FR2714129A1

FR2714129A1 - Disque de frein, notamment pour roue d'avion, comportant une matière à changement de phase.

Info

Publication number: FR2714129A1
Application number: FR9415398A
Authority: FR
Inventors: Douglas D Moseley; James W Burbick
Original assignee: Aircraft Braking Systems Corp
Current assignee: Meggitt Aircraft Braking Systems Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1995-06-23
Anticipated expiration: 2014-12-21
Also published as: GB2285104A; JP3845781B2; GB9425885D0; US5613578A; FR2714129B1; GB2285104B; JPH07217681A

Abstract

Le disque de frein 100, 200, notamment pour une roue d'avion, présente au moins une face plane d'usure 102, 104, 202, 204 destinée à coopérer avec la face d'usure d'un disque adjacent, ce disque étant constitué en une matière composite densifiée à base de carbone et étant caractérisé en ce qu'un volume spécifique d'une matière 50 à changement de phase est contenu dans un noyau central du disque, en étant noyé dans la matière composite entre les faces d'usure pour absorber l'énergie thermique engendrée lors du fonctionnement du disque.

Description

L'invention concerne, d'une manière générale, les disques de frein, en

particulier dans l'application aux ensembles de freins à disques multiples pour avion,et

elle concerne plus particulièrement encore la configura-

tion des disques de rotor et de stator d'un empilement de

disques de frein de manière à fournir une capacité amélio-

rée de l'énergie de freinage lors du freinage des roues

tournant à grande vitesse, notamment pour un avion.

Plus spécifiquement, l'invention fournit un disque de frein constitué d'une matière composite à base

de carbone présentant au moins une cavité d'une configura-

tion particulière à l'intérieur de la matière composite,

cette cavité étant agencée et destinée de manière à rece-

voir et contenir un volume spécifique d'une matière à chan-

gement de phase qui agit pour absorber de grandes quantités de chaleur avec une augmentation minimale de température

lors du freinage de la roue tournant à grande vitesse.

On a déjà réalise des progrès de types nombreux

et variés dans la technique des roues et des freins, notam-

ment dans la configuration et la composition des roues,des

pneumatiques et des disques de frein des roues et des en-

sembles de freins. Ces efforts ont été concentrés particu-

lièrement dans l'industrie aéronautique, en raison de l'aug-

mentation des performances des avions. Les avions modernes

volent plus vite, et ils décollent et atterrissent égale-

ment à des vitesses supérieures par rapport à leurs prédé-

cesseurs et, par conséquent, il est devenu nécessaire de faire progresser également la technique pour ce qui est des

roues et des freins de manière à assurer la sécurité aérien-

ne. Un progrès particulier dans la technique des freins a consisté dans le développement d'un disque de frein composite à base de carbone qui présente un degré élevé de freinage tout en contribuant à une réduction marquée du poids de l'ensemble de freinage de l'avion. Il subsiste

une difficulté particulière qui réside en ce que des tem-

pératures très élevées sont engendrées lors du freinage de l'avion, et en particulier dans le cas du freinage d'ur- gence de l'avion. Ces températures élevées affectent de nombreux éléments de la roue et de l'ensemble de freinage, notamment des constituants à structure critique, tels que les pneumatiques et les divers détecteurs électroniques qui peuvent être présents pour donner des informations sur le fonctionnement de la roue et du frein. L'effet néfaste de ces températures élevées est si important que, lorsqu'un

avion interrompt son décollage en raison d'un danger,l'in-

dustrie considère que tous les constituants de la roue et de l'ensemble de freinage, à l'exception de l'axe, doivent

être mis au rebut pour des raisons de sécurité.

Pour permettre l'abaissement de la tempéra-

ture élevée, d e s mesures d'écran et d' isolation

ont été incorporées dans les roues et les freins. Ces mesu-

res protègent les composants critiques d'une surchauffe en service normal et d'une défaillance liée à la chaleur dans une situation de freinage d'urgence. Toutefois, le souhait des constructeurs d'avions est de réduire continuellement le poids à la fois structurellement et dans l'abaissement de la chaleur pour donner aux avions des performances et une charge utile maximales. La présente invention fournit des moyens pour réduire le poids des moyens d' absorption

de la chaleur pour une capacité donnée d'énergie de frei-

nage et/ou pour augmenter de manière significative la ca-

pacité d'absorption d'énergie pour un poids donné de dispo-

sitif d'écoulement de la chaleur.

Par conséquent, conformément à un premier aspect de la présente invention, un but de celle-ci est de fournir

une configuration de frein de disque, notamment d'un ensem-

ble de frein à disquesmultiples,et plus particulièrement pour un avion, qui augmente la capacité de l'énergie de freinage lors du freinage d'une roue tournant à grande vitesse, Selon un autre aspect de l'invention, un but de

celle-ci est de fournir un disque de rotor et/ou de sta-

tor d'un ensemble de freinage à disques multiples qui ren-

ferme un volume d'une matière à changement de phase à l'in-

térieur de la structure du corps du disque, entre ses sur-

faces d'usure de freinage, de manière à absorber de gran-

des quantités de chaleur lorsque la matière change d'état sans qu'il en résulte une augmentation de la température

pendant l'action de freinage.

Conformément à un autre aspect de l'invention,

un but de celle-ci est de fournir un disque de frein pré-

sentant au moins une cavité à configuration particulière

à l'intérieur du corps du disque, entre ses faces exté-

rieures planes d'usure de freinage, cette cavité étant

agencée pour porter intérieurement un volume d'une matiè-

re à changement de phase, de manière à augmenter la capa-

cité d'absorption d'énergie lors du freinage de la roue.

Selon un autre aspect encore de la présente invention, un but de celle- ci est de fournir un disque de frein présentant une configuration de cavités à l'intérieur du corps en matériau de friction constituant le disque,

l'agencement géométrique des cavités étant tel qu'il défi-

nit une configuration structurelle en treillis qui main-

tient les propriétés structurelles de résistance du dis-

que, ces cavités étant agencées pour porter intérieurement un volume spécifique d'une matière à changement de phase

pour augmenter la capacité d'absorption d'énergie du dis-

que.

