleries aérodynamiques, et équipées d'au moins un simulateur de moteur, comprenant une turbine à air alimentée en air comprimé, le transport de fluide sous pression jusqu'à la maquette s'effectuant très souvent en parallèle avec une balance de grande sensibilité.

Ces exigences conduisent à l'élimination de toutes les solutions de compensateurs-découpleurs dans lesquels se produisent des frottements.

Cependant, les dispositifs de découplage et de compensation actuellement utilisés en soufflerie, ne satisfont pas, d'une manière générale, à ces diverses exigences.

En effet, ces dispositifs de découplage et de compensation sont souvent constitués par l'association d'un compensateur à soufflet(s) et à cardan(s) avec un autre compensateur du même type ou d'un type à soufflets associé à un élément télescopique, ou encore de deux compensateurs à soufflets de type télescopique, ou également de dispositifs en col de cygne comportant des compensateurs à souf flet(s) et cardan(s) et/ou à soufflets et à éléments télescopiques.

Bien que ces dispositifs de découplage et de compensation puissent être relativement équilibrés, ils présentent les inconvénients d'être encombrants, de nécessiter de grandes précautions d'installation et d'utilisation, et sont tels que leurs coûts de réalisation et d'installation sont élevés.

Il est également connu d'équiper des maquettes de souffleries de compensateurs axiaux équilibrés du type dit "DONAHUE", qui associent trois ou quatre soufflets, et ne développent pas d'effet de fond. Dans ces dispositifs, le ou les soufflets centraux doit ou doivent avoir une section efficace double de celle des soufflets externes et les différents soufflets sont rendus solidaires alternativement par des barres de jonction, internes ou externes à l'agencement des soufflets.

Mais ces dispositifs, dont le coût de réalisation et d'installation reste conséquent, ont pour inconvénient supplémentaire d'assurer des découplages longitudinaux et latéraux insuffisants.

Par l'invention, on se propose de remédier aux inconvénients précités, et l'invention a pour objet un dispositif de découplage à soufflets compensateurs, qui est auto-compensé, de faible compacité, en particulier transversale, d'une structure simple et facile à installer, donc d'un coût de réalisation et de mise en oeuvre réduit, autorisant des déplacements axiaux et transversaux relativement importants avec une faible rigidité dans ces deux directions, éliminant l'effort axial de pression (effet de fond), présentant une hystérésis quasi-nulle, et minimisant l'influence des effets thermiques et de la pression sur les mesures effectuées par un dispositif de mesures de précision, auquel le dispositif selon l'invention peut être associé, par exemple une balance de soufflerie aérodynamique.

A cet effet, le dispositif de découplage selon l'invention, destiné à raccorder deux conduites de transport de fluide sous pression, en assurant leur découplage mécanique sans effet d'hystérésis, lesdites conduites étant, au niveau de leur extrémité à raccorder, sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre et telles que l'une présente une liberté de déplacement axial et/ou radial par rapport à l'autre, se caractérise en ce qu'il comprend, en combinaison, deux sous-ensembles tubulaires, montés en série sensiblement coaxialement et sensiblement symétriquement l'un par rapport à l'autre, et qui comportent chacun
- deux soufflets compensateurs identiques montés coaxialement, et dont chacun est élastiquement déformable axialement et radialement,
- un tube central de raccordement à l'une respectivement desdites conduites,
- un tube externe, rigidement lié au tube externe de l'autre sous-ensemble,
- une chambre annulaire, délimitée radialement entre, d'une part, le tube externe, et, d'autre part, une paroi interne au moins partiellement déformable, qui est au moins partiellement constituée des deux soufflets dudit sous-ensemble, ladite chambre annulaire étant en communication avec la chambre annulaire de l'autre sous-ensemble,
- un fond, qui relie ledit tube externe à ladite paroi interne en fermant radialement ladite chambre annulaire à son extrémité axiale du côté opposé à l'autre sous-ensemble et,
- des moyens de distribution de fluide, mettant l'intérieur dudit tube de raccordement en communication avec ladite chambre annulaire, entre lesdits deux soufflets délimitant cette dernière.

Un tel dispositif de découplage, dans lequel les deux soufflets de chacun des deux sous-ensembles en série sont montés en parallèle, est un dispositif auto-compensé, dans lequel toute déformation en extension ou compression d'un soufflet d'un sous-ensemble s'accompagne d'une déformation antagoniste en compression ou extension de l'autre soufflet du même sous-ensemble, en cas de déplacements axiaux relatifs des deux conduites, et toute déformation radiale d'un soufflet d'un sous-ensemble, par flexiontorsion de sa membrane, s'accompagne d'une déformation radiale, du même côté de l'axe commun des deux sous-ensembles, pour l'autre soufflet dudit sous-ensemble, dont la membrane subit une déformation de flexion-torsion en sens opposé.

Un tel dispositif, qui se présente comme un ensemble tubulaire allongé, dans lequel les quatre soufflets sont montés coaxialement et espacés longitudinalement les uns des autres, peut donc présenter un encombrement radial limité, et fonctionner pratiquement sans frottement ni hystérésis.

