Brevet FR2009589A1 — publié le 19700206

L'invention est relative à la commande d'ailerons dont les angles d'attaque par rapport à un courant de fluide s1 écoulant sur ces ailerons doit être modifié par inclinaison. De tels ailerons sont utilisés dans les stabilisateurs de bateaux. Cepen-5 dant, l'invention peut également bien s'appliquer, par exemple pour déplacer des gouvernes d'avion. On sait relativement bien employa* des ailerons stabilisateurs pour réduire les mouvements de roulis des bateaux déplaçant jusqu'à plusieurs milliers de tonneaux. Les ailerons se projettent des 10 côtés bâbord et tribord du bateau en dessous de la ligne de flottaison et leur angle d'attaque par rapport à l'eau est modifié en faisant tourner un arbre porteur solidaire de l'aileron et s'étendant à l'intérieur du bateau. L'aileron bâbord est incliné dans le sens opposé à l'aileron tribord pour créer ensemble un mo-15 ment stabilisateur agissant dans la direction opposée au mouvement de roulis du bateau. L'arbre support de chaque aileron traverse une garniture dans la coque du bateau située en dessous de la ligne de flottaison. L'extrémité intérne de l'aileron est tournée, par un ensemble ap-20 proprié entraîné par moteur, d'un angle déterminé grâce à tin détecteur de roulis monté ailleurs dans le bateau. Le début d'un mouvement de roulis est détecté par le détecteur de roulis et est utilisé pour modifier les angles d'inclinaison des ailerons de façon à exercer sur le bateau un couple qui s'oppose au couple de' 25 roulis. Pendant le fonctionnement du stabilisateur, chaque aileron agit toujours en créant une portance hydrodynamique qui varie avec son angle d'attaque et avec la vitesse de l'aileron dans l'eau. En pratique, il existe une relation linéaire entre la portance 30 créée par un aileron et son angle d'attaque dans l'eau. Cependant, il n'existe pas de telle relation linéaire entre le couple s'exerçant sur l'aileron et son angle d'attaque du fait que le centre de pression de l'aileron varie. Un but de cette invention est de procurer une unité de com-35 mande perfectionnée. Selon l'aspect le plus général de l'invention, une unité de commande fournissant un signal à un mécanisme d'inclinaison d'ailerons formant les surfaces de commande dans un milieu fluide comporte un élément procurant m premier signal à corriger par 40 une inclinaison appropriée de l'aileron, un dispositif fournissant 69 17516 2 2009589 un deuxième signal indicatif du couple appliqué pour incliner l'aileron, un élément modificateur ayant une caractéristique non linéaire prédéterminée conçue pour modifier le deuxième signal de façon à fournir un troisième signal, et un calculateur comman-5 dant le fonctionnement du mécanisme d'inclinaison d'ailerons et calculant l'angle d'inclinaison voulu à partir du premier et du troisième signal. Sous son aspect le plus général, l'invention est applicable aux gouvernes d'un avion, par exemple au gouvernail d'un avion aussi 10 bien qu'aux surfaces de commande de bateau telle qu'un aileron stabilisateur. L'expression "aileron" est utilisée ici pour désigner toute surface de commande dont on doit faire varier l'angle d'attaque par rapport à un courant fluide incident pour commander le mouvement du corps sur lequel est montée la surface de commande. 15 Gomme souligné ci-après, l'invention s'applique particulièrement au positionnement d'un aileron de stabilisation de bateau tel qu'il est décrit dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente demande au nom du même Demandeur. Selon l'invention, une unité de commande pour faire varier 20 l'angle d'inclinaison d'un aileron stabilisateur de bateau comporte un élément pour fournir un premier signal instantanément indicatif de la vitesse de roulis du bateau, un mécanisme d'inclinaison d'aileron propre à faire varier l'angle d'attaque de l'aileron dans l'eau pour stabiliser le roulis, un dispositif pour fournir 25 un deuxième signal indicatif du couple appliqué pour incliner l'aileron, un élément modificateur ayant une caractéristique non linéaire prédéterminée pour modifier le deuxième signal et fournir un troisième signal qui tient compte de la variation du centre de pression en fonction de l'angle d'attaque de l'aileron et