Brevet FR2027538A1 — publié le 19701002

L'invention est relative à des servo-mécanismes actionnés par un fluide sous pressio*it du type qui comprend un organe de commande hydraulique monté entre une pièce fixe et une charge à contrôler, et une servo-valve au moyen de laquelle l'organe de 5 co^ande est actionné en réponse à un signal de déclenchement envoyé à l'entrée de la servo-valve. L'invention s'applique particulièrement mais non exclusivement aux systèmes de commande hydrauliques des avions. Le brevet britannique n° 1.120.719 décrit un appareil des-10 tiné à amortir les résonnances naturelles dans un servo-mécanis-me de ce genre, sans perte inutile de rigidité statique, dans le but d'améliorer la stabilité du système et sans se contenter d'une réaction structurale aux déformations. A cet effet, le brevet précité prévoit une soupape d'amortissement, par exemple un "15 tiroir, qui diminue la différence de pression entre les orifices de commande de la servo-valve qui sont reliés aux faces opposées du piston de l'organe de commande. Le carter de la soupape d'amortissement contient un (bturateur de commande qui peut s'y déplacer en surmontant l'action de ressorts et qui commande deux orifi-20 ces qui communiquent avec les orifices de commande de la servo-valve souple contrôle de l'obturateur de la servo-valve par deux passages dont le premier est en communication permenente avec une des extrémités de la soupape d'amortissement. Une résistance à l'écoulement du fluide sous la forme d'un étranglement est montée 25 en dérivation sur la soupape d'amortissement entre les extrémités de la chambre de cette soupape, et un séparateur de fluide sous la forme d'un piston à ressort coulissant dans un cylindre est placé entre le second passage et l'autre extrémité de la chambre de la soupape d'amortissement; l'étranglement et le séparateur 30 constituent un filtre basse-fréquence au moyen duquel des variations à basse fréquence dans la pression du fluide entre les orifices de commande reliés à la charge sont filtrés sans qu'elles puissent actionner la soupape d'amortissement. Les variations à haute fréquence de la pression du fluide ne traversent cependant 35 pas l'étranglement, et la soupape d'amortissement réagit à leur action en provoquant des réductions correspondantes de la différence de pression entre les orifices de commande, et une réaction correspondante de l'organe de commande, ce qui assure l'amortissement haute fréquence nécessaire. Dans le cas d'une charge cons-40 tante, la différence de pression à travers les orifices de comman 69 38427 2 2027538 de demeure constante, si bien que la rigidité statique n'est pas affectée. Avec ce dispositif, le filtre hydraulique constitué par l'étranglement et le séparateur réagit aux variations de pression dans les orifices de l'organe de commande de la servo-valve de 5 façon que l'effet d'amortissement soit bloqué en ce qui concerne les variations de pression à basse fréquence qui se produisent à chacune des deux extrémités de l'organe de commande aasocié. Un objet de l'invention est un dispositif d'amortissement haute- fréquence simplifié pour un servo-mécanisme de positionne-10 ment avec blocage basse- fréquence du système d'amortissement. Ainsi, suivant l'invention, un servo-mécanisme de positionnement actionné par un fluide sous pression comprend un organe de commande hydraulique relié à une charge, une servo-valve au moyen de laquelle la manoeuvre de l'organe de commande par un liquide 15 sous pression est commandé en réponse à des signaux de déclenchement envoyés à l'entrée de la servo-valve et un circuit hydraulique d'amortissement monté en dérivation sur l'organe de commande; ce circuit comporte une soupape d'amortissement qui est construite, disposée et reliée à l'organe de commande de manière à détec-20 ter et à réagir aux variations de pression hydraulique à haute fréquence qui se produisent dans le circuit de l'organe de commande d'un seul côté de celui-ci, et qui fonctionne pour amortir de telles variations de pression en réduisant la pression différentielle à travers l'organe de commande; un circuit de dériva-25 tion du fluide sous pression à filtre passe-bas est en dérivation sur la soupape d'amortissement de manière à transmettre les variations de pression à basse fréquence qui se produisent du côté précité de l'organe de commande et à empêcher la soupape d'amortissement de réagir à de telles variations. 