Mais son fonctionnement est encore amélioré si, avantageusement, dans chaque sous-ensemble, une cavité centrale, délimitée radialement à l'intérieur d'un soufflet de ce sous-ensemble, est en communication avec la cavité centrale de l'autre sous-ensemble et définit avec elle une chambre interne à pression contrôlée. Si les quatre soufflets présentent une bonne identité dimensionnelle et de caractéristiques mécaniques, cette chambre interne peut être mise, d'une manière simple et avantageuse, en communication avec le milieu ambiant par au moins un passage radial. Par contre, si l'on souhaite provoquer, annuler ou diminuer un déséquilibre initial dû, par exemple, à la non identité rigoureuse des quatre soufflets du dispositif, il est alors avantageux que la chambre interne soit mise en communication avec une source externe de pression contrôlée.

La réalisation du dispositif est simplifiée si, dans chaque sous-ensemble, la cavité centrale est délimitée à l'intérieur du soufflet de ce sous-ensemble qui est situé du côté de l'autre sous-ensemble.

Dans un premier exemple de réalisation, dans lequel les deux chambres annulaires sont directement dans le prolongement l'une de l'autre, les tubes externes des deux sous-ensembles peuvent être, chacun, constitués par l'une respectivement des deux moitiés axiales d'un même tube externe. Dans ce cas, la liaison rigide entre ce tube externe commun et les parois internes des deux sous-ensembles, au niveau de leur liaison l'un à l'autre, est assurée par au moins un tube radial délimitant un passage de communication entre la chambre interne et l'extérieur du tube externe commun.

Dans un second exemple de réalisation, facilitant la construction de chaque sous-ensemble, les deux chambres annulaires sont en communication l'une avec l'autre par au moins deux passages axiaux, définis symétriquement autour de l'axe commun aux sous-ensembles et par rapport à un même plan radial, et traversant des fonds de fermeture radiale des chambres annulaires à leurs extrémités axiales en regard l'une de l'autre.

Dans ce cas, pour simplifier la structure et le montage, les fonds de fermeture des chambres annulaires à leurs extrémités axiales en regard l'une de l'autre sont avantageusement constitués par un organe de liaison des deux sous-ensembles, qui relie rigidement les tubes externes et les parois internes des sous-ensembles, et qui présente
- au moins un passage axial central de communication entre les deux cavités centrales,
- des passages axiaux périphériques de communication entre les deux chambres annulaires, et qui sont répartis autour du ou des passages axiaux centraux, et de préférence chacun de section transversale en forme de haricot, et
- des passages radiaux de communication entre au moins un passage axial central et l'extérieur, lesdits passages radiaux étant alternés avec lesdits passages axiaux périphériques, en direction circonférentielle autour de l'axe commun aux sous-ensembles. Cette distribution symétrique des passages axiaux et radiaux dans toutes les directions a pour effet de ne pas engendrer d'effet parasite sur un organe extérieur, auquel le dispositif pourrait être accouplé, par exemple une balance de soufflerie aérodynamique.

Afin d'obtenir ce même avantage au niveau des moyens de distribution de fluide de chaque sous-ensemble, ces moyens comprennent avantageusement au moins deux passages radiaux symétriquement définis autour de l'axe commun aux sous-ensembles et par rapport à un même plan radial, et débouchant, d'une part, dans ledit tube de raccordement, et, d'autre part, dans ladite chambre annulaire.

Dans le même but, et d'une manière générale, le tube central de raccordement, les deux soufflets et le tube externe de chaque sous-ensemble sont de révolution autour de l'axe commun lorsque le dispositif est au repos, et avantageusement, également, les sections de passage de fluide sous pression dans le dispositif sont progressivement croissantes dans le sens de l'écoulement de ce fluide dans les tubes centraux de raccordement, dans les passages des moyens de distribution ainsi que dans les passages de communication entre les chambres annulaires, de sorte que les deux sousensembles ne sont pas rigoureusement symétriques l'un de l'autre.

Avantageusement, en outre, afin de diminuer l'encombrement axial du dispositif et de faciliter la disposition des moyens de distribution de fluide de chaque sous-ensemble à l'extrémité interne du tube central de raccordement correspondant, pour alimenter dans de bonnes conditions la chambre annulaire correspondante entre les deux soufflets montés en parallèle du sous-ensemble correspondant, dans chacun des sous-ensembles, un soufflet entoure une partie dudit tube central de raccordement et délimite autour de ce dernier et avec lui une cavité tubulaire d'extrémité axiale, qui est en communication avec le milieu ambiant par au moins un passage axial.

L'invention a également pour objet l'application d'au moins un dispositif de découplage tel que défini ci dessus à l'alimentation en fluide moteur sous pression d'au moins un simulateur de moteur monté sur une maquette en soufflerie aérodynamique et associée à une balance mesurant les efforts exercés sur la maquette.