Selon encore un autre aspect de l'invention,

un but de celle-ci est de fournir un disque de frein cons-

titué d'une matière composite à base de carbone rendue très dense et présentant un noyau central annulaire constitué

d'une matière à changement de phase déposée en phase va-

peur dans une matrice de carbone à faible densité et à hau-

te résistance, ledit disque de frein présentant des quali-

tés élevées d'absorption d'énergie lorsqu'il est soumis à

une action de freinage dans un empilement de frein à dis-

ques multiples d'un ensemble de roue et de frein, notam-

ment d'un avion.

Les divers aspects et avantages ci-dessus de l'invention, ainsi que d'autres, sont atteints grâce au

fait que le disque de friction est en une matière compo-

site de friction à base de carbone présentant un volume d'une matière à changement de phase qui est encapsulée dans le noyau de matière de friction entre ses surfaces faciales

d'usure de frein, la matière à changement de phase agis-

sant pour augmenter la capacité d'énergie de freinage lors

du fonctionnement du disque de frein.

On comprendra mieux l'invention à la lecture de

la description qui va suivre, prise en conjonction avec les

dessins annexés qui font partie de la description, de di-

vers modes de réalisation préférés de l'invention. Dans les dessins: FIG. 1 est une vue en plan d'un disque de frein

montrant le noyau intérieur du disque qui a été modifié con-

formément à l'invention, ce disque étant un disque de sta-

tor pouvant être appliqué dans un empilement à disques mul-

tiples de disques de frein constituant un ensemble de frein pour avion; FIG.2 est une vue en plan d'un disque de frein de rotor qui a été modifié conformément à l'invention et qui peut être monté en alternance avec le disque de stator représenté sur la FIG. 1;

FIG.3 est une vue en coupe de la moitié d'un dis-

que de stator et d'un disque de rotor associé lorsque ceux- ci sont montés en alternance dans un empilement de disques de frein; FIG.4 montre, en coupe et en vue partielle, une

élévation d'un disque de frein, suivant une première confi-

guration de fabrication applicable à l'invention;

FIG.5 est une vue analogue à la FIG.4 et relati-

ve à une deuxième configuration de fabrication applicable à l'invention; FIG.6 est une vue analogue aux FIGS. 4 et 5 et

relative à une troisième configuration de fabrication appli-

cable à l'invention; FIG.7 est une vue analogue aux FIGS. 4 à 6 et

relative à une quatrième configuration de fabrication appli-

cable à l'invention; FIG.8 est une vue en plan d'un disque de frein

montrant une configuration structurelle en treillis du no-

yau intérieur qui est applicable aux disques de stator et de rotor; FIG.9 est une vue analogue aux FIGS. 4 à 7 et montrant un mode de réalisation de l'invention suivant une variante; et

FIG.10 est une vue partielle en plan, avec arra-

chement, d'un disque de frein montrant un autre mode de réa-

lisation de l'invention.

En référence aux dessins, la FIG. 1 est une vue

en plan d'un disque de frein, désigné d'une manière généra-

le par la référence numérique 100, qui a été modifié pour satisfaire aux besoins de l'invention. Le disque de frein 100 constitue un disque de stator, tel qu'on peut le trouver dans un empilement de disques qui constituent les éléments de freinage par friction d'un ensemble de roue et de frein,

l'axe central de cet ensemble étant indiqué en Ax sur cet-

te Figure.

La FIG. 2 est également une vue en plan d'un dis-

que de frein désigné d'une manière générale par la référence numérique 200, qui a été modifié conformément à l'invention

et qui constitue un disque de rotor dans l'empilement de dis-

ques de frein, les disques 100 et 200 constituant des disques

alternés de l'empilement de disques de frein.

Les disques de frein 100 et 200 sont portés sur ou autour d'un tube 10 ou analogue de transmission de couple qui constitue un élément fonctionnel primaire de l'ensemble de roue et de frein et qui est monté sur une enveloppe de

frein (non représentée) suivant une position axiale par rap-

port à l'axe de roue (non représenté), de manière à être fi-

xe par rapport à tous éléments tournants de l'ensemble de

roue et de frein.

De manière habituelle, les disques de stator 100 peuvent être caractérisés par un alésage axial traversant 12 qui est configuré pour présenter une pluralité de gorges ou rainures de clavette 14 qui s'étendent radialement et qui

sont conformées pour coopérer avec une pluralité correspon-

dante de clavettes ou saillies de couplage 16 qui s'éten-

dent radialement et qui sont prévues sur la surface périphé-

rique extérieure du tube 10 de transmission de couple. De

cette manière, les disques de stator 100 sont maintenus fi-

xes par rapport au tube 10, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas tourner autour de l'axe Ax. Les disques de stator sont également caractérisés par un diamètre extérieur total D1

qui est inférieur au diamètre extérieur total D2 des dis-

ques de rotor 200 d'une quantité qui est un peu supérieu-

re à deux fois la profondeur d'une pluralité de gorges ou rainures de clavette 24 prévues dans le bord périphéri- que extérieur des disques de rotor 200. Les gorges 24 sont conformées pour pouvoir coopérer avec une même pluralité

de clavettes ou saillies d'entraînement 36 qui sont pré-

vues dans un alésage 32 d'une roue 30 montée à rotation autour de l'axe Ax. Ainsi, les disques de rotor 200 peuvent

tourner conjointement avec la roue 30. Les disques de ro-

tor 200 sont également caractérisés par un alésage traver-

sant 22 présentant un diamètre D3 qui est légèrement supé-

rieur au diamètre extérieur total Dt du tube 10 de trans-

mission du couple, ce diamètre Dt étant mesuré sur la péri-

phérie des clavettes d'entraînement 16 diamétralement oppo-

sées du tube 10. Les disques de rotor 200 peuvent ainsi tourner autour du tube 10 sans interférer avec celui-ci et

avec ses clavettes d'entraînement 16.

