LU81760A1 - Pneumatique pour roues d'avion - Google Patents
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Description
• {. ; \ 7 φ
La présente invention concerne les pneumatiques qui, d'après les normes ou règlements en usage, doivent d'une part résister sans dommage à une pression, dite pression d'épreuve.
Cette pression d'épreuve est égale à un multiple de la pression 5 de gonflage à froid, dite pression de service, prévue par les mêmes normes ou règlements. D'autre part, les mêmes pneumatiques dépourvus de charge doivent présenter, à leur pression de service, des cotes d'encombrement (largeur axiale maximale, diamètres extérieurs à l'équateur et/ou aux épaules) également définies par 10 les normes ou règlements.
Une catégorie de pneumatiques ainsi normalisés ou réglementés est celle des pneumatiques pour avions. Pour les pneumatiques d'avions, la pression d'épreuve est égale à quatre fois la pression de service. Plus particulièrement, l'invention 15 se rapporte aux pneumatiques à encombrement et pression d'épreuve normalisés, dotés d'une armature de carcasse à éléments de renforcement radiaux ancrée à au moins une tringle dans chaque bourrelet et entourée d'une armature de sommet formée d'au moins une nappe d'éléments de renforcement parallèles.
20 II est connu que dans un pneumatique doté d'une armature de carcasse radiale dépourvue d'armature de sommet, l'armature de carcasse prend sous l'effet de la pression de gonflage un profil méridien d'équilibre dit naturel.
Ce profil méridien d'équilibre naturel est défini par la 25 relation : 0 0
Il _ TJ *- cos Φ = _e .
2-2 s e φ est l'angle formé par la droite tangente au profil méridien d'équilibre et l'axe de rotation, en un point de' ce profil de rayon R par rapport à l'axe de rotation du pneumatique. Rg est 30 le rayon du point où le profil méridien d'équilibre atteint la distance axiale maximale du plan équatorial et a une tangente ' parallèle au plan équatorial du pneumatique. Ce plan équatorial est perpendiculaire à l'axe de rotation et est un plan de symétrie du profil d'équilibre. Rs est le rayon du point du profil 35 d'équilibre le plus éloigné de l'axe de rotation. Ce point est formé par l'intersection du profil méridien d'équilibre avec la trace du plan équatorial sur le plan méridien ou radial contenant le profil d'équilibre.
I I I
- 2 - ft
La relation_çjL-âes-8ûs montre que le profil méridien d* égu 1.1 ij^r-e^hature 1 pris par l'armature de carcasse seule est, si l'on fait abstraction de l'extensibilité des éléments de renforcement, indépendant de la pression de gonflage.
5 L'armature de sommet d'une part confère au pneumatique doté d'une armature de carcasse radiale certaines propriétés d'utilisation. Dans les pneumatiques de l'espèce considérée, l'armature de sommet ceinture l'armature de carcasse dans le but de conférer, lorsque la pression de gonflage est égale à la pression 10 de service, à l'armature de carcasse et, par suite, au pneumatique, des cotes d'encombrement (diamètres à l'équateur et aux épaules, largeur axiale maximale) conformes aux normes ou réglements.
Lorsqu'on gonfle un tel pneumatique, l'armature de carcasse tend a prendre son profil méridien d'équilibre naturel. Il en 15 résulte une expansion de l'armsiure de carcasse qui soumet
l'armature de sommet à une tension circonférentielle croissant avec la pression de gonflage. En effet, cette tension circonférentielle T satisfait en première approximation à la relation D P
T = —:— par unité de largeur (dans le sens axial) 2 20 de l'armature de sommet. Dans cette relation D est le diamètre de l'armature de sommet à l'équateur et P la pression de gonflage du pneumatique.