Dans un exemple d'utilisation particulièrement avantageux, cette application consiste à alimenter en air comprimé au moins une turbine à air, logée dans une nacelle motrice d'une maquette d'avion, équipée d'au moins un simulateur de moteur et associée à une balance de mesures aérodynamiques, par l'intermédiaire d'au moins un dispositif de découplage auto-compensé tel que défini ci-dessus, logé à côté de la balance, et raccordant une conduite, liée àsla maquette et alimentant la turbine,à une conduite raccordée à une source d'air comprimé et liée à un dard de soufflerie sur lequel est emmanchée la maquette.

De plus, dans le cas de simulation de moteurs à hélices, si l'on souhaite respecter sur la voilure de la maquette les écoulements aérodynamiques générés par le fonctionnement du simulateur de moteur, il est nécessaire que l'air d'alimentation des turbines à air soit collecté à la sortie de ces dernières et évacué derrière le montage d'essai en recirculant à l'intérieur de la maquette.

A cet effet, l'application selon l'invention consiste également à évacuer l'air détendu en sortie d'au moins une turbine par une conduite d'évacuation liée au dard de soufflerie, par l'intermédiaire d'au moins un dispositif selon l'invention, logé à côté de la balance et raccordant ladite conduite d'évacuation à une conduite de récupération dudit air détendu en sortie de turbine qui est liée à la maquette.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'exemples de réalisation représentés sur les dessins sur lesquels
- la figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, un premier exemple de dispositif de découplage autocompensé,
- la figure 2 représente schématiquement et partiellement, en coupe axiale, une variante du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 représente, en partie en coupe longitudinale, un exemple de construction d'un dispositif dont l'architecture générale correspond à celle du dispositif de la figure 1,
- les figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale respectivement selon IV-IV et V-V de la figure 3,
- la figure 6 est une vue en bout selon la flèche F de la figure 3, et
- la figure 7 est une représentation schématique, en partie en plan et en partie en coupe, du montage d'essai d'une maquette d'avion à simulation de moteur dans une soufflerie aérodynamique, avec alimentation de la maquette, liée à une balance, en air comprimé et également évacuation de cet air comprimé par des dispositifs selon les figures 3 à 6.

Le dispositif de découplage 1 de la figure 1 est constitué de deux sous-ensembles 2a et 2b, ayant la même structure tubulaire, et qui sont fixés l'un à l'autre coaxialement en série, mais symétriquement l'un par rapport à l'autre.

Chaque sous-ensemble 2a, 2b comprend un tube externe 3a, 3b, rigide et cylindrique de section circulaire, qui entoure une paroi interne 4a, 4b, également de forme générale cylindrique de section circulaire, et coaxiale au tube externe 3a, 3b. Cette paroi interne 4a,4b est partiellement déformable axialement et radialement, car elle est partiellement constituée d'un premier soufflet compensateur Sa, 5b et d'un second soufflet compensateur 6a, 6b, qui sont identiques, élastiquement déformables axialement et radialement, et montés coaxialement, de sorte que la paroi interne 4a, 4b est, comme le tube externe 3a, 3b, de révolution autour de l'axe commun aux deux sous-ensembles 2a, 2b, qui est l'axe longitudinal du dispositif.Une chambre annulaire 7a, 7b, également de révolution autour de l'axe longitudinal du dispositif, est ainsi délimitée radialement entre le tube externe 3a, 3b et la paroi interne 4a, 4b. Sur chaque sousensemble 2a, 2b, l'extrémité axiale de cette chambre 7a, 7b, du côté opposé à l'autre sous-ensemble 2b, 2a, est fermée radialement par un fond 8a, 8b, reliant le tube externe 3a, 3b à la paroi interne 4a, 4b, du côté de l'extrémité axiale du premier soufflet Sa, 5b qui est opposée à celle tournée vers le second soufflet 6a, 6b.

De même, l'extrémité axiale de chaque chambre > 7a, 7b, située du côté tourné vers l'autre chambre 7b, 7a, est fermée radialement par un fond annulaire 9a, 9b, qui relie rigidement le tube externe 3a, 3b à la paroi interne 4a, 4b, du côté de l'extrémité axiale du second soufflet 6a, 6b qui est opposée à celle tournée vers le premier soufflet Sa, 5b.

Chaque sous-ensemble 2a, 2b comprend également un tube central de raccordement lOa, lOb, qui est cylindrique de section circulaire et monté coaxialement dans le sousensemble 2a, 2b. Ce tube central 10a, lOb, de révolution autour de l'axe du dispositif, est engagé, sur une partie de sa longueur, à l'intérieur de la paroi interne 4a, 4b, à laquelle il est rigidement lié par l'intermédiaire d'un distributeur de fluide lia, llb. Ce distributeur lia, llb comprend un embout axial interne 12a, 12b d'obturation du prolongement du tube central lOa, lOb, et des parois radiales 13a, 13b et 14a, 14b, reliant rigidement, la première, l'extrémité axiale interne du tube central lOa, lOb à la paroi interne 4a, 4b, du côté de l'extrémité axiale du premier soufflet Sa, 5b qui est opposée au fond 8a, 8b, et, la seconde, l'embout interne 12a, 12b à la paroi interne 4a, 4b, du côté de l'extrémité axiale du second soufflet 6a, 6b qui est opposé au fond 9a, 9b.

