Vérins pour la aérotechnique -
Test d'aptitude au vol du Airbus A380

La recette du succès pour la plus grande commande de l'histoire de l'entreprise: des combinaisons d'étanchéité différentes.

L'absence d'effet stick-slip est une conditions sine qua non lorsque 163 vérins hydrauliques pilotés par ordinateur travaillent exactement en cadence et testent le plus grand avion de passagers de tous les temps. En effet, afin de contrôler la résistance en service du nouvel Airbus A380 en vol, des vérins hydrauliques simulent les forces changeantes qui agissent pendant le vol sur les ailes, le bâti moteur, les empennages, les volets, le fuselage et le train d'atterrissage. Un système de réglage complexe permet d'appliquer les forces qui agissent sur l'avion au démarrage, à l'atterrissage et en vol dans des conditions normales mais aussi extrêmes les plus diverses. Il est alors possible de déceler les risques éventuels comme par exemple la fatigue du matériel ainsi que la tolérance aux dommages avant que l'A380 ne prenne pour la première fois son envol avec des passagers à bord.

"L'étanchéification optimale entre la fermeture et la tige est la clé de la qualité pour Hänchen" comme le résume Hartmut Hänchen, associé gérant. "Notre supériorité technologique dans ce domaine nous permet de participer depuis 35 ans aux essais de tous les modèles d'Airbus." Ce que qualité veut dire, on le voit aux dégâts que le dysfonctionnement d'un seul vérin peut provoquer : il détruit en effet le très coûteux équipement à l'essai tout en réduisant à néant le résultat de nombreux mois voire d'années d'essais. Le synchronisme géré par ordinateur doit être parfait afin de simuler la manière dont l'avion se comporte en fonctionnement continu pendant de longues années. Les vérins synchrones constituent ici un entraînement mécanique optimal pour des tests et des contrô-les aussi sensibles : car il n'y a que comme cela que réagit, avec le même comportement, un mécanisme hydraulique dans les deux sens de course à la pression appliquée. Les vérins normaux de conception différentielle ne peuvent en revanche imiter un com-portement aussi symétrique que possible qu'avec des mesures complexes de réglage électronique. En effet, dans le cas de vérins différentiels, la surface circulaire efficace du piston côté tige est nettement plus petite que la surface circulaire sur le côté fermeture. Afin de pouvoir – notamment pour des tests et des contrôles dynamiques – mettre sous pression la même surface dans les deux sens de course, les hydrauliciens ont recours, lorsqu'ils utili-sent des vérins synchrones, à une astuce de la technique des fluides : le piston est doté d'une tige dans chaque sens de course, même lorsque la deuxième tige a pour unique fonction de veiller à la symétrie nécessaire de l'entraînement.

De tels vérins d'essai haute gamme ne sont toutefois possibles qu'avec des combinaisons d'étanchéité pour le perfectionnement constant desquelles Hänchen mène un travail important de re-cherche et de développement.

La version de base du guidage de la tige du piston d'un vérin hydraulique est déjà revêtue d'une matière plastique spéciale. A l'aide d'un raccord d'huile sans pression à joint d'obturation, on a réussi à éliminer presque entièrement les défauts d'étanchéité et l'effet stick-slip, malgré le faible frottement des combinaisons. Au cours des dernières années, Hänchen a généralisé une nouvelle caractéristique à tous les vérins catalogue : sur la plupart de ces modèles, on applique désormais un guidage plastique faisant l'objet d'un traitement. Cette conception permet aussi d'absorber une partie des forces latérales. Cet équipement de fermeture côté piston, connu sous le nom de Servoslide®, représente la qualité de base de l'entreprise Hänchen.

Sous le nom de marque déposée Servocop®, Hähnchen propose une combinaison d'étanchéité qui, en dépit de ses excellentes performances, se situe dans des prix moyens. Grâce à une bague téflon supplémentaire du côté de la tige du piston et à une précision extrême de fabrication, le jeu de guidage est particulièrement minimal et les mouvements pratiquement sans stick-slip que le piston se déplace à une vitesse très faible ou très élevée : même des vitesses inférieures à 0,02 m/s sont possibles avec un mou-vement régulier et sans effet stick-slip, celui-ci ne se produisant qu'à des vitesses encore plus faibles. La qualité Servocop® couvre un large éventail de contrôles, permettant ainsi d'équiper tous les vérins d'essai avec cette qualité de d'étanchéité. Cela concerne les vérins catalogue des séries 126 Synchrone/Différentiel, 166 Synchrone, 306 Synchrone/Différentiel ainsi que 327 Synchrone. Cette dernière série, bien plus rigide, a vu le jour dans le cadre d'anciens tests d'Airbus. La qualité Servocop® qui permet des vitesses allant jusqu'à 4 m/s, intervient à de nombreuses reprises même lors du test du super avion, en partie aussi dans les vérins synchrones version courte.

La conception brevetée du joint flottant à fente annulaire de type Servofloat® est utilisée dans la simulation lorsque des exigences strictes doivent être satisfaites. Une boîte en acier est déformée ici par une fente d'étranglement et crée ainsi un interstice d'étan-chement sans contact de quelques 1/100e de mm. Cette méthode fonctionne cependant seulement pour une précision de fabrication de l'ordre de quelques µm, sinon la fuite entraîne de trop fortes pertes hydrauliques. Cette série 328 se différencie du piston à guidage de tige hydrostatique seulement par sa plus haute sensi-bilité aux forces latérales, mais offre un avantage coût d'environ 30%. Grâce à leur frottement négligeable, les vérins de qualité Servofloat® fournissent la plus haute précision de positionnement et de reproductibilité, ne présentent pas d'effet stick-slip et conviennent aussi bien à des mouvements extrêmement lents qu'à des mouvements extrêmement rapides.

Les vérins dotés d'un guidage de tige de piston hydrostatique sont la solution idéale pour satisfaire aux exigences les plus strictes. Sur ces vérins, la tige de piston est calée hydrauliquement (en flottemente dans un flux d'huile) au moyen de quatre poches, par application d'une pression hydraulique. Seuls les râcleurs provoquent un minimum négligeable de frottement. Etant donné que l'hydrostatique apporte dans ces combinaisons d'étanchéité un centrage de la tige de piston contre des forces transversales éventuelles, il est ainsi possible de réaliser des solutions d’entraînement à la limite du faisable, ce qui ne s'est pas révélé nécessaire pour l'airbus. Hänchen a toutefois recours à cette technique pour tester d'autres avions tout comme dans diverses applications industrielles avec un environnement mécanique exigeant.

"Cette commande actuelle d'Airbus constitue un véritable défi de par la taille de l'objet à tester, ce qui nous a obligé en partie à multiplier par deux les dimensions d'anciens paramètres", résume Hänchen. "Pour relever ce défi, il nous a fallu avoirs recours à des longueurs de construction, des courses, des forces et des vitesses beaucoup plus importantes mais toujours aussi précises. Le nouvel Airbus est ainsi également devenu techniquement un jalon de l'hydraulique moderne." Les spécialistes en hydraulique d'Ostfildern près de Stuttgart ont ainsi montré de quoi sont capa-bles les combinaisons d'étanchéité modernes. Inutile de préciser que les expériences ainsi acquises se retrouvent naturellement dans la totalité des produits standard et spéciaux de notre maison.

Jörg Beyer