Brevet FR2090237A1 — publié le 19720114

La présente invention se rapporte à des dispositifs de commande du type comprenant : un élément à déplacer, tel qu'une tige ; un moteur, tel qu'un ensemble hydraulique piston-cylindre, relié à cet élément ; un régulateur (tel qu'une soupape, dans le 5 cas d'un moteur hydraulique) régulant la puissance fournie au moteur ; un système de transmission de signaux de commande non-nécanicue, agencé pour ajuster le régulateur et un système de transmission de signaux de commande mécanique agencé pour ajuster le régulateur. L'expression "non-mécanique" englobe les systèmes 10 où les signaux de commande sont transmis, au moins en partie, par des liaisons qui ne sont pas de nature mécanique, par exemple des systèmes de commande électriques, pneumatiques et hydrauliques. Il est connu d'agencer ces systèmes de façon que le système mécanique soit normalement désaccouplé, de sorte que le système 15 non-mécanique agit normalement pour commander le moteur, tandis que l'on peut mettre en service le système mécanique si on le désire, par exemple en cas de panne du système non mécanique. Un inconvénient de cet agencement réside dans le fait qu'il y a inévitablement vin retard entre la cause qui fait que l'on doit mettre 20 en service le système mécanique, par exemple une panne soudaine du système non-mécanique, et l'entrée en action du système mécanique. L'invention a précisément pour objet de réduire au minimum cette difficulté. Un domaine dans lequel on rencontre des dispositifs de 25 commande comportant les deux types de système de commande cités est celui de l'aéronautique, où on les utilise pour actionner les éléments de commande volants, c'est-à-dire les surfaces aérodynamiques mobiles ajustables comme le gouvernail de direction et les ailerons, sous l'effet du déplacement du manche à balai par 30 le pilote ou de signaux analogues provenant d'un pilote automatique. On a déjà proposé, dans ces systèmes de vol, de relier la source des signaux au dispositif de commande par un système de transmission électrique (qui est le système normalement actif) et également par un système de transmission mécanique qui comprend 35 un dispositif d'embrayage permettant de rendre le système de transmission mécanique normalement sans effet sur le moteur mais pouvant être er.brayé pour rendre le système mécanique actif, en cas de panne du système électrique. Comme on l'a mentionné plus haut, il y aura inévitablement un retard entre la panne du sys-40 tème électrique et l'entrée en pleine action du système mécanique. ■ 71 ■■-18687 2 2090237 Bien que ce retard puisse être cotirt, un retard, même court, peut avoir de graves conséquences sur le fonctionnement de l'avion. De plus, 1'introduction d'un embrayage et des moyens permettant de le mettre en action lors d'une panne du système 5 électrique est source de complexité, de poids et de frais, ainsi que d'insécurité potentielle. Selon l'invention, un dispositif de commande comprend un élément à déplacer, un moteur relié à cet élément, un régulateur régulant l'énergie fournie au moteur, un système de trans-10 mission non-mécanique des signaux de commande agencé pour ajuster le régulateur, un système de transmission mécanique de signaux de commande agencé pour ajuster le régulateur et un élément de mesure agencé pour mesurer l'effet combiné des deux systèmes de transmission et pour fournir un signal dans le système non-mécanique pour 15 constituer une boucle de réaction par laquelle ljeffet du système mécanique est dépassé par l'effet du système non-mécanique lorsque ce dernier système fonctionne. Ainsi, le système mécanique est accouplé en permanence mais son fonctionnement est normalement dépassé par les effets 20 de la boucle de réaction qui assure que ce sont les signaux de commande transmis par le système de transmission de signaux de commande non-mécanique qui agissent, en fin de compte, pour commander le