30 par exemple, la soupape d'amortissement peut amortir ces variations de pression à haute fréquence soit en admettant du fluide à la pression de la source d'un côté ou de l'autre de l'organe de commande, soit en évacuant du fluide vers une canalisation de retour à basse pression depuis un côté ou l'autre de 35 l'organe de commande, suivant le type de changement de pression qui s'est produit, c'est-à-dire suivant que ce changement est positif ou négatif, la soupape d'amortissement ne réagit pas à des variations de pression à basse- fréquence, 40 Dans un mode de réalisation de l'invention, la chambre de 69 38427 3 2027538 la soupape d'amortissement est reliée par une de ces extrémités directement (et non sous 3je contrôle de la servo-valve) à l'organe de commande d'un côté du piston de celui-ci, et elle est reliée par son autre extrémité à la même face du piston de l'or-5 gane de commande à travers le filtre "basse-fréquence. Ainsi, l'obturateur de la servo-valve ne commande pas l'admission du'fluide sous pression dans la chambre d'amortissement. D'après une caractéristique supplémentaire de l'invention, on a prévu, au lieu d'un séparateur de fluide à piston soumis à 10 l'action d'un ressort et coulissant dans un cylindre, un tampon hydraulique, sous là forme d'un petit réservoir de retenue placé entre l'étranglement et l'autre extrémité précitée de la soupape d'amortissement. L'invention peut être mise en oeuvre de diverses manières, 15 et l'on va maintenant en décrire un mode de réalisation caractéristique, à titre d'exemple et avec référence au dessin annexé qui est un schéma d'un système de commande hydraulique pour un avion. Dans l'exemple représenté, un système de commande pour un 20 avion comprend un vérin hydraulique 10 à double action, qui constitue l'organe de commande précité, dont le carter 11 est solidement fixé en 12 à une partie fixe 13 de la carlingue de l'avion et dont la tige 14 est reliée par un oeil 15 à une surface de commande mobile non représentée, par exemple un gouvernail de 25 profondeur ou de direction. Les extrémités opposées du vérin 10, de part et d'autre du piston 17 du vérin, sont reliées par des canalisations 18, 19» par l'intermédiaire d'une servo-valve 20, à une canalisation sous pression 21 raccordée à une source de liquide sous pression et à une canalisation de retour 22 à basse 30 pression, de sorte que le mouvement de la tige 23 de la servo-valve 20 dans un sens ou dans l'autre, en réponse à un signal de déclenchement qu'elle reçoit, met en communication une extrémité du vérin 10 avec la source à haute pression et l'autre extrémité avec la canalisation de retour, de façon à déplacer la tige 14 35 du vérin dans la direction qui correspond au signal de déclenchement. Un système de renvoi mécanique non représenté est disposé entre le vérin 10 et la servo-valve 20 de manière à boucler de façon classique le cycle du mouvement du vérin. Une soupape d'amortissement 30 est adjointe au vérin 10 et 40 contient un tiroir mobile 31 muni de trois plages distinctes 32 69 38427 + 2027538 à 34 qui coopèrent respectivement avec une lumière centrale d'admission 35 et deux lumières d'évacuation 36 et 37. Lorsque le tiroir 31 est dans sa position centrale représentée, la plage centrale 32 recouvre la lumière 35» mais les deux lumières 36 et 5 37 sont libres et communiquentjrespectivement avec les espaces annulaires situés entre les trois plages. Cependant, lorsque le tiroir 31 se déplace axialement, il découvre la lumière 35 et la met en communication avec l'une ou l'autre des lumières 36 et 37 par l'intermédiaire de l'espace annulaire correspondant. Les deux 10 extrémités du tiroir 31 sont soumises à l'action de ressorts de compression identiques 38, qui tendent à maintenir le tiroir ëla3tiquemsat dans sa position centrale. Toutefois5 un orifice de commande 39 situé à une extrémité B d*une.chambre 40 du tiroir permet l'admission de fluide sous pression pour agir sur la face 15 terminale du tiroir 31 et déplacer ee tiroir axialement dans un sens ou dans l'autre en fonction de la variation de pression, contre l'action du ressort 38. L'orifice de commande 39 est raccordé directement par des canalisations 42, 43 à une ouverture 44 dans le carter 11 du vérin 10, qui débouche à l'intérieur de ce carter 20 d'un côté du piston 17, de façon qu'une élévation de la pression à cette extrémité du vérin (qu'on appellera ei-après "l'extrémité de commande A") soit transmise à l'extrémité B de la chambre 40 de la soupape 30 