Entre ses parois radiales 13a, 13b et 14a, 14b, chaque distributeur lia, llb présente des passages radiaux 15a, 15b, qui sont définis symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du dispositif et par rapport à un même plan radial, et qui mettent en communication l'intérieur du tube central 10a, lOb, avec la chambre annulaire 7a, 7b, dans laquelle ils débouchent entre les deux soufflets Sa, 5b et 6a, 6b.

Chaque tube central lOa, lOb présente également une partie d'extrémité axiale externe, qui fait saillie hors du tube externe 3a, 3b et de la paroi interne correspondante 4a, 4b, et qui porte, avec un décalage axial par rapport au fond annulaire 8a, 8b, des moyens de raccordement étanche, tels qu'une bride radiale de fixation 16a, 16b, à l'une des deux conduites de transport de fluide A et B, dont l'une doit présenter une liberté de déformation et/ou de déplacement axial et radial par rapport à l'autre, ces conduites A et B étant sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre, au moins dans leur partie à raccorder par le dispositif 1, destiné à assurer leur découplage mécanique.

Les deux sous-ensembles 2a et 2b sont rigidement liés en série, coaxialement et symétriquement l'un de l'autre par des tubes axiaux 17, rigides et cylindriques de section circulaire, dont les parties d'extrémités axiales sont solidarisées aux fonds 9a et 9b, qu'elles traversent de manière à délimiter des passages axiaux mettant les deux chambres annulaires 7a et 7b en communication l'une avec l'autre. Les tubes 17, qui ont pour effet de relier rigidement les tubes externes 3a et 3b l'un à l'autre et les parois internes 4a et 4b l'une à l'autre par l'intermédiaire des fonds 9a et 9b, sont répartis symétriquement autour de l'axe longitudinal du dispositif, et sont symétriques par rapport à un même plan radial passant par le milieu de leur longueur.

Dans ce dispositif, le premier soufflet Sa, 5b de chaque sous-ensemble 2a, 2b entoure une partie axiale interne du tube central de raccordement 10a, lOb correspondant, et délimite autour de ce dernier et avec lui une cavité 18a, 18b tubulaire d'extrémité axiale, qui est en communication avec le milieu ambiant par un passage axial, lequel est, dans cet exemple, le passage annulaire délimité radialement entre le fond annulaire 8a, 8b et le tube central 10a, lOb.Les quatre soufflets Sa, 5b, 6a et 6b étant identiques, le comportement du dispositif est amélioré en mettant la chambre interne 20, définie par les deux cavités centrales 20a et 20b en communication l'une avec l'autre et délimitées chacune radialement à l'intérieur du second soufflet 6a ou 6b du sous-ensemble correspondant 2a ou 2b, à une pression contrôlée, qui, dans cet exemple, est la pression du milieu ambiant, avec lequel la chambre interne 20 communique par les passages radiaux délimités entre les tubes axiaux 17. De ce fait, ces passages radiaux sont également définis symétriquement autour de l'axe du dispositif et par rapport au même plan radial que pour les tubes 17.

Ainsi la chambre interne 20, définie par les cavités centrales 20a et 20b à l'intérieur des deux soufflets 6a et 6b les plus centraux dans le dispositif, est mise à la même pression ambiante que les cavités tubulaires d'extrémités axiales 18a, 18b à l'intérieur des deux soufflets Sa et 5b les plus externes.

On obtient ainsi un dispositif de découplage autocompensé, comprenant quatre soufflets identiques agencés dans un ensemble tubulaire symétrique constitué de deux sous-ensembles en série 2a,2b, qui comportent chacun deux soufflets Sa et 6a, 5b et 6b, montés en parallèle, puisque les deux soufflets de chaque sous-ensemble sont montés de part et d'autre du distributeur lla ou llb correspondant.

Si le dispositif 1 est raccordé par la bride 16a du tube central 10a de son sous-ensemble 2a à la conduite d'arrivée A de fluide sous pression, et par la bride 16b du tube central lOb de son autre sous-ensemble 2b à la conduite de départ B du fluide sous pression, la circulation du fluide dans le dispositif s'effectue selon les flèches, dans le tube central 10a, de sa bride 16a jusqu'au distributeur lla, puis, par les passages 15a de ce dernier, radialement vers l'extérieur dans la chambre annulaire 7a, puis de celle-ci à l'autre chambre annulaire 7b, puis radialement vers l'intérieur par les passages 15b du distributeur llb, et enfin de ce dernier dans le tube central lOb, jusqu'à sa bride 16b.