moteur. Cependant, si le système non-mécanique devient inopérant, le système mécanique est déjà accouplé et ce sera lui 25 qui, à partir de ce moment, commandera effectivement le moteur. Selon un mode d'exécution particulier, un dispositif-pilote de-"commande est agencé poLir déplacer l'élément de commande actif sous l'effet de signaux provenant du système non-mécanique et le système mécanique est relié mécaniquement à l'élément de 30 manoeuvre du régulateur. Ainsi, le dispositif-pilote de commande pilote peut comporter un élément entraîné et il peut y avoir une articulation rigide montée à pivotement en un premier point sur l'élément entraîné, en un second point sur l'élément de manoeuvre de la soupape et en un troisième point sur le système mécanique. 35 De préférence, l'élément entraîné et l'élément de manoeuvre du régulateur se déplacent suivant des mouvements rectilignes, parallèlement entre eux, et le troisième point se trouve entre les deux premiers. L'élément de mesure peut se présenter sous différentes 40 formes et peut se trouver en différents points. De préférence, 71 18607 3 2090237 l'élément de mesure est sensible au déplacement de l'élement de manoeuvre du régulateur, mais il peut aussi - ou en outre - être sensible au déplacement de l'élément à déplacer. Comme on l'a mentionné pi^écédemment, le système non-5 mécanique peut être électrique, auquel cas le ou chaque élément de mesure délivre un signal électrique, par exemple en étant constitué par tin potentiomètre. Le moteur peut revêtir différentes formes, mais c'est, de préférence, un moteur à fluide, auquel cas le régulateur sera 10 une soupape, mais le moteur peut être ion moteur électrique, auquel cas le régulateur sera un régulateur électrique de moteur. Lorsque le moteur est un moteur à fluide, par exemple un moteur hydraulique, c'est de préférence un ensemble piston-cylindre à double effet. Le moteur peut, d'un autre côté, être du type à vérin 15 à vis, auquel cas le régulateur peut être hydraulique ou électrique. Comme on l'a expliqué plus haut, l'invention s'applique particulièrement à des systèmes de commande d'avions en vol, et selon un second aspect de l'invention, un tel système comprend 20 un élément de commande en vol, un vérin dont 1 * élément mobile est accouplé fonctionnellement à lfélément de commande volant, xm dispositif de commande du vérin comportant un moyen de réglage de position mobile linéairement, un dispositif-pilote de commande pour le dispositif de commande du vérin et comportant un moyen 25 de réglage de position mobile linéairement, un système non-mécanique délivrant des signaux relié au dispositif-pilote de commande, une bielle accouplant le moyen de réglage de position du dispositif de commande du vérin et le dispositif-pilote de commande entre eux, un levier relié à un système mécanique délivrant des signaux et 50 à l'élément mobile du vérin, une tige reliant le levier à la bielle, un capteur électrique délivrant un signal correspondant au déplacement du moyen de réglage de position ou de l'élément mobile du vérin, et des moyens pour envoyer le signal ainsi fourni au système électrique délivrant les signaux. 35 On décrira maintenant un mode d'exécution de l'invention, à titre d'exemple non-limitatif, et en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 représente le mécanisme d'un système de régulation mécanique en vol pour un avion, représenté dans une 4q position non-déplacée ; 71 18687 4 2090237 les figures 2, 3, 4 et 5 représentent le mécanisme dans différentes positions déplacées. Dans le mode d'exécution représenté, un avion (non représenté) comprend un mécanisme de commande mécanique en vol 5 comprenant un vérin hydraulique 10 constituant un dispositif de commande de position principal et comportant un cylindre (le corps) 10a fixé à la structure de l'avion en un point 11, et un piston 10b monté à pivotement en un point 10c sur un bras 12a fixé à un élément 12 de