Or la pression d'épreuve est un multiple de la pression de service. Ainsi l'armature de sommet se trouve soumise à une 25 tension circonférentielle d'épreuve qui est un multiple (par exemple 4 fois pour les pneumatiques d'avions) de la tension circonférentielle de service. L'adoption, pour le calcul de la résistance à la pression d'épreuve de l'armature de sommet (produit de la tension d'épreuve par le coefficient de sécurité 50 choisi), d'un coefficient de sécurité usuel, conduit à une armature de sommet formée d'un nombre exagéré d'éléments de renforcement et/ou de nappes, même en utilisant des éléments de renforcement en matériaux ayant les modules d'élasticité les plus a élevés. Notamment l'épaisseur radiale/vou la raideur à la flexion 35 trop importantes d'une telle armature de sommet portent préjudice au comportement et/ou à l'endurance d'un tel pneumatique.
L'objet de la présente invention est la conception d’un pneumatique de l'espèce considérée qui satisfasse aux exigences des normes ou règlements, tout en évitant l'hypertrophie de l’armature 40 de sommet, ainsi que les inconvénients ci-dessus qui en découlent.
- 3 - *
En conséquence^!'invention prévoit de doter le pneumatique de 1'espèce.-oonsidërée d'une armature de sommet élastique, extensi-s blé circonférentiellement,telle que, le pneumatique étant monté sur la jante correspondante et dépourvu de charge 5 a) lorsque la pression de gonflage est voisine de 10 i» de la pression de service du pneumatique, les diamètres du pneumatique à l'équateur et aux épaules soient inférieurs aux mêmes diamètres imposés sous une pression de gonflage égale à la pression de service, et la largeur axiale maximale du pneumatique soit supérieure à la 10 même largeur imposée sous une pression égale à la pression de service et b) lorsque la pression de gonflage est égale à la pression d'épreuve, l'allongement circonférentiel de l'armature de sommet * par rapport à la longueur de celle-ci lorsque la pression de 15 gonflage est voisine de 10 de la uression de service est tel que environ l'armature de carcasse atteigne/son profil méridien d'équilibre naturel.
Une variante préférentielle de l’invention consiste à doter le pneumatique de l'espèce considérée d'une armature de 20 carcasse dont les éléments de renforcement, sous une pression de gonflage égale à la pression d'épreuve, soient peu extensibles.
Ceci facilite le tracé du profil d'équilibre naturel de l'armature de carcasse. liais il est aussi possible de tracer ce profil d'équilibre en tenant compte de l'extensibilité des éléments de 25 renforcement radiaux de l'armature de carcasse.
Les éléments de renforcement de l'armature de carcasse ayant, sous une tension correspondant à la pression de service du pneumatique, un allongement relatif inférieur à 5 S» par rapport à une tension nulle peuvent être considérés, dans le cadre de 50 l'invention, comme des éléments de renforcement peu extensibles. _ Ceci est le cas notamment lorsque les éléments de renforcement sont des câbles en fils d'acier (allongement relatif k la rupture inférieur à 2,5 i°).
De préférence aussi, lorsque la pression de gonflage est 55 voisine de 10^ de la pression de service, les diamètres du pneumatique à l'équateur et aux épaules sont inférieurs d'au moins 5 i<> aux mêmes diamètres mesurés sous une pression de gonflage égale à la pression de service du pneumatique. On améliore ainsi la répartition des accroissements des diamètres aux pressions de 40 service et d'épreuve.
• · « - 4 - %
Par allongement circonférentiel de l'armature de sommet on entend, par convention cLans'dle cadre de la présente invention, la variation^d©'la'longueur développée de l'armature de sommet élastique, résultant du gonflage du pneumatique d'une pression voisine de 5 10 io de la pression de service à une pression supérieure à la première, cette variation étant évaluée le long d'un cercle équatorial imaginaire disposé sur la face radialement interne de l'armature de sommet du pneumatique monté sur une jante correspondante, mais non chargé.