Dans la variante du dispositif représentée partiellement sur la figure 2, les tubes externes 3a et 3b des deux sous-ensembles sont constitués chacun par l'une des deux moitiés axiales d'un même tube externe 3. De même, les parois internes 4a et 4b sont chacune l'une des deux moitiés axiales d'une même paroi interne 4, qui, au milieu de sa partie raccordant les extrémités axiales tournées l'une vers l'autre des deux soufflets centraux 6a et 6b, est rigidement reliée au milieu du tube externe 3 par des tubes radiaux, dont un seul est représenté en 21, mais qui sont également répartis symétriquement par rapport à l'axe longitudinal-du dispositif et par rapport à un même plan radial.Sur la figure 1, les passages axiaux de communication entre les chambres annulaires 7a et 7b sont définis par les tubes 17, et les passages radiaux de communication de la chambre interne 20 avec l'extérieur sont délimités entre ces tubes 17 et les fonds 9a et 9b. Sur la figure 2, ces tubes 17 et fonds 9a et 9b sont supprimés, et ce sont les passages radiaux de communication de la chambre interne 20 avec l'extérieur qui sont définis par les tubes 21, les chambres annulaires 7a et 7b communicant directement l'une avec l'autre par les passages axiaux délimités entre les tubes 21.

Dans la variante de la figure 2, si l'on souhaite annuler ou diminuer un déséquilibre initial du dispositif, résultant du fait que, par fabrication et par montage, les quatre soufflets ne peuvent pas être rigoureusement identiques ni montés de manière rigoureusement identique, la pression contrôlée qui règne dans la chambre interne 20, peut être une pression différente de la pression du milieu ambiant en reliant les tubes radiaux 21 par une canalisation 22 à une source externe 23 de pression contrôlée. On assure ainsi une compensation complémentaire. Pour le reste de sa structure, le dispositif de la figure 2 n'est pas différent de celui de la figure 1.

De même, on retrouve sur le dispositif de la figure 3 de nombreux éléments du dispositif de la figure 1, qui sont donc repérés par les mêmes références, et ne sont pas à nouveau décrits ci-dessous.

L'exemple de la figure 3 diffère essentiellement de celui de la figure 1 par le remplacement des fonds 9a et 9b, et des tubes 17, par un unique organe de liaison ou raccord 9, reliant rigidement les deux sous-ensembles 2a et 2b, - au niveau de leurs tubes externes 3a et 3b et de leurs parois internes. Ce raccord 9 est une pièce cylindrique de section circulaire, sur la surface latérale externe de laquelle les extrémités en regard des deux tubes externes 3a et 3b sont soudées axialement de part et d'autre de quatre passages radiaux 24, de section circulaire et de petit diamètre, percés selon deux axes perpendiculaires et dans un même plan radial, pour former deux paires de passages diamétralement opposés, comme représenté sur la figure 4. Ces passages radiaux 24 mettent en communication l'extérieur du raccord 9, et donc du dispositif, avec un perçage axial central 25 de section circulaire et de grand diamètre, qui fait axialement communiquer les cavités, telles que 20a, internes aux soufflets centraux, tels que 6a, pour former la chambre interne 20 ainsi mise à l'atmosphère. Ce passage 25 est également délimité par deux bagues cylindriques solidaires du raccord 9, de chaque côté de ce dernier, et dont une seule 26a est visible sur la figure 3. Chaque bague telle que 26a constitue l'extrémité axiale correspondante de la paroi interne telle que 4a du sous-ensemble dans laquelle elle est axialement engagée, et l'extrémité correspondante du second soufflet ou soufflet central, tel que 6a, de ce sous-ensemble est fixée de manière étanche autour d'elle.

Le raccord 9 présente également, autour de son passage central 25, quatre passages axiaux périphériques 27, dont chacun présente une section transversale sensiblement en forme de haricot et qui s'étend dans un secteur angulaire délimité entre deux petits passages radiaux 24 adjacents, comme représenté sur la figure 4. Ces passages axiaux périphériques 27 assurent la communication entre les deux chambres annulaires, telles que 7a, du dispositif, en étant en alternance avec les passages radiaux 24, en direction circonférentielle autour de l'axe longitudinal du dispositif, et en étant ainsi répartis symétriquement autour de cet axe.

Sur la figure 3 également, le distributeur, tel que lla, de chaque sous-ensemble est d'une seule pièce avec le tube central correspondant, tel que lOa, dont il constitue l'extrémité axiale interne au dispositif et fermée par l'embout 12a. Les parois radiales telles que 13a et 14a du distributeur lla sont formées dans un même bossage cylindrique présenté par l'axe tel que 10a en saillie radiale vers l'extérieur, et dans lequel sont ménagés les passages radiaux 15a, percés selon deux axes perpendiculaires et dans un même plan radial pour former deux paires de passages diamétralement opposés, comme représenté sur la figure 5.