un cal-30 culateur commandant le fonctionnement du mécanisme d'inclinaison d'aileron et déterminant l'angle d'inclinaison de l'aileron à partir du premier et du troisième signal. De façon appropriée, l'élément est constitué par un gyroscope qui est conçu pour appliquer sa sortie, laquelle est indicatrice 35 de la vitesse de roulis du bateau, à un amplificateur par l'intermédiaire d'un levier flottant. De façon avantageuse, le point de pivotement du levier flottant est positionné par le troisième signal de sorte que, plus le couple appliqué à l'aileron est grand, plus est grand le déplacement du point de pivotement du levier 40 flottant depuis une position de "repos" qu'il occupe lorsque le 69 17516 3 2009589 bateau ne roule pas. L'élément modificateur est de façon appropriée une came. •Lorsqu'on utilise un levier flottant, la came est disposée pour déplacer l'axe de pivotement du levier parallèlement à lui-même. 5 Le deuxième signal ou signal de couple peut être dérivé de l'aileron ou du mécanisme d'inclinaison. Cependant, il est de préférence déterminé à partir de l'amplitude d'un signal de pression fluide utilisé pour déterminer l'inclinaison de l'aileron. Le mécanisme d'inclinaison d'aileron est de préférence com-10 mandé par fluide, soit pneumatiquement, soit hydrauliqueiaent/on peut, utiliser un régulateur de pression approprié dont le réglage est déterminé par le calculateur pour fournir du fluide à une pression réglable au mécanisme d'inclinaison d'aileron. Lorsque 1'élément modificateur est une came, celle-ci èst de préférence 15 commandée en position par le réglage du régulateur de pression qui est bien entendu une mesure précise du couple exercé sur l'aileron lorsqu'on utilise un système fluide pour commander le mécanisme d'inclinaison d'aileron. Dans certains cas, l'aileron peut être hydrodynamiquement 20 équilibré, c'est-à-dire que le couple appliqué à la portion de l'aileron sur un côté de l'axe d'inclinaison par l'eau circulant au droit de cette portion est pratiquement équilibré par un couple appliqué en sens inverse par la portion de l'aileron sur l'autre côté de l'axe d'inclinaison. Bien entendu, dans une telle dispo-25 sition, le couple nécessaire pour déplacer l'aileron est négligeable. L'invention peut néanmoins être employée avec une telle disposition en incorporant un ressort tendant à ramener l'aileron à sa position médiane et contre l'action duquel travaille le couple appliqué pour incliner l'aileron. 30 L'invention va maintenant être décrite plus en détail, à ti tre d'exemple seulement, en se référant au dessin joint qui représente schématiquement une unité de commande pour faire varier l'angle d'inclinaison d'une paire d'ailerons stabilisateurs de bateau. En se reportant au dessin, un bateau (non représenté) est équi-35 pé d'ailerons stabilisateurs bâbord et tribord 1, 2. Chaque aileron peut pivoter autour d'un axe d'un arbre 3, 4 et est équipé d'une crosse 5, 6. L'extrémité libre d'un bras de la crosse 5, 6 est reliée par un ressort 7, 8 à un point de fixation 9, 10 à partir duquel un ensemble cylindre-piston actionné par fluide 11, 12 40 s'étend jusqu'à un point d'articulation 13, 14 adjacent à l'autre 69 17516 4 2009589 extrémité de la crosse 5, 6» En pratique, les ressorts 7, 8 ne sont pas nécessaires lorsque l'aileron n'est pas hydrodynamique-ment équilibré et ne sont normalement utilisés que lorsque l'aileron 1, 2 est hydrodynamiquement équilibré. Chaque ensemble 5 cylindre-piston 11, 12 comporte un piston à double face et deux chambres de travail disposées respectivement de part et d'autre du piston. Les ensembles cylindre-piston forment avec les crosses et les ressorts de centrage, s'il en existe, le mécanisme d'inclinaison d'aileron destiné à chaque aileron du stabilisateur. 