Il résulte de la description ci-dessus des dis-

ques de stator 100 et des disques de rotor 200 que, lorsque les disques sont placés en alternance dans un ensemble de frein, il existe une zone annulaire de surface d'usure de freinage qui est commune à la fois aux disques de stator et

de rotor. Par exemple, la zone annulaire d'un disque de sta-

tor 100 est définie par la différence de diamètres D1-D3, c'est-à-dire par la différence entre le diamètre extérieur Dl d'un disque de stator 100 et le diamètre D3 de l'alésage

traversant d'un disque de rotor 200. En variante, la surfa-

ce annulaire d'un disque de rotor 200 est également définie

par la différence de diamètres D1-D3, et à la fois les dis-

ques de stator 100 et de rotor 200 présentent des zones an-

nulaires d'usure qui sont en correspondance axiale l'une par rapport à l'autre. En d'autres termes, lorsque les disques

de stator et de rotor sont alternés dans un empilage de dis-

ques de frein de ces éléments, la zone de surface annulaire d'usure par friction d'un disque, tournée vers l'intérieur, est placée pour coopérer lors du freinage avec la surface annulaire d'usure par friction, tournée vers l'extérieur,

d'un disque adjacent à celui-ci.

L'homme de métier pourra comprendre que la des-

cription ci-dessus est seulement générale car elle se rap-

porte à des agencements de montage et de coopération des

disques de stator et de rotor d'un ensemble de frein à dis-

ques multiples. Par exemple, la position des clavettes d'en-

traînement et des rainures de clavettes visent de manière conventionnelle divers types d'éléments de renforcement qui peuvent être fixés sur le bord périphérique de disques en carbone pour maintenir l'intégrité de la résistance dans les zones de coopération des clavettes et des rainures. De tels renforcements appartiennent à la technique connue; ils n'ont donc pas été représentés et décrits, du fait qu'

ils n'affectent aucunement la présente invention. Par con-

séquent, la présente invention ne doit pas être considérée

comme étant limitée dans sa portée par tous éléments parti-

culiers de renforcement des clavettes et/ou des rainures de clavettes qui peuvent être appliqués aux disques de stator

et/ou de rotor tels qu'ils sont modifiés par l'invention.

En référence à nouveau aux FIGS. 1 et 2, les dis-

ques de stator 100 et de rotor 200 sont représentés tels qu'ils peuvent être modifiés pour comporter une pluralité de poches, évidements ou cavités qui sont désignés d'une

manière générale par la référence numérique 40 sur les des-

sins. Les cavités 40 sont situées principalement à l'inté-

rieur des frontières définies pour les zones annulaires de

surfaces d'usure de frein des disques, c'est-à-dire les zo-

nes définies par la différence de diamètres D1-D3.

Les cavités 40 présentent diverses formes géomé-

triques qui peuvent être par exemple des formes circulaires 42,

oblongues, ovales 44 et/ou des formes triangulaires 46.

Ces formes peuvent être utilisées isolément ou en diverses

combinaisons de manière à maintenir l'intégrité de la résis-

tance de la matière composite à base de carbone qui consti-

tue la structure du disque. Par exemple, et en référence à la FIG. 8 des dessins, on peut voir et comprendre qu'il

existe une configuration en treillis de la matière composi-

te à base de carbone, cette configuration reliant le bord périphérique intérieur 12 d'un disque de stator 100 avec le

bord périphérique extérieur 18 de ce disque. La même confi-

guration en treillis existe à l'intérieur d'un disque de rotor 200, et elle relie le bord périphérique intérieur 22

avec le bord périphérique extérieur 20 de ce même disque.

Cette configuration en treillis peut être appliquée lorsque les cavités 40 sont nombreuses et de faible taille, comme représenté. Toutefois, lorsque la cavité est d'une taille

beaucoup plus grande et couvre une aire continue de la sur-

face du disque, le raidissement du disque peut être obtenu

par d'autres moyens qui seront décrits plus en détail ci-

après. En tout cas, des cavités 40 peuvent être configurées

dans un disque de frein en matière composite à base de car-

bone en utilisant divers procédés d'usinage bien connus,no-

tamment le formage par moulage, l'usinage et/ou les techni-

ques de perçage.

Les cavités 40 servent à encapsuler ou contenir de manière fermée u n volume ou quantité spécifique d'une matière à changement de phase à l'intérieur du noyau ou corps du disque, e n t r e l e s s u r f a c e s

d'usure de freinage du disque, dans la zone annulaire défi-

nies par la différence de diamètres D1-D3. La matière à changement de phase agit pour absorber l'énergie élevée et, par conséquent, la chaleur engendrée lors du freinage d'une

roue tournant à grande vitesse, lorsque les disques de sta-

tor 100 et de rotor 200 viennent à coopérer par contact

pour l'action de freinage de la roue à vitesse élevée.

Il doit être compris que la représentation des disques 100 et 200 sur les dessins est schématique, et

n'est donc pas complète, en ce sens que les surfaces d'usu-

re par friction ne sont pas représentées. Les surfaces d'usure de frein sont constituées en une matière composi-

te à base de carbone densifiée qui est répartie d'une ma-

nière sensiblement continue sur l'étendue annulaire des dis-

ques. Les surfaces d'usure ne sont pas représentées sur les dessins de manière à faciliter la clarté des dessins et la

description qui concernent essentiellement l'agencement et

la configuration particuliers des cavités 40.