Dans chaque sous-ensemble tel que 2a, les extrémités axiales, tournées l'une vers l'autre, des deux soufflets tels que Sa et 6a sont chacune fixée de manière étanche autour de la surface latérale externe du bossage 28, axialement de part et d'autre des perçages 15a radiaux de ce dernier. Ces perçages 15a débouchent ainsi directement, vers l'intérieur, dans le tube central correspondant, tel que lOa, et, vers l'extérieur, dans la chambre annulaire correspondante telle que 7a.L'extrémité axiale du premier soufflet, tel que Sa, qui est tournée vers le fond annulaire tel que 8a, est fixée de manière étanche autour d'une bague cylindrique telle que 29a, solidaire du fond 8a et en saillie axiale vers l'intérieur du dispositif, alors que l'extrémité axiale correspondante du tube externe, tel que 3a est soudée sur la surface latérale externe du fond 8a ou d'une collerette la prolongeant et en saillie axiale vers l'extérieur. Cette bague 29a, de même diamètre que la bague 26a du raccord 9, entoure avec du jeu radial le tube central tel que lOa, avec lequel elle délimite un passage annulaire et axial 19a de communication de la cavité tubulaire d'extrémité axiale 18a, à l'intérieur du soufflet Sa, avec le milieu ambiant.De plus, le fond tel que Sa de chaque sous-ensemble est équipé d'une vis de purge telle que 30a.

Enfin, chaque bride de fixation 16a ou 16b est emmanchée et soudée sur l'extrémité axiale externe du tube central lOa ou lOb correspondant par une bague 31a ou 31b, et elle présente quatre évidements radiaux, s'ouvrant vers l'extérieur, tels que 32a, pour le passage de boulons de fixation à une bride analogue présentée par l'extrémité en regard de la conduite sur laquelle le tube central lOa ou lOb est à raccorder.

Afin de limiter les effets des pertes de charge, lorsqu'un fluide sous pression traverse le dispositif d'une extrémité à l'autre, certaines sections de passage dans le dispositif sont avantageusement légèrement et progressivement croissantes dans le sens de l'écoulement du fluide. Ces sections de passages croissantes sont celles du tube central lOa ou lOb, des passages radiaux 15a ou 15b du distributeur lia ou llb, ainsi que des passages axiaux 20 ou 27 entre les chambres annulaires 7a et 7b. Il en résulte que les deux sous-ensembles ne sont pas rigoureusement symétriques l'un de l'autre.En effet, si le sous-ensemble 2a est raccordé par son tube lOa à la conduite d'arrivée de fluide, la section de passage dans le tube 10a est progressivement croissante de la bride 16a vers le distributeur lia, les passages radiaux 15a de ce dernier sont légèrement divergents radialement vers l'extérieur, alors que dans le sousensemble 2b, raccordé à la conduite de refoulement, les passages radiaux du distributeur sont légèrement divergents radialement vers l'intérieur, et la section de passage du tube central est progressivement croissante du distributeur vers la bride de raccord 16b. De plus, sur la figure 3, les passages axiaux 27 sont divergents de la chambre annulaire 7a vers la chambre annulaire 7b, de même que les tubes 20 sur la figure 1.

Des essais conduits avec un dispositif selon les figures 3 à 6, raccordant deux tubulures dont l'une n'était pas rigidement liée à l'autre, ont permis de vérifier l'absence d'effet de fond, avec et sans débit de fluide, ainsi que la grande souplesse axiale et latérale du dispositif sous pression. En particulier, sa rigidité lon- gitudinale d'ensemble est égale à celle d'un seul soufflet.

En plus d'un bon découplage mécanique assuré entre les deux tubulures auxquelles il est raccordé, le dispositif a pour avantage de présenter une faible section transversale, et d'être d'un coût de réalisation limité, puisque sa structure ne comporte pas de pièces complexes.

Afin de diminuer encore les pertes de charge, on peut améliorer la circulation du fluide au travers du dispositif en entourant, par exemple, chaque soufflet d'une chemise longitudinale logée dans les chambres annulaires 7a et 7b, ainsi qu'en arrondissant les sections de passage du fluide au niveau des changements de direction, notamment aux débouchés des passages radiaux des distributeurs lla et llb d'une part dans les tubes centraux lOa et lOb et d'autre part dans les chambres annulaires 7a et 7b.

Bien que toutes les pièces du dispositif des figures 3 à 6 soient métalliques, y compris les soufflets, ces derniers peuvent être réalisés dans d'autres matériaux souples, et les autres pièces du dispositif peuvent être réalisées dans d'autres matériaux rigides.

Une application de dispositifs selon les figures 3 à 6 est schématiquement représentée sur la figure 7, qui concerne un montage d'essai d'une maquette d'avion équipée de simulateur de réacteur dans une soufflerie aérodynamique, dans laquelle la maquette est pesée par une balance de mesures des efforts aérodynamiques s'exerçant sur elle.