10 L'allongement de l'armature de sommet conforme à l'invention sous une pression de gonflage égale à la pression d'épreuve est tel que l'armature de carcasse se trouve environ à son profil méridien d'équilibre naturel et que notamment le rayon équatorial ^ ‘ correspond à peu près au rayon équatorial R0 du profil d'équilibre 15 naturel. Ainsi, en raison de 1'extensibilité,de préférence limitée, des éléments de renforcement de l'armature de carcasse radiale, l'armature de carcasse absorbe quasi-totalement les contraintes provenant du gonflage du pneumatique à la pression d'épreuve. Il en résulte que la tension circonférentielle de l'armature de sommet 20 reste à peu près limitée à celle correspondant à l'expansion totale de l'armature de carcasse sous l'effet de la pression d'épreuve.
D'où, l'avantage de pouvoir réduire la résistance de l'armature de sommet et notamment diminuer le prix et le poids de celle-ci. En outre, l'extensibilité de l'armature de sommet et la réduction de 25 son renforcement favorise l'expansion de l'armature de carcasse vers son profil d'équilibre naturel. Au profil d'équilibre naturel la tension d'un élément de renforcement radial, par exemple un, fil ou un câble de l'armature de carcasse, correspond à la relation t = π·ρ (rs2 - yù.
n 30 Dans cette relation P est la pression de gonflage, Rg et R^ sont les rayons précédemment définis, n le nombre d'éléments de renforcement compté le long d'un parallèle perpendiculaire à la direction radiale et Jt = 3» 14.
L'utilisation d'une armature de sommet extensible en combi-35 riaison avec une armature de carcasse radiale est connue. On utilise par exemple une telle armature de sommet dans certains procédés de confection. Dans ces procédés, on pose l'armature de sommet sur l'armature de carcasse lorsque celle-ci se trouve à l'état . d'ébauche cylindrique. Puis on conforme à la forme toroxdale 40 l'ensemble ainsi constitué, soit avant l'introduction - 5 - * dans le moule de vulcanisation, soit dans celui-ci. l'extensibilité : de .Uarmature de sommet est obtenue en utilisant des éléments de renforcement extensibles, ou en utilisant des-éléments ou des nappes de sommet ondulés dont les ondulations disparaissent sous 5 l'effet de l'allongement provoqué par l'expansion à la forme toroïdale. La malléabilité de la gomme à l'état non vulcanisé facilite l'extensibilité de l'armature de sommet.
l'extensibilité de l'armature de sommet selon l'invention, par contre, s’entend à l'état vulcanisé du pneumatique. Elle 10 implique fondamentalement l'élasticité de l'armature de sommet, c'est-à-dire le retour automatique de celle-ci à sa longueur circonférentielle à la pression de service lorsqu'on abaisse la pression de la pression d'épreuve à la pression de service, puis à sa longueur circonférentielle initiale sous 0,1 fois la 15 pression service, lorsqu'on abaisse la pression à 0,1 fois la pression de service, sous réserve de l'hystérésis des matériaux utilisés pour fabriquer les éléments de renforcement, la variation de l'allongement'circonférentiel de l'armature de sommet est fonction des cotes d'encombrement imposées par les normes ou 20 règlements. A partir de ces cotes extérieures (pourvues par ailleurs de tolérances chiffrées) à respecter lorsque le pneumatique est gonflé à sa pression de service et des cotes (largeur et diamètre) de la jante correspondante, on définit le tracé méridien de l'armature de carcasse radiale, c'est-à-dire la longueur 25 développée de l'armature de carcasse. Cette longueur développée intervient dans la variation d'allongement circonférentiel de l'armature de sommet sous l'action de la pression d'épreuve.
les moyens pour satisfaire cette extensibilité sont nombreux. A.titre d'exemples, on peut citer les suivants, utilisés 50 isolément ou en combinaison* ------- -
On peut utiliser des éléments de renforcement d'une part sous forme de câblés en matériaux textiles élastiques. Ces câbles ont des allongements relatifs à la rupture compris entre 10 et 40 Ainsi,aux toisions de câblage usuelles, les câblés en polyamide 55 présentent des allongements relatifs à la rupture pouvant aller jusqu'à environ 40 fo, ceux en polyester pouvant àLler jusqu'à environ 20 %.