En référence maintenant également à la FIG. 3

des dessins, on a représenté en coupe une moitié des dis-

ques 100 et 200 lorsque ces disques sont amenés en coopéra-

tion de contact facial plan dans un ensemble à empilement de disques de frein. Sur cette Figure, les rayons R1, R2 et R3 correspondent respectivement au diamètre de disques

D1, D2 et D3 des FIGS. 1 et 2. On comprendra d'après la re-

présentation de la FIG. 3 que les zones de surface d'usure de frein peuvent également être définies par la différence de rayons exprimée par R1-R3, R1 étant la distance depuis l'axe central Ax jusqu'à la périphérie extérieure du disque et R3 étant la distance depuis l'axe central Ax jusqu'à la surface de l'alésage 22 du disque 200, mais également

jusqu'au fond des rainures de clavettes 14 du disque 100.

Bien entendu, et comme indiqué précédemment, les zones de surface d'usure de frein sont annulaires autour de la zone

circonférencielle des disques 100 et/ou 200.

On comprendra d'après la FIG. 3 que les cavités sont sensiblement à l'intérieur du corps principal de chacun des disques 100 et 200, et non pas dans l'épaisseur des surfaces d'usure de freincette épaisseur étant indiquée en "d" sur la Figure. Ainsi, on peut voir que la matière à changement de phase, qui est indiquée par la référence numérique 50, peut être encapsulée ou noyée à l'intérieur

du noyau ou âme du corps de disque par les faces extérieu-

res d'usure par friction des disques. Par exemple, le dis-

que de stator 100 peut présenter une face d'usure 102 tour-

née vers l'extérieur et une face d'usure 104 tournée vers l'intérieur et, avant toute usure par freinage, l'épaisseur de chacune de ces faces est égale à "d",comme montré sur la Figure. De manière similaire, un disque de rotor 200

peut présenter une face d'usure 202 tournée vers l'exté-

rieur et une face d'usure 204 tournée vers l'intérieur et,

avant toute usure par freinage, chacune de ces faces pré-

sente une épaisseur "d". Il résulte de ce qui précède qu' on peut comprendre que la face d'usure extérieure 202 du disque de rotor 200 viendra en coopération de contact par friction avec la face d'usure 104 tournée vers l'intérieur

du disque de stator 100 lors du freinage du disque de ro-

tor 200 claveté sur la roue.

Les disques de frein de stator 100 et de rotor 200 peuvent être fabriqués de différentes manières et en utilisant des procédés et/ou des techniques qui sont bien connus dans l'industrie. Les disques 100 et 200 peuvent

être fabriqués de manière à comporter des volumes ou quan-

tités de la matière à changement de phase à l'intérieur du noyau du disque, comme montré sur les FIGS. 4,5 et 6, et

cela peut être réalisé indépendamment du fait qu'un dis-

que est un disque de stator ou de rotor.

En référence maintenant à la FIG. 4 des dessins,

on a représenté un frein de disque en coupe partielle,com-

me un ensemble unique, qui est désigné de manière générale par la référence numérique 300. Ce frein de disque peut être fabriqué en réalisant d'abord un corps central 306

constitué en une matière composite à base de carbone den-

sifiée et caractérisé par une face d'usure de frein 304 et une pluralité de cavités 40 orientées axialement et formées dans le corps 306 lors d'un processus de moulage, de

fraisage ou de perçage du corps, en utilisant l'un quelcon-

que de ces procédés bien connus. Les cavités 40 peuvent en-

suite être remplies d'un volume approprié de la matière 50

à changement de phase qui est encapsulée ou noyée à l'inté-

rieur du corps 306 par un disque 302 constituant la face d'usure extérieure de frein. Le disque 302 est lié au corps 306 par toute technique connue pour produire un disque de

frein unique en une seule pièce. Par conséquent, et seule-

ment à titre d'exemple, les faces d'usure 302 et 304 du dis-

que de frein peuvent présenter chacune une épaisseur "d", tandis que la profondeur de chaque cavité 40, dans le sens axial, peut être égal à "dl", comme représenté. L'épaisseur

totale du disque final 300 en une seule pièce est par con-

séquent égal à "2d + dl".

En référence maintenant à la FIG. 5 des dessins,

un disque de frein selon la présente invention peut égale-

ment être fabriqué, comme représenté par la vue en coupe,

* ce disque étant désigné d'une manière générale par la réfé-

rence numérique 400. Le disque de frein 400 définit un

corps 406 qui est fabriqué par toute technique convention-

nelle, suivant une épaisseur "dl",comme représenté. Le dis-

que 406 peut être formé par moulage, fraisé ou percé pour produire une pluralité d'alésages ou cavités traversants 40 qui peuvent ensuite être remplis par un volume approprié de la matière 50 à changement de phase. Deux disques 402

et 404 constituant les faces d'usure de frein sont égale-

ment fabriqués de manière conventionnelle, et ils sont liés au disque 406 pour produire un disque de frein unique 400 en une seule pièce. Les disques 402 et 404 constituant les

faces d'usure de frein peuvent chacun présenter une épais-

seur "d", l'épaisseur totale du disque 400 fini étant, par

conséquent, égale à "2d + dl", correspondant à celle du dis-

que 300 réalisé selon la représentation de la FIG. 4.

En référence maintenant à la FIG. 6 du dessin, on a représenté un autre procédé de fabrication d'un disque de frein selon l'invention, suivant une vue partielle en coupe, et ce disque est constitué par un ensemble qui est désigné d'une manière générale par la référence numérique 500. Le disque de frein 500 comporte deux corps identiques 506 présentant chacun une face d'usure de frein respective 502, 504, dont chacune a une épaisseur "d",comme montré sur la Figure. Chaque corps 506 présente une épaisseur de 1/2(dl), et il est caractérisé par des cavités 40 qui sont remplies chacune d'un volume approprié de la matière 50 à changement de phase. Aux dimensions près, les corps 506 de

la FIG. 6 sont identiques au corps 306 de la FIG.4, c'est-

à-dire que les cavités 40 débouchent sur la face radiale

du corps 506 qui est opposéeà la face radiale d'usure 504.