par' l'intermédiaire de l'orifice 39, et que cette élévation de pression ait tendance à déplacer le tiroir 31. L'ex-25 trémité opposée D de la chambre 40 de la soupape 30 est percée d'un orifice d'équilibrage 45, également situé au-delà de l'extrémité correspondante du tiroir 31, et relié à l'extrémité de commande A du vérin 10 par l'intermédiaire d'un filtre basse-fréquence qui sera décrit plus loin. La lumière centrale d'admission 35 30 de la soupape 30 est reliée directement par une canalisation 47 à la canalisation 21 en amont de la servo-valve 20, et l'orifice d'évacuation 36 voisin de l'extrémité de commande B de la soupape 30 est relié directement par une canalisation 48 et une ouverture -49 à l'extrémité du carter 11 du vérin, opposée à l'extrémité A 35 à laquelle est raccordé l'orifice, de commande. Un filtre basse fréquence 50 laisse passer les variations à basse fréquence de la pression hydraulique d'une extrémité à l'autre de la chambre 40 de la soupape 30 mais bloque les variations à haute fréquence. Le filtre 50 comprend un étranglement 51 monté 40 en série avec un petit réservoir 52 qui constitue un tampon d'hui- oriqihal 69 38427 * 2027538 le; le filtre 50 est placé entre l'orifice de commande 39 et le trou d'équilibrage 45 de 1^. soupape 30. En outre, une dérivation 52A relie un point en amont de l'étranglement 51 au dernier orifice d'évacuation 37» qui est le plus proche de l'orifice d'équi-5 librage 45. Le fonctionnement du système se déroule donc de la manière suivante : quand une charge à haute-fréquence est appliquée à la tige 14 de l'organe de commande, en raison par exemple de la résonance ou des battements d'une gouverne, ce qui provoque une 10 élévation à haute fréquence de la pression à l'extrémité de commande A du carter du vérin 10, cette brusque élévation de pression est transmise à l'extrémité de commande B de la soupape 30 et -tend à déplacer le tiroir en l'écartant de l'orifice de commande 39. Les caractéristiques de l'étranglement 51 et du tampon 15 d'huile 52 sont telles que le filtre basse fréquence 50 ne laisse passer qu'une partie négligeable de l'élévation de pression à fréquence élevée vers l'extrémité d'équilibrage D de la soupape 30 par suite du rapport entre l'écoulement à travers l'étranglement vers le tampon d'huile, de sorte que l'élévation de pression 20 qui n'a pas été équilibrée déplace le tiroir 31 vers la droite de la figure de manière à ouvrir la lumière 35 et à faire s'écouler une certaine quantité de fluide à haute pression depuis la cana- 11 lisation 21 jusqu'à l'extrémité du carter/du vérin 10 opposée à l'extrémité de commande A. Ceci a pour -effet de réduire la pres-25 sion différentielle à travers le piston 17 de l'organe de commande 10, d'obliger la tige 14 à s'enfoncer d'une quantité proportionnelle à la charge soudaine, et de produire ainsi l'amortissement hydraulique voulu dans des conditions de charge à haute fréquence» Toutefois, un effort constant ou un effort exercé lentement sur 30 la tige 14 de l'organe de commande, tel que celui qui est engendré par les mouvements des gouvernes, provoque une élévation a faible cadence de la pression à l'extrémité de contrôle A de l'organe de commande, que le filtre 50 laisse passer, et la pression dans le réservoir d'huile 52 s'élève pour atteindre la même valeur qur 35 en amont de l'étranglement 51. Cette augmentation de pression s'exerce donc aussi sur l'extrémité d'équilibrage D de la soupape 30, im^obiliant ainsi le tiroir 31 et empêchant l'amortissement hydraulique de se produire dans ces conditions de charge .statique ou de charge à variation lente. 40 De façon analogue, une charge brusque en sens inverse de la 69 38427 ë 2027538 tige 14 de l'organe de commande provoque à l'extrémité de commande A du vérin 10 une chute soudaine de pression qui est transmise par le tiroir 31* La haute pression maintenue à l'extrémité d'équilibrage D de la chambre 40 de la soupape 30 sous l'action du filtre 50 déplace le tiroir 31 vers l'orifice de commande 39» faisant s'écouler ainsi du liquide dans l'extrémité de contrôle A de l'organe de commande 10, afin de réduire la différence de pression à travers le piston 17 de l'organe de commande et de provoquer l'amortissement hydraulique voulu. Toutefois, une charge en sens inverse à basse fréquence permet à la pression de part et d'autre de l'étranglement 51 de s'égaliser, immobilisant ainsi le tiroir 31. On notera que, bien que la soupape d'amortissement 30 représentée