• · · * - 6 - D'autre part, des^aatértaux métalliques, à modules ' <l'élasticité tels que l’acier, permette nt_ la ,fa.hr i cati on '—" ΊΓ’ éléments de renf orcement sous foirai de^câbXës ‘diis élastiques selon le brevet français 1188 486. les câbles d’acier élastiques 5 ont un allongement relatif à la rupture d’au moins 6 %.
On utilise de préférence l’élasticité des éléments de renforcement d’une ou plusieurs nappes de sommet lorsque ces nappes de sommet forment des angles nuis ou faibles, mais inférieurs à 20° sexagésimaux, avec la direction circonférentielle du 10 pneumatique.
Fiais on peut aussi utiliser des éléments de renforcement moins élastiques ou des éléments de renforcement usuels en combinaison avec des nappes formant des angles supérieurs à 20°, avec la direction circonférentielle .du pneumatique. L’élasticité 15 des mélanges élastomères vulcanisés qui enrobent les éléments de renforcement des nappes permet alors les variations de longueur appropriées de l’armature de sommet. On peuten cas de besoin, utiliser des mélanges élastomères d’enrobement des éléments de renforcement, dont les modules d’élasticité à l’état vulcanisé 20 sont inférieurs aux modules d’élasticité des mélanges usuels (250 à 850 da2î/cm2, mesurés à 100 $ d’allongement).
le dessin et la description qui en est faite ci-après · illustrent un exemple d’exécution de la présente invention.
L’exemple choisi est celui d’un pneumatique d’avion de 25 dimensions normalisées 30 x 8.8-15 (en pouces) ou 762 x 223-3S1 (en millimètres) de la série VII (normes T.R.A. Tire and Rim Association) monté sur une jante de dimensions 7 x 15 (en pouces) ou 178 x 381 (en millimètres).
La figure unique représente à une échelle réduite la moitié 30 gauche d’une coupe radiale schématique 1 d’un tel pneumatique, ---la moitié droite étant symétrique par rapport à la trace ZZ’ du plan équatorial sur le plan du dessin, plan qui contient aussi l’axe de rotation YY’ du pneumatique.
L’encombrement extérieur imposé à la pression de service 35 (demi-largeur axiale maximale B/2, rayons R1 à l’épaule et R à l’équateur) est indiqué par une ligne en trait mixte 2.
• » ·
V
- 7 - - La figure représente..dans un plan méridien le profil de l'armature^de^arcas^e à la fois sous 10 i» de la pression de service repère 30), sous la pression de service (repère 31) et sous la pression d'épreuve (repère 32). Le profil 32 est sensiblement le 5 profil méridien d'équilibre naturel de l'armature de carcasse.
La pression maximale de service d'un pneumatique des dimensions indiquées est voisine de 15,5 bars. La pression d'épreuve est donc voisine de 52 bars pour un pneumatique correspondant à un "ply rating" de 18.
10 Le pneumatique 1 est monté sur une jante 4 dont le rayon R. au siège de bourrelet 41 est égal à 190,5 mm et la largeur L égale à 176 mm, ces cotes étant définies selon les normes en usage.
L'armature de carcasse (50, 31 , 32) est formée de trois ? nappes de câblés en polyamide de 1880 x 6 (allongement relatif à 15 la rupture 22 % sous 80 daîi environ). Seule une portion des trois nappes 311, 312, 313 a été dessinée dans la position 31 occupée par l'armature de carcasse sous la pression de service.