Les deux corps 506 sont liés ensemble suivant une coopéra-

tion faciale, par leurs faces sur lesquelles débouchent les cavités 40, pour former un disque de frein 500 d'une seule

pièce présentant une épaisseur totale de "2d+dl". Bien en-

tendu, il va de soi que les deux corps 506 peuvent être identiques ou différents, car il n'est pas nécessaire que les cavités des deux disques viennent en correspondance. Il

est seulement nécessaire qu'il existe une surface de liai-

son suffisante entre les deux moitiés de corps de manière

à pouvoir former le disque de frein 500 d'une seule pièce.

Comme indiqué précédemment, les disques de frein 300,400 et 500 peuvent être fabriqués en tant que disques de stator ou de rotor d'un ensemble à empilement de disques

de frein,et ils peuvent également être réalisés pour pré-

senter des diamètres et des épaisseurs divers selon la con-

ception et/ou l'application particulières de l'ensemble de frein. Au surplus, les disques peuvent présenter ou non

la même épaisseur, car ils peuvent être différents à l'in-

térieur d'un même empilement de disques de frein, et ce

indépendamment du fait qu'un disque est un disque de sta-

tor ou un disque de rotor.

En ce qui concerne maintenant la matière 50 à

changement de phase, qui est encapsulée ou noyée à l'inté-

rieur des cavités 40 des disques 300, 400 et/ou 500, on a

trouvé que cette matière doit satisfaire à diverses spéci-

fications qui sont nécessaires par exemple dans l'applica-

tion au freinage des avions. Tout d'abord, la matière à changement de phase doit présenter une chaleur élevée

de fusion et avoir un point de fusion applicable aux tempé-

ratures qui sont engendrées typiquement dans l'application au freinage des avions. Par exemple, les températures de

crête des disques de frein sont situées, de manière carac-

téristique, d'environ 260 C à 820 C en usage normal, et peuvent dépasser 1650 C pour l'énergie maximale engendrée lors d'un décollage interrompu. Le changement de phase de l'état solide à l'état liquide est généralement souhaité à

une température élevée, lorsque les disques de frein attei-

gnent une limite d'absorption d'énergie, ou pour une tempé-

rature spécifique des disques pour empêcher le dépassement d'une limite de température pour la structure environnante

de roue et de frein, notamment les pneumatiques et les élé-

ments du train d'atterrissage de l'avion. En général, cela

conduit à souhaiter un point de fusion de la matière à chan-

gement de phase situé dans la plage de 540eC à 16500C selon l'utilisation spécifique d'un avion particulier. Au surplus, on doit considérer le point d'ébullition de la matière 50 à

changement de phase. Cela donne une autre transition de chan-

gement de phase et une capacité associée de grande absorp-

tion d'énergie. Cela soulève également des questions en re- lation avec la création de pressions élevées de vapeur et

une libération potentielle de ces vapeurs dans l'atmosphère.

On doit considérer la toxicité des vapeurs, en particulier pour des matières à changement de phase présentant un point d'ébullition relativement bas. La matière 50 à changement de phase doit être chimiquement compatible avec la matière composite à base de carbone formant la structure du disque

de frein, ou bien elle doit être encapsulée dans cette ma-

tière composite à base de carbone de telle manière qu'aucun type de contamination provenant des diverses sources ne

puisse se produire. De manière idéale, la matière à chan-

gement de phase ne doit pas nécessiter une isolation com-

plète par rapport à la matière composite à base de carbone,

et ne doit pas être chimiquement réactive lors d'une expo-

sition limitée à la diffusion des divers fluides et/ou sol- vants qui peuvent être présents dans un environnement du type d'un avion. Certains des fluides et solvants auxquels un système de frein pour avion peut être exposé peuvent être

les fluides de dégivrage, les fluides ou solvants de netto-

yage, l'eau et/ou la vapeur d'eau, et les fluides hydrauli-

ques et les graisses des avions. Des matières appropriées

du type à changement de phase sont connues dans la techni-

que, et certaines d'entre elles présentent un point de fusion qui se situe dans la plage de 540 C à 1650 C. On a constaté qu'une matière particulière à changement de phase

qui convient dans ce type d'application est un composé fluo-

rure de lithium (LiF) qui, sous une forme en poudre cris-

talline essentiellement fine et de haute pureté, présente un point de fusion d'environ 850 C et un point d'ébullition

d'environ 1750 C.

On comprendra que la dilatation de la matière

à changement de phase doit pouvoir se produire à l'in-

térieur des cavités 40. Ainsi on doit déterminer qu'une certaine fraction de vide doit exister par rapport à la capacité totale de chaque cavité, de manière à permettre la dilatation de la matière à changement de phase lors de

la fabrication des disques de frein 300,400 et 500 repré-

sentés sur les FIGS. 4,5 et 6. On a déterminé que la frac-

tion de volume de la matière à changement de phase doit de préférence être située dans la plage de 10 t à 95 ô, en fonction de la matière particulière à changement de phase et du fait que les cavités 40 contiennent ou non d'autres matières.

De manière, d'une part, à maintenir une distri-

bution régulière de la matière 50 à changement de phase à l'intérieur des cavités 40 et, d'autre part, à augmenter le transfert de chaleur à travers la matière à changement de phase, des moyens de confinement peuvent être prévus à

l'intérieur des cavités 40. Le type particulier de ces mo-

yens n'est pas un facteur de limitation de l'invention mais, toutefois, on fait de préférence appel à une structure en nid d'abeille qui confère au surplus une certaine intégrité

structurelle au disque de frein dans les zones des cavités.