10 Pour mieux comprendre la réalisation de l'aileron et son mode de montage, on se reportera à la demande de brevet mentionnée ci-dessus. Des circuits hydrauliques 20 relient une chambre de travail de chaque ensemble cylindre-piston 11, 12 à un régulateur de pres-15 sion 21. De la même façon, des circuits hydrauliques 22 relient les autres chambres de pression des ensembles cylindre-piston à un deuxième régulateur de pression 24. Les régulateurs de pression 21, 24 reçoivent respectivement du liquide hydraulique sous pression par les tuyauteries 25, 26 sélectivement à partir d'un dis-20 tributeur de permutation 27. Lorsque l'un des régulateurs 21, 24 reçoit du fluide sous pression, l'autre régulateur est automatiquement et simultanément réglé pour procurer des passages d'évacuation. Le liquide hydraulique sous pression dans la canalisation 28' est appliqué par tin conduit à la chambre centrale du distribu-25 teur de permutation 27. Les régulateurs de pression 21, 24 et le distributeur de permutation 27 sont actionnés ensemble par un piston de commande 28 situé au centre dans un carter 29 contenant le distributeur de permutation. Le piston de commande 28 est raccordé par des bras 30 axiaux 31, 32 aux régulateurs de pression 21, 24 et par des bras radiaux 33, 34 au piston de travail du distributeur de permutation 27 et à une came modificatrice 35 qui se déplace également avec le piston de commande 28. La position du piston de commande 28 est déterminée par l'admission sélective du fluide dans les chambres 35 terminales 37, 38 situées à l'intérieur du carter 29 et raccordées par des conduits respectifs 40, 41 pour recevoir sélectivement le liquide hydraulique d'un tiroir pilote à déplacement vertical 42, également monté dans le carter 29. La position du tiroir pilote 42 est commandée par un levier 40 flottant 43 dont le point de pivotement 44 est disposé à l'extrémi 69 17516 5 2009589 té inférieure d'un suiveur de came coulissant 45 qui se projette vers le haut à travers un orifice dans le carter 29 et dont l'extrémité supérieure arrondie coopère avec -un profil non linéaire prédéterminé de la came modificatrice 35. Un ressort de compres-5 sion 47 maintient le suiveur de came appliqué contre la surface de la came. L'autre extrémité du levier flottant 43 est raccordée par une biellette 49 à un bras à déplacement circulaire 50 qui est positionné angulairement par un gyroscope 51 en fonction de la vitesse de roulis instantané du bateau . Le gyroscope 51 10 fournit ainsi un premier signal instantanément significatif de la vitesse de roulis du bateau, tandis que les régulateurs de pression 21t 24 et les parties opératoires du carter 29 et du levier 43 constituent un calculateur qui positionne le mécanisme d'inclinaison d'aileron en fonction du premier signal modifié par le dépla-15 cernent du suiveur de came 45. Le déplacement du suiveur de came varie de façon non linéaire, du fait du profil de came, avec le réglage des régulateurs 21, 24 qui commandent le couple appliqué à l'aileron. Le déplacement axial de la came fournit en conséquence un deuxième signal variant linéairement avec le couple et qui 20 est modifié par la came pour fournir un troisième signal signifié par le déplacement du suiveur de came. La pression de fluide dans l'alimentation 28 est réglée par un régulateur de pression 60 dont le réglage est modifié par un dispositif de contrôle 61 qui reçoit un signal indiquant la vites-25 se relative du bateau par rapport à l'eau. Le fonctionnement de l'unité de commande va maintenant être expliqué en prenant par exemple le cas dans lequel la vitesse de roulis du bateau fait se déplacer vers le bas, sur le dessin,, le bras 50 du gyroscope. Ce mouvement est transmis par la biellette 30 49 au levier 43 qui bascule autour du point de pivotement 44 de sorte que le piston du tiroir pilote 42 se déplace vers le haut. Ceci fait communiquer l'alimentation de fluide sous pression 28' avec le conduit 41 s1étendant jusqu'à la chambre 38 sur le côté droit du piston de commande 28, comme on le voit sur le dessin. 