La maquette pesée 33 est celle d'un avion biréacteur, dont chacune des deux nacelles motrices 34, suspendue sous une aile, renferme une turbine à air 35, simulant un réacteur, et alimentée en air comprimé à partir de l'une de deux conduites d'alimentation 36 supportées par un dard de soufflerie 37, sur lequel la maquette 33 est emmanchée par la partie arrière de son fuselage. Ce dard 37 est lui-même supporté par un secteur porte-dard 38, lié à la structure de la soufflerie dont une paroi est schématiquement représentée en 39. Dans son fuselage, la maquette 33 est solidarisée, par les supports internes 40 et 41, à une balance schémati- quement représentée en 42. Chaque conduite 36, reliée à une source d'air comprimé, se termine par un embout rigidement maintenu sur un support 43 fixé sur la partie du dard 37 qui est interne à la maquette 33.Dans la maquette, pour chaque turbine 35, un dispositif de découplage 1, tel que celui des figures 3 à 6, est monté entre le support fixe 43, sur lequel il est raccordé à la conduite 36, et le support 41, mobile avec la maquette 33, et sur lequel il est raccordé à une conduite 44 de transmission d'air comprimé, représentée en traits interrompus, entièrement logée dans la maquette, et aboutissant à une turbine à air 35 pour l'entraîner.

Afin de ne pas perturber les écoulements aérodynamiques sur la voilure et autour de la simulation de motorisation, l'air détendu en sortie de la turbine 35, et dont le volume a augmenté du fait de la détente, est récupéré par une ou plusieurs conduites de récupération, non représentées mais également entièrement logées dans la maquette, par exemple disposées sous la conduite de transmission 44, et qui se terminent par des embouts fixés sur un support mobile avec la maquette, au niveau duquel elles sont raccordées à deux dispositifs de découplage tels que le dispositif 1, mais disposées sous ce dernier, et ces deux dispositifs de découplage sont également raccordés, au niveau du support fixe 43, à deux conduites d'évacuation de l'air détendu, également non représentées, mais pouvant être disposées sous les conduites d'alimentation 36, et également liées au dard de soufflerie 37, de sorte que l'air détendu sortant des turbines 35 revienne par la maquette 33 et soit évacué loin derrière le montage d'essai.

Il est clair que le problème du découplage du circuit pneumatique au voisinage de la balance 42 est ainsi doublé et aggravé par les caractéristiques thermiques et volumiques de l'air de retour fortement détendu. Malgré cela, les essais réalisés avec les dispositifs de découplage auto-compensés selon les figures 3 à 6 dans le montage de la figure 7 ont permis de constater que l'agencement particulier des soufflets du dispositif de découplage selon 1 invention assurait un excellent découplage latéral et axial du circuit pneumatique vis-à-vis de la balance aérodynamique, pratiquement sans effet d'hystérésis.En effet, le dispositif de découplage élimine l'effort axial de pression (effet de fond), possède une hystérésis quasinulle, ainsi qu'une faible rigidité axiale (équivalente à celle d'un seul soufflet) et transversale, qui n'entraînent qu'une faible interaction de la pression interne et de la température sur la balance, cette interaction étant non seulement très faible, mais constante, donc reproductible d'un montage à l'autre. Ceci est notamment dû à la symétrie dans les directions axiale et radiale des passages d'air du dispositif, en particulier au niveau de ses distributeurs, qui n'engendrent pas d'effet parasite sur la balance.

Les applications du dispositif de découplage selon l'invention ne sont pas limitées à l'équipement des maquettes de soufflerie, mais s'étendent aux applications industrielles dans lesquelles un découplage mécanique fin est nécessaire entre des éléments de tuyauterie ou des récipients raccordés et sous pression.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de découplage (1), destiné à raccorder deux conduites (A, B) de transport de fluide sous pression, en assurant leur découplage mécanique sans effet d'hystérésis, lesdites conduites (A, B) étant, au niveau de leur extrémité à raccorder, sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre et telles que l'une présente une liberté de déplacement axial et/ou radial par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, deux sousensembles tubulaires (2a, 2b), montés en série sensiblement coaxialement et sensiblement symétriquement l'un par rapport à l'autre, et qui comportent chacun

- deux soufflets compensateurs identiques (5a, 6a ; 5b, 6b) montés coaxialement, et dont chacun est élastiquement déformable axialement et radialement,

- un tube central (10a, lOb) de raccordement à l'une respectivement desdites conduites (A, B),

- un tube externe (3a, 3b), rigidement lié au tube externe de l'autre sous-ensemble (2a, 2b),

- une chambre annulaire (7a, 7b), délimitée radialement entre, d'une part, le tube externe (3a, 3b), et, d'autre part, une paroi interne (4a, 4b) au moins partiellement déformable, qui est au moins partiellement constituée des deux soufflets (5a, 6a ; 5b, 6b) dudit sous-ensemble (2a, 2b), ladite chambre annulaire (7a, 7b) étant en communication avec la chambre annulaire de l'autre sous-ensemble,

- un fond (8a, 8b), qui relie ledit tube externe (3a, 3b) à ladite paroi interne (4a, 4b) en fermant radialement ladite chambre annulaire (7a, 7b) à son extrémité axiale du côté opposé à l'autre sous-ensemble et,

- des moyens (lla, llb) de distribution de fluide, mettant l'intérieur dudit tube de raccordement (10a, lOb) en communication avec ladite chambre annulaire (7a, 7b), entre lesdits deux soufflets (5a, 6a ; 5b, 6b) délimitant cette dernière.