En référence maintenant également à la FIG. 7

des dessins, on a représenté une vue arrachée en perspecti-

ve d'un disque de frein désigné d'une manière générale par la référence numérique 600. Le disque 600 est représenté partiellement arraché de manière qu'on puisse voir le noyau

intérieur de la matière composite 606 à base de carbone pré-

sentant une cavité annulaire 40 et des disques de frein 602 et 604 formant les faces d'usure et pouvant être réalisés par l'un quelconque des procédés ou techniques décrits et illustrés en référence aux FIGS. 4, 5 et 6. Le disque de

frein 600 peut être un disque de stator ou un disque de ro-

tor et, par conséquent, les rainures de clavettes qui sont

habituellement associées à chaque disque,ne sont pas repré-

sentées sur cette FIG. 7. On peut voir que, du fait que la

cavité 40 présente une forme annulaire à l'intérieur du no-

yau du disque, il n'existe aucune configuration structurel-

le du type treillis ou réseau entre les anneaux ou périphé-

ries intérieur et extérieur du disque. Dans ce cas, on peut prévoir un dispositif de confinement 60 qui est conformé

pour s'adapter à la forme annulaire de la cavité. Le dispo-

sitif de confinement 60 peut comporter tout type de matiè-

re à base de carbone à résistance élevée en forme de matri-

ce et/ou de structure du type à nid d'abeille, et ces in-

terstices ou alvéoles sont remplis du volume approprié de

la matière à changement de phase. On comprendra qu'une dis-

tribution plus régulière et un volume plus précis de matiè-

re à changement de phase peuvent être obtenus à l'aide du dispositif de confinement 60. Une matière particulière pour ce dispositif peut être un graphite pyrolytique distribué

sous la marque GRAFOIL par la Société Union Carbide Cor-

poration. Cette matière peut être facilement mise en forme pour s'adapter aux diverses formes des cavités 40, et elle

fournit une haute conductivité thermique directionnelle né-

cessaire pour ce type d'application aux freins.

En référence maintenant à la FIG. 9 des dessins, on a représenté une variante de réalisation de l'invention à l'aide d'une vue partielle en coupe, similaire aux FIGS.4 à 6, qui comporte un disque de frein désigné d'une manière

générale par la référence numérique 700. Le disque 700 com-

porte un noyau 706 et deux disques de frein 702 et 704 défi-

nissant les faces d'usure. Contrairement aux techniques de fabrication représentées sur les FIGS. 4 à 6, le noyau 706 du disque 700 est constitué par une bague intérieure 708 en une matière composite à base de carbone densifiée et par

une bague extérieure en une matière composite à base de car-

bone densifiée, qui encapsulent ou entourent une bague con-

tinue 720 constituée par une matrice à faible densité et haute résistance présentant une matière 50 à changement de phase déposée en phase vapeur dans les interstices de la matrice. La bague matrice 720 est complètement encapsulée

dans la matière composite à base de carbone densifiée cons-

tituant les bagues 708 et 710 et les disques 702 et 704.Les

principaux avantages de cette configuration de disque rési-

dent dans le fait que le formage par moulage, l'usinage ou le perçage sont éliminés pour la formation des cavités et qu'on peut utiliser diverses matières à base de carbone, de

céramique ou de fibres pour fabriquer le noyau 706 pour di-

verses tailles et/ou applications du disque.

En référence maintenant à la FIG. 10, on a re-

présenté une variante de réalisation du disque de frein de l'invention, ce disque étant désigné d'une manière générale par la référence numérique 800. Du fait que le disque de frein 800 peut être un disque de stator ou un disque de rotor d'un empilage de disques, on n'a pas représenté les

rainures de clavettes qui caractérisent chacun de ces ty-

pes de disques, mais seulement la zone constituant la face d'usure de frein, car elle est commune aux deux types de disques et peut être définie par la différence des diamè-

tres D1 et D3, comme décrit en référence aux FICS. 1 et 2.

Le disque de frein 800 comporte un noyau central 806 en une matière composite à base de carbone densifiée qui a été modifié du fait qu'on a prévu une pluralité

d'alésages traversants 808. Les alésages 808 sont de pré-

férence disposés suivant un motif qui décrit une configu-

ration structurelle en forme de treillis du noyau 806 qui peut être similaire à celle qui est représentée sur la FIG. 8. La configuration en treillis maintient l'intégrité

structurelle du disque de frein dans l'application à la-

quelle il est destiné. Chacun des alésages 808 porte ou renferme un volume spécifique de la matière 50 à changement

de phase, ce volume étant déterminé par le nombre d'alésa-

ges 808, leurs diamètres et le type de la matière à chan-

gement de phase que l'on utilise. Les alésages 808 peuvent être tous de même diamètre, ou bien ils peuvent présenter des diamètres différents, mais ils ont de préférence un

faible diamètre de telle manière que la matière 50 à chan-

gement de phase, à grains fins, soit maintenue dans chaque alésage par simple contact de frottement entre les grains à changement de phase et la matière composite à base de

carbone qui sert de support.

Le noyau 806 est complété par des disques de

frein 802 et 804 formant les faces d'usure et liés au no-

yau par l'intermédiaire de tout procédé et/ou technique

connu. Les disques faciaux 802 et 804 agissent pour encap-

suler la matière 50 à changement de phase à l'intérieur

du noyau central du disque de frein. Dans cette configura-

tion, on estime qu'aucun type de dispositif de confinement n'est nécessaire. Bien entendu, on comprendra que le

disque de frein 800 peut être fabriqué selon l'une quelcon-

que des techniques décrites en référence aux FIGS. 4 à 6 et que les alésages traversants 808 peuvent être formés par moulage, usinage ou perçage dans le noyau central 806 et suivant tous agencement et/ou configuration géométrique voulus. Enfin, et en référence à nouveau aux FIGS. 1 à 3, on estime qu'on peut configurer les diverses géométries des cavités 40 dans un noyau de disque sur tout ou partie de l' épaisseur d u disque. Bien que i e s FIGS. 1 et 2 montrent les diverses formes de cavités dans la direction axiale, la FIG. 3 montre diverses géométries de cavités du type borgne ou intérieur. Un avantage de la conformation des cavités borgnes ou intérieures est illustré à l'aide des cavités 40 qui vont en s'amincissant et qui laissent plus de matière composite à base de carbone densifiée dans les zones des rainures de clavettes 14 du disque de stator

100 et des rainures de clavettes 24 du disque de rotor 200.