35 De ce fait, le piston de commande 28 se déplace vers la gauche du dessin. Le régulateur de pression 21 est ainsi ouvert d'une quantité prédéterminée, tandis que simultanément des passages d'évacuation (non représentés) sont ouverts dans le régulateur de pression 24. Le déplacement du piston de commande est transmis 40 au distributeur de permutation 27 dont le piston se déplace vers 69 17516 6 2009589 la gauche en laissant l'alimentation de fluide sous pression 28' arriver au régulateur de pression 21. Ceci permet au liquide hydraulique d'arriver à travers le circuit hydraulique 20 aux chambres de travail gauches des ensembles cylindre-piston 11, 12, 5 à une pression prédéterminée, tandis que simultanément le liquide hydraulique s'évacue des chambres de travail droites par l'intermédiaire du circuit hydraulique 22 et du régulateur de pression 24. Les ailerons 1,2 sont alors inclinés dans des directions respectivement opposées par un couple qui est directement proportion-10 à. la pression à laquelle le fluide est admis depuis le régulateur de pression 21. Cette pression est proportionnelle à la position du piston de commande 28 dont la position est ainsi significative du couple d'inclinaison. Le mouvement du piston de commande 28 produit un déplacement 15 ^xial de la came modificatrice 35. La position occupée par la came 35 est fonction du réglage du régulateur de pression 21 et est en conséquence une mesure du couple appliqué aux ailerons. La position instantanée de la came 35 est transmise, après modification par le profil de came, par Intermédiaire du suiveur de came 20 45 au point d'articulation 44 du levier 43. La position du pi,vot reliant la biellette 49 au levier 43 est seulement fonction du mouvement de l'arbre 50 qui est déterminé par le gyroscope. En conséquence, le mouvement vers le bas du suiveur de came 45 provoque un mouvement vers le bas du piston du tiroir pilote 42 autour de 25 l'articulation de la biellette au levier jusqu'à une position qui est fonction du profil de la came 35 et du couple d'inclinaison. On notera que, de cette façon, le profil de came peut corriger les variations du centre de pression en fonction de l'angle d'attaque de l'aileron. Le régulateur de pression 60 sert à ré-30 duire l'angle d'attaque de l'aileron pour un roulis donné, en cas de vitesse accrue des bateaux. Le gyroscope est un gyroscope proportionnel qui peut être entraîné par un fluide (comme il est représenté) ou électriquement pour fournir le signal proportionnel à la vitesse instanianée de 35 roulis. Le profil de la came 35 est tel qu'il fournit la relation voulue entre le couple d'inclinaison signifié par la pression à laquelle le fluide hydraulique est amené aux unités cylindre-piston des mécanismes d'inclinaison d'aileron et la déviation du gyroscope qui est proportionnelle à la vitesse instantanée de roulis. 40 Un avantage de l'unité de commande décrite ci-dessus est qu'elle 17516 7 2009589 ne nécessite pas de signal de réglage en provenance de l'aileron. Bien qu'il soit utile d'employer un ressort de centrage pour ramener l'aileron à sa position médiane lorsqu'on utilise un aileron dynamiquement équilibré ce ressort ne doit pas être considéré comme n'étant utile que dans ce but, car il peut y avoir des occasions dans lesquelles la combinaison d'un ressort de centrage et d'un aileron non équilibré peut présenter des avantages décisifs. 8 69 17516 2009589 REVENDICATIONS 1. Unité de commande de l'angle d'inclinaison d'un aileron stabilisateur de bateau, comportant un élément fournissant un premier signal instantanément significatif de la vitesse de roulis du 5 bateau, un mécanisme d'inclinaison d'aileron qui fait varier l'angle d'attaque de l'aileron par rapport à l'eau pour stabiliser le roulis et un calculateur commandant le fonctionnement du mécanisme d'inclinaison d'aileron, caractérisée en ce que le calculateur détèrmine l'angle d'inclinaison de l'aileron à partir du pre-10 mier signal et d'un troisième signal obtenu à partir de la sortie d'un élément modificateur ayant une caractéristique non linéaire et auquel est appliqué un deuxième signal significatif du couple s appliqué pour incliner l'aileron. 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que 15 le premier signal est fourni par un gyroscope par l'intermédiaire d'un levier flottant ayant son point d'articulation commandé en position par l'élément modificateur qui comporte une surface de came • 3. Unité selon la revendication 2, caractérisée par la pré-20 sence d'un régulateur à travers lequel le fluide sous pression arrive au mécanisme d'inclinaison d'aileron depuis une canalisation d'alimentation dans laquelle la pression du fluide est déterminée 25 4. Unité selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que l'aileron est dynamiquement équilibré et est ramené à sa position médiane par un ressort.