commande en vol, par exemple le gou-10vernail de direction de l'avion. L'élément 12 de commande en vol est monté à pivotement sur la structure de l'avion en un point 13. D'un côté du cylindre 10a est montée une soupape 14 de régulation de fluide hydraulique agencée pour régler le débit du fluide allant vers le vérin et en venant, et également un dispo-15 sitif-pilote de commande hydro-électrique 15 commandant le déplacement de la soupape 14 de régulation. Le dispositif-pilote de commande lui-même comprend une soupape 15b capable de recevoir des signaux électriques. Le mécanisme de commande comprend, en outre, une ligne 20 de signaux électriques 16, qui est branchée dans un amplifica-teur-sommateur 17. Une ligne 18 relie l'amplificateur-sommateur 17 à la soupape 15b du dispositif-pilote. La ligne 16 est reliée à un transducteur 16a fixé à un manche à balai (représenté sché-matiquement et désigné par la référence 16b) et à un pilote auto-25 matique 16c duquel sont transmis des signaux électriques correspondant aux mouvements demandés de l'élément de commande 12. Un embiellage mécanique 19 de transmission de signaux est également relié au manche à balai et au pilote automatique. Par ces moyens, les mouvements demandés de l'élément de commande 30 12 sont transmis sous forme de mouvements distincts pour effectuer le déplacement du vérin 10. L'embiellage 19 est monté à pivotement à l'une des extrémités 20a d'un levier 20, dont l'autre extrémité 20b est accouplée au piston 10b. 35 La soupape 14 de régulation du fluide hydraulique comporte une tige 14a réglage de position mobile axialement, montée parallèlement au cylindre 10b. Le dispositif-pilote 15 de commande comporte, de même, une tige 15a de réglage de position mobile axialement montée également parallèlement au piston 10b et, donc, 40 parallèlement à la tige 14a. Les tiges 14a et 15a sont accouplées 71 18687 5 2090237 par une biellette 21 dont une extrémité 21a est montée à pivotement sur la tige 15a et l'autre extrémité 21b est montée à pivotement sur la tige 14a. En un point 21c compris entre les extrémités, cette biellette est montée à pivotement sur une tige 22. La 5 tige 22 est également montée à pivotement en un point 20c compris entre les extrémités 20a et 20b du levier 20. Le dispositif-pilote de commande comporte un dispositif autocentreur (non représenté) qui, en cas de panne ou de déconnexion des circuits de signaux électriques, provoque le retour 1°lent du point 21a dans une position qui coïncide avec une ligne B-B. Le piston 10b comporte un dispositif de détection de position, conformé en capteur électrique 23 (par exemple un potentiomètre) qui transmet les signaux correspondant au dépla-15 cernent du piston de la position non déplacée de la figure 1, suivant une ligne 24 aboutissant à l'amplificateur 17» La tige de mise en place 14a de la soupape de commande 14 comporte également un dispositif de détection de position conformé en capteur électrique 25 (encore une fois un potentio-20mètre, par exemple) qui transmet des signaux électriques correspondant à un déplacement de la tige à partir de la position non déplacée de la figure 1, suivant une ligne 26 aboutissant à 1'aplificateur 17. On décrira maintenant le fonctionnement du mécaniqme de 25commande en se référant aux différentes figures. Comme on l'a dit précédemment, la figure 1 représente le mécanisme dans une position non déplacée. Dans cette position, il ne parvient pas de fluide au vérin pour provoquer le déplacement du piston. Les points 20a, 20c et 20b du levier 20 se trouvent sur une ligne A-A (représœ-30tée en tirets) perpendiculaire à l'axe de déplacement du piston 10b. De plus, dans cette position, les points 21a, 21b et 21c de la biellette 21 coïncident avec la ligne B-B (représentée en tirets) parallèle à la ligne A-A. L'élément de commande 12 est dans une position centrale non déplacée qui ne provoque pas 35d'effet de commande sur l'avion» Si l'on se référé à présent aux figures 2 à 5, ces figures représentent le mode de fonctionnement normal du mécanisme de commande, dans lequel les signaux transmis électriquement agissent et dc^-assent le:; signaux tr-a.osi.iis riécaniquement, 40qui sorit traiis-.is en temps que les.signaux électriques. 