De manière très claire, les diverses formations des cavités

peuvent être faites pour donner un volume maximal de rem-

plissage par la matière à changement de phase dans un no-

yau de disque sans sacrifier l'intégrité structurelle du disque. Au surplus, les diverses matières à changement de phase qui peuvent être utilisées seront choisies sur la base du point de fusion, de la chaleur de fusion, de la tension superficielle, de la viscosité, de la pression de vapeur, du changement de volume lors de la fusion, de la dilatation thermique et de la compatibilité chimique avec la matière composite à base de carbone qui constitue la

structure de support pour la matière à changement de phase.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation, non plus qu'au mode d'application, qui ont été décrits; on pourrait au contraire concevoir

diverses variantes sans sortir pour autant de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Disque de frein pour un frein à disque mul-

tiples, notamment pour roue d'avion, le disque de frein (100,200,300,400, 500,600,700,800) présentant des faces planes parallèles opposées d'usure de frein (102,104,202, 204,302,304,402,404,502,504,602,604,702,704, 802,804) pour coopérer avec les faces associées d'usure de frein d'autres

disques de l'ensemble, caractérisé en ce qu'il est consti-

tué en une matière composite densifiée à base de carbone

renfermant un volume spécifique d'une matière (50) à chan-

gement de phase qui est contenue dans un noyau central (306,406,506,606, 706,806), complètement à l'intérieur de la matière composite, entre les faces d'usure de frein pour

absorber l'énergie thermique engendrée lors du fonctionne-

ment du disque de frein.

2. Disque de frein selon la revendication 1,

caractérisé en ce que la matière (50) à changement de pha-

se occupe 10-95 t du volume disponible dans le noyau cen-

tral entre les faces parallèles d'usure du disque.

3. Disque de frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière à changement de phase est

portée dans une pluralité de cavités (40,808)axialement orien-

tées dans le noyau central (306,406,506,806) du disque.

4. Disque de frein selon la revendication 3,

caractérisé en ce que la disposition des cavités(40,808)défi-

nit une configuration structurelle en treillis du noyau cen-

tral

5. Disque de frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des cavités (40) comporte un dispositif de confinement (60) à l'intérieur de la cavité, ce dispositif portant intérieurement la matière à changement

de phase et étant constitué en une matière à haute conduc-

tivité pour augmenter la conduction de chaleur à travers

la matière à changement de phase, ce dispositif de confi-

nement (60) étant par exemple une structure en nid d'abeil-

le en carbone pyrolytique.

6. Disque de frein selon la revendication 3,

caractérisé en ce que les cavités (40,808)comportent une plu-

ralité d'alésages percés de faible diamètre qui contiennent chacun un volume spécifique d'une matière à changement

d'état et à grains fins.

7. Disque de frein selon l'une des revendications

i à 6, caractérisé en ce qu'un disque de frein (300) d'une seule pièce est fabriqué et comporte un premier disque en une matière composite densifiée à base de carbone présentant une épaisseur axiale (d+dl), (d) étant l'épaisseur axiale de la face d'usure (304) et (dl) étant l'épaisseur axiale du noyau central (306) qui contient la matière à changement de phase, et un second disque (302) en matière composite densifiée à base de carbone présentant une épaisseur axiale (d) qui est lié au noyau central (306) pour définir la face parallèle plane opposée d'usure du disque (300) qui présente

une épaisseur totale (2d+dl).

8. Disque de frein selon l'une des revendications

1 à 6, caractérisé en ce qu'un disque de frein d'une seule pièce (400) est fabriqué et comporte un noyau central (406)

présentant une épaisseur axiale (dl) et contenant intérieu-

rement la matière à changement de phase, et deux disques

d'usure de frein (402,404) dont chacun présente une épais-

seur axiale (d) et qui sont liés au noyau central (406) pour former le disque de frein d'une seule pièce qui présente une

épaisseur totale de (2d + dl).

9. Disque de frein selon l'une des revendications

1 à 6, caractérisé en ce qu'un disque de frein (500) d'une

seule pièce est fabriqué et comporte un premier disque pré-

sentant une face d'usure (502) d'une dimension axiale (d) et un noyau central (506) de dimension axiale (dl/2), et un second disque présentant une face d'usure (504) de dimension axiale (d) et un noyau central (506) de dimension axiale

(dl/2), lesdits premier et second disques étant liés ensem-

ble par leur noyau central (506,506) pour former le disque

de frein d'une seule pièce qui présente une épaisseur axia-

le totale de (2d+dl).

10. Disque de frein selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, caractérisé en ce que la matière à changement de phase est portée dans une cavité (40) de forme annulaire ménagée à l'intérieur du noyau central (606,706), entre les

faces d'usure (602,604, 702,704) et y est maintenue par l'in-

termédiaire d'un dispositif de confinement (60), constitué par exemple d'une matière à base de carbone pyrolytique à

haute conductivité, qui maintient une distribution réguliè-

re de la matière à changement de phase dans la cavité et

permet la pénétration de la chaleur dans la matière à chan-

gement de phase lors du fonctionnement du disque de frein, le dispositif de confinement (60) présentant par exemple une

configuration en nid d'abeille.

11. Disque de frein selon l'une des revendica-

tions 1 à 10, caractérisé en ce que la matière à changement de phase comporte un composé de fluorure de lithium (LiF), suivant un volume de 40-90 % du volume disponible de la ou

des cavités (40).