à titre d'exemple soit du type tiroir, on peut utiliser n'importe quel autre type convenable de soupape. De plus, le circuit hydraulique d'amortissement pourrait être modifié en raccordant la lumière d'admission 35 de la soupape 30 à la canalisation de retour 22 au lieu de la canalisation d'alimentation 21 et en pratiquant en conséquence d'autres remaniements des conduits hydrauliques. En pareil cas, l'amortissement serait assuré par évacuation de fluide depuis le côté de l'organe de commande 10 qui supporte une élévation de pression consécutive à la charge exercée, de manière à réduire la pression, plutôt que par introduction de fluide sous pression dans l'extrémité de l'organe de commande opposée à celle qui subit la charge. 69 38427 7 2027538 REVENDICATIONS 1. - Servo-mécanisme actionné par un fluide sous pression, comprenant un organe de commande hydraulique relié à une charge, une servo-valve au moyen de laquelle la manoeuvre de l'organe de 5 commande par un liquide sous pression se fait en réponse à des signaux de déclenchement envoyés à l'entrée de la servo-valve, et caractérisé par : a) un circuit d'amortissement hydraulique en dérivation sur l'organe de commande, qui comporte une soupape d'amortissement associée à l'organe de commande de manière à dé-10 tecter et à réagir aux variations de pression hydraulique à haute fréquence qui se produisent dans le circuit de l'organe de commande d'un seul côté de celui-cis et qui fonctionne en réponse à cet organe pour amortir les variations de pression précitées en réduisant la pression différentielle à travers l'organe de commande; 15 et b) un circuit de dérivation du fluide sous pression à filtre passe-bas en dérivation sur la soupape d'amortissement de manière à transmettre les variations de pression à basse fréquence qui se produisent du côté considéré de l'organe de commande et à empêcher la soupape d'amortissement de réagir à de telles variations. 20 2. - Servo-mécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape d'amortissement amortit les variations de à pression à haute fréquence, soit par admission de fluide la pression d'alimentation d'un côté ou de l'autre de l'organe de commande, soit par évacuation de fluide vers un circuit de retour à bas-25 se-pression à partir d'un côté ou de l'autre de l'organe de commande. 3. - Servo-mécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape d'amortissement possède un corps de soupape dont un côté est raccordé directement et en permanence (et non 30 pas sous l'action de la servo-valve) au côté considéré de. l'organe de commande, et dont l'autre côté, au-delà de l'obturateur de la soupape, est relié en permanence.au côté considéré de l'organe de commande par l'intermédiaire du circuit de dérivation à filtre basse fréquence. 35 4. - Servo-mécanisme suivant la combinaison des revendica tions 2 et 3, caractérisé en ce que : a) la soupape d'amortissement comprend un tiroir dont l'obturateur est mobile dans des directions opposées à partir d'une position centrale en surmontant l'action d'un ressort antagoniste; b) le tiroir commande deux lu-40 mières raccordées respectivement en permanence aux extrémités op- 69 38427 8 2027538 posés de l'organe de commande et une troisième lumière reliée en permanence soit à la source de fluide sous pression, soit à la canalisation de retour; c) le mouvement du tiroir dans un sens quelconque à partir de sa position centrale met la troisième 5 lumière en communication avec celle des deux premières qui lui correspond, et le corps de la soupape d'amortissement présente également à une extrémité un orifice de commande ouvert en permanence et raccordé directement au côté considéré de 1'organe de commande, de sorte que le tiroir reçoit par l'intermédiaire de 10 l'orifice de commande un changement de pression qui se produit du côté considéré et que le mouvement résultant du tiroir dans un sens ou dans l'autre met en communication un côté correspondant de l'organe de commande soit avec la source de pression, soit avec la canalisation de retour suivant le cas, de manière à réduire 15 la pression différentielle à travers l'organe de commande. 5. - Servo-mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre hydraulique passe-bas comprend un étranglement en série avec un réservoir de fluide qui constitue un tampon hydraulique. 20 6. - Servo-mécanisme suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 5 incorporé à un système de commande hydraulique pour un avion.