71 18687 6 2090237 Le mode de fonctionnement anormal correspondand à la transmission de signaux mécaniques, qui se présente lors d'une panne du système de transmission de signaux électrique,ou si ce système électrique est déconnecté pour-une raison quelconque, sera décrit 5 séparément plus loin en se référant à la figure 1. Pour faciliter la description, les effets des fonctionnements normaux avec signaux électrique et mécaniques simultanés sont décrits séparément ;les effets des signaux électriques normaux sont décrits en se référant aux figures 2 et 3, tandis que 10 les effets des signaux mécaniques normaux sont décrits en se référant aux figures 4 et 5. Sur la figure 2, un déplacement désiré de l'élément de commande 12 (ordre d'entrée) est transmis sous forme de signaux électriques le long de la ligne 16. Le signal est envoyé à tra-15 vers l'amplificateur 17 et le long de la ligne 1S à la soupape 15b du dispositif-pilote de commande. Ce signal provoque un déplacement de la tige de réglage de position 15a du dispositif-pilote de commande, par exemple vers la droite (selon les figures), en déplaçant ainsi le point 21a vers la droite de la ligne B-B. 20 Comme à ce moment le levier 20 et, par suite, la tige 22 sont supposés être fixes, la biellette 21 tourne dans le sens dextrorsum autour du point 21c et déplace ainsi le point 21b vers la gauche de la ligne B-B. La tige 14a de la soupape 14 est ainsi mise dans une autre position, pour que la soupape 14 laisse passer le 25 fluide vers le vérin et provoque ainsi le début du déplacement vers la droite du piston 10b. Un signal correspondant à la position du piston est renvoyé du capteur 23 à l'amplificateur 17. Un signal correspondant au déplacement de la tige 14a est renvoyé du capteur 25 à l'amplificateur. Lorsque ce signal 30 est égal au signal de commande d'entrée, la tige 15a et, par suite, la tige 14a s'arrêtent. Du fluide passe cependant dans le vérin 10 et son piston 10b continue à se, déplacer vers la droite, vers la position représentée sur la figure 3. Comme le montre la figure 3, le mouvement du piston 35 provoque aussi le déplacement des points 20b et 20c vers la droite. Comme on ne tient pas compte des entrées mécaniques pour le moment, on peut supposer que le levier 20 ne fait que tourner dans le sens sinistroroum autour du point 20a. Les points 20b et 20c se déplacent ainsi vers la droite de la ligne A-A et, par consé-ij.oquence, la tige 22 déplace la biellette 21 en bloc vers la droite 71 18607 7 2090237 de la ligne B-B sans modifier sa position angulaire. Le point 21b revient dans une position coïncidant avec la ligne B-B, de sorte que le signal provenant du capteur 25 est réduit à zéro et que la soupape 14 se ferme. Cela se produit lorsque le piston 15 10b atteint le déplacement demandé par le signal d'entrée électrique pour commander l'avion, le signal d'entrée étant équilibré par le signal provenant du capteur 23, de sorte que le signal net présent dans la ligne 10 est nul et le dispositif-pilote 15 de commande est stationnaire. 