12. Ensemble de roue et de frein, notamment pour

avion, comportant des disques de frein et constitué d'un em-

pilement d'une pluralité de disques de freinage par friction en une matière composite densifiée à base de carbone, les disques étant alternés en des disques de stator clavetés de manière non tournante sur un tube (10) de transmission de couple et en des disques de rotor clavetés pour pouvoir tourner avec la roue, les disques de stator et de rotor

effectuant le freinage de la roue par coopération de con-

tact par friction de leurs faces d'usure planes de frei-

nage, définies par le diamètre extérieur (D1) des disques de stator et le diamètre (D3) de l'alésage intérieur des

disques de rotor, caractérisé en ce que les disques de ro-

tor et/ou de stator comportent en combinaison: un noyau central (306,406,506,606,706,806), en

une matière composite densifiée à base de carbone, présen-

tant une pluralité de cavités (40,808) ménagées axialement dans la matière composite à l'intérieur du contour de la zone des faces d'usure définie par la différence de diamètres

(D1-D3),

un volume spécifique d'une matière (50) à chan-

gement de phase, notamment à fine granulométrie, contenue dans chacune desdites cavités; et un disque (102,104,202,204,302,304,402,404,502, 504, 602,604,702,704,802,804) définissant une face d'usure

de frein, en une matière composite densifiée à base de car-

bone, de chaque c6ôté du noyau central pour effectuer l'en-

capsulation de la matière à changement de phase à l'inté-

rieur du disque de frein d'une seule pièce formé par le

noyau central et les disques définissant les faces d'usure.

13. Ensemble selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que la matière à changement de phase occupe 10-

v du volume disponible à l'intérieur de la zone annulai-

re des faces d'usure du noyau central.

14. Ensemble selon l'une des revendications 12

et 13, caractérisé en ce que les cavités sont disposées

suivant un agencement qui définit une configuration struc-

turelle en treillis dans le noyau central.

15. Ensemble selon l'une des revendications 12

à 14, caractérisé en ce que chaque cavité contient un dis-

positif (60), par exemple à configuration en nid d'abeille, qui maintient une distribution sensiblement régulière de

la matière à changement de phase dans la cavité, ce dispo-

sitif étant de préférence constitué en une matière à hau-

te conductivité thermique pour augmenter la conduction de

la chaleur dans la matière à changement de phase.

16. Ensemble selon l'une des revendications 12

à 15, caractérisé en ce que les cavités (40) présentent une

pluralité de formes géométriques (42,44,46), notamment cir-

culaires, triangulaires ou oblongues, et en ce que chaque

cavité comporte un dispositif de confinement (60), par exem-

ple en matière à base de carbone pyrolytique à haute conduc-

tivité thermique, qui est placé dans ladite cavité et qui

maintient une distribution sensiblement régulière de la ma-

tière à changement de phase.

17. Ensemble selon l'une des revendications 12

à 16, caractérisé en ce qu'un disque (300) comporte un pre-

mier élément présentant une épaisseur axiale (d+dl) et un second élément (302) présentant une épaisseur axiale (d), (dl) constituant l'épaisseur axiale d'un noyau central(306)

et (d) constituant l'épaisseur du disque (302,304) définis-

sant une face d'usure.

18. Ensemble selon l'une des revendications 12

à 16, caractérisé en ce qu'un disque (400) comporte un pre-

mier élément (406) présentant une épaisseur axiale (dl) et

deux seconds éléments (402,404) présentant chacun une épais-

seur axiale (d), (dl) représentant l'épaisseur axiale du noyau central et (d) représentant l'épaisseur axiale d'un

disque définissant une face d'usure.

19. Ensemble selon l'une des revendications 12

à 16, caractérisé en ce qu'un disque (500) comporte un pre-

mier élément présentant une épaisseur axiale (d + dl/2) et un second élément présentant une épaisseur axiale(d+dl/2), (dl/2) représentant l'épaisseur axiale d u noyau central (506) de chacun desdits premier et second éléments et (d) représentant l'épaisseur axiale de chacun de deux disques

(502,504) définissant les faces d'usure.

20.Ensemble selon l'une des revendications 12

à 19, caractérisé en ce que la matière (50) à changement de phase est constituée par un composé de fluorure de lithium (LiF).

21. Ensemble selon l'une des revendications 12

à 20, caractérisé en ce que chacune des cavités(40,808) est constituée par un alésage percé de faible diamètre, et en ce que les alésages sont disposés suivant un agencement qui

définit une configuration structurelle en treillis à l'in-

térieur du contour de la zone des faces d'usure.

22. Ensemble de roue et de frein, notamment pour avion, comportant des disques de frein et constitué d'un

empilement d'une pluralité de disques de freinage par fric-

tion en une matière composite densifiée à base de carbone,

les disques étant alternés en des disques de stator clave-

tés de manière non tournante sur un tube (10) de transmis-

sion de couple et en des disques de rotor clavetés pour pouvoir tourner avec la roue, les disques de stator et de rotor effectuant le freinage de la roue par coopération de

contact par friction de leurs faces d'usure planes de frei-

disques de rotor, caractérisé en ce que les disques de ro-

tor et/ou de stator comportent en combinaison: un noyau central (706) comportant, d'une part,

une bague intérieure (708), en une matière composite den-

sifiée à base de carbone, qui définit un alésage axial cen-

tral du disque de frein, d'autre part une bague extérieure (710), en une matière composite densifiée à base de carbo- ne, qui définit le contour extérieur du disque, et d'une autre part une bague intermédiaire (720), entre les bagues

intérieure (708) et extérieure (710), constituée d'une ma-

trice à faible densité et à haute résistance; une matière (50) à changement de phase qui est déposée en phase vapeur dans les interstices de la matrice; et un disque (702,704), en une matière composite densifiée à base de carbone, définissant une face d'usure et disposé d'un côté du noyau central (706) pour effectuer

avec l'autre disque (702,704) l'encapsulation de la matri-

ce et de la matière à changement de phase.

23. Ensemble selon la revendication 22, caracté-

risé en ce que la bague intermédiaire (720) du noyau cen-

tral (706) est radialement définie par la différence de

diamètres (D1 - D3).

24. Ensemble selon l'une des revendications 22

et 23, caractérisé en ce que la matrice est constituée en

une matière à base de carbone.