Le nombre d'éléments de renforcement d'une nappe de l'armature de carcasse par centimètre est égal à 8 au niveau de 20 la tringle 5· L'armature de sommet 6 est, selon l'invention, formée de cinq nappes 61, 62, 63, 64, 65 de câblés en polyamide (titre 1880 x 4, 7,5 câbles par cm), parallèles à la direction circonférentielle du pneumatique. L'allongement relatif de ces 25 câblés à 10 L/o de leur charge de rupture est égal à environ 2,8 fo pour un allongement à la rupture égal à 21 %, et le module d'élasticité du mélange élastomère enrobant les câblés est égal
N O W
à environ 450 daST/cm à 100 -jo d'allongement.
A 10 io de la pression de service, le rayon équatorial 30 (R )q l'armature de carcasse 30 est égal à 337 mm. A la pression de service, ce rayon (R^ est égal à 361 mm. A la pression d'épreuve ce rayon (R )2 atteint 396 mm. Au niveau de l'armature de carcasse 32, l'armature de sommet conforme à l'invention a donc subi un allongement égal à 371 mm, sous l'effet de la pression 35 d'épreuve, soit un allongement relatif de 371 x qo fo = 17,5 2 JC. 337
La demi-largeur axiale maximale B/2 de l'armature de carcasse 30, 31, 32, et, par suite, du pneumatique a, par contre, diminué.
• · · - 8 - * A 10 fo de la pression de service, elle est égale à 102 mm, à la pression de service à 97 mm et à la pression d'épreuve à 89 mm.
Cette diminution de la largeur axiale, lorsqu'on augmente la pression de gonflage, est une propriété des pneumatiques conformes 5 à l'invention.
la tension d'un élément de renforcement de l'armature de carcasse 32 sous l'effet de la pression d'épreuve est d'environ 42 daN (allongement relatif 13 f). Un tel élément se rompt sous une tension de 80 daN. A la pression de service, la tension d'un 10 élément de renforcement est inférieure ou égale à 10,5 daN
(allongement relatif 3>8 f°) en raison de l'influence de l'armature de sommet conforme à l'invention.
A titre de comparaison, un pneumatique de mêmes dimensions, mais à armature usuelle, nécessite 7 nappes de sommet, soit une 15 hypertrophie de 40 °,c par rapport à l'armature de sommet de l'exemple conforme à l'invention. Dans le cas de pneumatiques de grandes dimensions, cette hypertrophie atteint des valeurs très importantes, puisque la tension circonférentielle est, comme exposé plus haut, proportionnelle au diamètre éruatorial du pneumaticue.
Claims (4)
- 2. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en 1 ce que, lorsque la pression de gonflage est voisine de 10 fo de la pression*de service, les diamètres du pneumatique à l'équateur 50 et aux épaules sont inférieurs d'au moins 5 aux mêmes diamètres' à la pression de service.
- 3. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de renforcement de l'armature de carcasse ont, sous une tension correspondant à la pression de service du pneuma-35 tique, un allongement .relatif inférieur à 5 7° par rapport à une tension nulle. • · · Λ - 10 - * 4. Pneumatique selon la^jce^enoication 3, caractérisé en ce que les éléments d^--r-enîÔrcement de l'armature de carcasse sont --------~~4es-n^^i^s'~enrTxls d'acier (allongement relatif à la rupture inférieur à 2,5 7°). 5 5· Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 4j * caractérisé en ce que les angles que forment les éléments de renforcement des nappes de sommet avec la direction circonférentielle sont compris entre 0 et 20° et en ce que ces éléments ont des allongements relatifs à la rupture compris entre 10 et 40 %.
- 6. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les angles que forment les éléments de renforcement des nappes de sommet avec la direction circonférentielle * sont supérieurs à 20° et en ce que ces éléments sont des câbles ’ d'acier dits élastiques (allongement relatif à la rupture d'au 1. moins 6 ~/o).
- 7. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les nappes de sommet ont leurs éléments de renforcement enrobés dans un mélange élastomère ayant un module d'élasticité inférieur à 250 da:7/cm à 100 ^ d'allongement, «
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