Note28

Système de freinage vectoriel à freins en X avec double action pistons pneumatiques assistés électriquement, guidage par rails en T

1. Introduction

Ce document décrit un système de freinage pour un propulseur vectoriel avec deux disques synchronisés entraînés par un rotor unique, intégrant un volant d’inertie central. Le système utilise des freins à fermeture en X guidés par rails en T, dont la poussée et l’extraction sont assurées par des pistons pneumatiques assistés électriquement.

2. Objectifs fonctionnels

  • Assurer un verrouillage unidirectionnel fiable à haute vitesse des disques propulsifs.
  • Permettre un engagement et un retrait synchronisés et rapides des freins via des pistons pneumatiques à double sens.
  • Maintenir un guidage rigide et précis pour éviter tout désalignement.
  • Contrôler dynamiquement la force exercée grâce à une assistance électrique.
  • Intégrer un amortissement efficace pour limiter les chocs et vibrations.

3. Description du système

3.1 Entraînement

  • Un rotor unique entraîne deux disques dentés porteurs de masses propulsives (~20 kg chacun) et un volant d’inertie central (~10 kg), tournant à 3000 tr/min.
  • Les disques sont synchronisés par un train d’engrenages.

3.2 Freins en X

  • Deux bras de freinage initialement parallèles, guidés par roulements et montés sur un bloc de rails en T.
  • En phase d’engagement, les freins pénètrent dans des encoches calibrées et se referment automatiquement en X, assurant un verrou mécanique solide sans crans.

3.3 Guidage et double action des pistons pneumatiques

  • Le bloc de freins est monté sur un rail en T guidé par deux rails robustes avec pattes en T empêchant tout désalignement.
  • Trois pistons pneumatiques répartis autour du rail assurent la poussée et l’extraction des freins.
  • La pression dans les pistons est contrôlée électroniquement :
    • Pression positive pour pousser et fermer les freins.
    • Pression réduite ou dépression pour tirer et ouvrir les freins, réalisant ainsi l’extraction synchronisée.

3.4 Assistance électrique et contrôle

  • Système électronique pilotant électrovannes et capteurs de pression pour une modulation précise et dynamique de la pression pneumatique.
  • Sécurités intégrées pour garantir le maintien du verrouillage en cas de défaillance (mode secours mécanique).
  • Réalimentation rapide de la chambre à air comprimé assurant la stabilité de la pression lors des cycles répétés.

3.5 Amortissement

  • Amortissement pneumatique intégré dans le circuit pour absorber les chocs lors des phases d’engagement et de retrait, limitant les vibrations et prolongeant la durée de vie du système.

4. Calculs et dimensionnement

4.1 Données

  • Masse totale en rotation : 50 kg (deux masses propulsives de 20 kg + volant d’inertie 10 kg).
  • Vitesse nominale : 3000 tr/min.
  • Rayon moyen d’engagement des freins : 0,1 m.

4.2 Moments d’inertie et énergie

  • Moment d’inertie total .
  • Vitesse angulaire .
  • Énergie cinétique .

4.3 Force et couple de freinage

  • Décélération angulaire sur 0,1 s.
  • Couple à dissiper .
  • Force au rayon .

4.4 Dimensionnement des pistons

  • Force répartie sur 3 pistons : environ 4,700 N par piston en poussée comme en traction.
  • Dimension et pression des pistons à définir pour assurer cette force avec marge de sécurité.

5. Contraintes techniques et recommandations

  • Étanchéité : Joints haute performance sur pistons pour éviter fuites et maintenir pression en double sens.
  • Réactivité : Système pneumatique et électronique optimisé pour un temps de réponse rapide en engagement et extraction.
  • Robustesse : Matériaux résistants aux contraintes mécaniques et thermiques.
  • Sécurité : Mode secours mécanique ou verrouillage passif en cas de perte de pression ou panne électrique.
  • Maintenance : Accès facilité aux composants pneumatiques et électroniques pour inspection et remplacement.

6. Conclusion

L’intégration de pistons pneumatiques à double fonction pour l’engagement et l’extraction des freins vectoriels permet de simplifier le mécanisme tout en offrant un contrôle dynamique, précis et fiable. Cette solution optimise la compacité, la performance et la maintenance du système dans un environnement à haute vitesse et fortes contraintes.


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