2. Dispositif de découplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans chaque sous-ensemble (2a, 2b), une cavité centrale (20a, 20b) délimitée radialement à l'intérieur d'un soufflet (6a, 6b) de ce sous-ensemble (2a, 2b) est en communication avec la cavité centrale de l'autre sous-ensemble et définit avec elle une chambre interne (20) à pression contrôlée.

3. Dispositif de découplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre interne (20) est en communication avec le milieu ambiant par au moins un passage radial (24).

4. Dispositif de découplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre interne (20) est en communication (21, 22) avec une source externe (23) de pression contrôlée.

5. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que, dans chaque sousensemble (2a, 2b), ladite cavité centrale (20a, 20b) est délimitée à l'intérieur du soufflet (6a, 6b) dudit sousensemble qui est situé du côté de l'autre sous-ensemble.

6. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes externes (3a, 3b) des deux sous-ensembles (2a, 2b) sont, chacun, constitués par l'une respectivement des deux moitiés axiales d'un même tube externe (3), dans lequel les deux chambres annulaires (7a, 7b) sont directement dans le prolongement l'une de l'autre.

7. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux chambres annulaires (7a, 7b) sont en communication l'une avec l'autre par au moins deux passages axiaux (17), définis symétriquement autour de l'axe commun aux sous-ensembles (2a, 2b) et par rapport à un même plan radial, et traversant des fonds (9a, 9b) de fermeture radiale des chambres annulaires (7a, 7b) à leurs extrémités axiales en regard l'une de l'autre.

8. Dispositif de découplage selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits fonds de fermeture des chambres annulaires (7a, 7b) à leurs extrémités axiales en regard l'une de l'autre comprennent un organe de liaison (9) des deux sous-ensembles (2a, 2b), qui relie rigidement les tubes externes (3a, 3b) et les parois internes (4a, 4b) des sous-ensembles(2a, 2b), et qui présente

- au moins un passage axial central (25) de communication entre les deux cavités centrales (20a, 20b),

- des passages axiaux périphériques (27) de communication entre les deux chambres annulaires (7a, 7b), et qui sont répartis autour du ou des passages axiaux centraux (25) et chacun de section transversale en forme de haricot, et

- des passages radiaux (24) de communication entre au moins un passage axial central (25) et l'extérieur, lesdits passages radiaux (24) étant alternés avec lesdits passages axiaux périphériques (27) en direction circonférentielle autour de l'axe commun aux sous-ensembles (2a, 2b).

9. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube central de raccordement (10a, lOb), les deux soufflets (5a, 6a ; 5b, 6b) et le tube externe (3a, 3b) de chaque sous-ensemble (2a, 2b) sont de révolution autour de l'axe commun lorsque le dispositif (1) est au repos.

10. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens (pila, llb) de distribution de fluide comprennent au moins deux passages (15a, 15b) radiaux symétriquement définis autour de l'axe commun aux sous-ensembles (2a, 2b) et par rapport à un même plan radial, et débouchant, d'une part, dans ledit tube de raccordement (lOa, lOb), et, d'autre part, dans ladite chambre annulaire (7a, 7b).

11. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, dans chaque sousensemble (2a, 2b), un soufflet (5a, 5b) entoure une partie dudit tube central (10a, lOb) de raccordement et délimite autour de ce dernier et avec lui une cavité tubulaire d'extrémité axiale (18a, 18b), qui est en communication avec le milieu ambiant par au moins un passage axial (19a).

12. Application du dispositif de découplage (1) selon l'une des revendications 1 à 11, à l'alimentation en fluide moteur sous pression d'au moins un simulateur de moteur (35) monté sur une maquette (33) en soufflerie aérodynamique et associée à une balance (42) mesurant les efforts exercés sur la maquette.

13. Application selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle consiste à alimenter en air comprimé au moins une turbine à air (35), logée dans une nacelle motrice (34) d'une maquette d'avion (33), équipée d'au moins un simulateur de moteur et associée à une balance de mesures aérodynamiques (42), par l'intermédiaire d'au moins un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11, logé à côté de la balance (42) dans la maquette (33), et raccordant une conduite (44), liée à la maquette (33) et alimentant la turbine (35), à une conduite (36) raccordée à une source d'air comprimé et liée à un dard de soufflerie (37) sur lequel est emmanchée la maquette (33).

14. Application selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle consiste à évacuer l'air détendu en sortie d'au moins une turbine (35) par une conduite d'évacuation liée au dard de soufflerie (37) par l'intermédiaire d'au moins un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11, logé à côté de la balance (42) dans la maquette (33) et raccordant ladite conduite d'évacuation à une conduite de récupération dudit air détendu en sortie de turbine qui est liée à la maquette (33).