10 L'effet d'un signal d'entrée de demande équivalent de déplacement de commande mécanique est décrit en se référant aux figures 4 et 5, sans tenir compte du signal de demande électrique correspondant. Sur la figure 4, un signal mécanique transmis par l'embiellage 19 déplace le point 20a ainsi que le point 20c 15 vers la droite de la ligne A-A. De ce fait, la tige 22 tire la biellette 21 vers la droite mais, comme il n'y a pas d'entrée électrique en provenance de la ligne 18, la tige 15a reste dans une position qui coïncide avec la ligne B-B et la biellette 21 tourne, par conséquent, dans le sens sinistrorsum autour du point 20 21a. Le point 21b se déplace vers une position située à droite de la ligne B-E. La tige 14a de la soupape 14 se déplace ainsi, de sorte qu'un signal correspondant est envoyé à l'amplificateur 17 à partir du capteur 25. Ce signal n'est pas éqiiilibré par une entrée électrique en provenance de la ligne 16 et ainsi le dispositif 25 de commande 15 reçoit un signal pour se déplacer pour contrebalancer le mouvement du point 21b. Le dispositif de commande déplace donc rapidement le point 21a vers la droite, comme le montre la figure 5, pour faire osciller le point 21b vers la gauche et l'amener en coïncidence avec la ligne B-B, de sorte qu'il provient 30 un signal nul du capteur 25. Cette action est soutenue par tout mouvement transitoire du piston 10b provoqué pendant le mouvement d'ouverture et de fermeture rapide de la soupape 14, car le capteur 23 envoie un signal de déplacement du piston dans l'amplificateur 17 pour que 351e dispositif de commande s'oppose au déplacement de la soupape. Il est clair qu'à part les effets transitoires des entrées rapides sous forme de signaux mécaniques, le piston 10b ne peut suivre que les entrées provenant de la ligne 16, sous forme de signaux électriques. Les signaux mécaniques sont rendus pratiquement sans effet. 71 18687 3 2090.237 On va décrire à présent le mode de fonctionnement anormal à signaux mécaniques en se référant à la figure 1. S'il se produit une panne du système de transmission électrique des signaux, le passage à la commande par signaux méca-5 niques a lieu automatiquement, car le dispositif de commande 15 n'agit plus pour supprimer les entrées transmises sous forme de signaux mécaniques. Il n'y a pas de retard, comme il y en aurait probablement s*il fallait brancher physiquement le système à signaux mécaniques sur le mécanisme de commande après une panne 10 électrique. Dans ces circonstances, il n'y a pas d'entrée électrique le long de la ligne 18 pour déplacer la tige 15a. Si le point 21a est déjà écarté de sa position de coïncidence avec la ligne B-B, le dispositif d'autocentrage menti..nné précédemment ramène 15 lentement le point 21a dans la position qui coïncide avec la ligne B-B, où il demeure. Les demandes d?entrée transmises par signaux mécaniques déplacent ainsi les points 20a et 20c vers la droite ou vers la gauche, ce qui fait tourner la biellette 21 autour du point 21a soit vers la droite soit vers la gauche de la ligne 20 A-A. La soupape 14 laisse entrer, par conséquent, du fluide dans le vérin 10 pour provoquer respectivement sa contraction ou son allongement. Le déplacement du piston 10b provoque le déplacement du levier 20 et, par suite, de la tige 22, en tendant ainsi à ramener le point 21b à sa position de coïncidence avec la ligne 25 B-B, où il ferme la soupape 14. Si l'on doit revenir au mode de fonctionnement à signaux électriques, la transition du mode mécanique au mode électrique est également instantanée. En variante au capteur électrique unique 25, on peut 30 utiliser, avec le même effet, des capteurs jumelés (non représentés), l'un monté sur la tige de mise en place 15a du dispositif de commande 15 et l'autre monté sur la tige 22. Ces deux capteurs envoient des signaux à 1|amplificateur 17, qui correspondent au déplacement du dispositif de commande 15 et au dépla-35 cernent de la tige 22, ces signaux ayant un effet d'ensemble correspondant au déplacement de la soupape 14. Grâce à l'invention, un mécanisme de commande mécanique d'avion peut comporter l'entrée simultanée de demandes de déplacement d'éléments de commande à la fois électriques et mécaniques mais, au cours d'un fonctionnement normal, le déplacement de 71 18687 9 2090237 l'élément de commande n'obéit qu'aux ordres transmis sous forme de signaux électriques, sans qu'il y ait lieu de désaccoupler physiquement le système à signaux mécaniques. Si le système à signaux électriques tombe en panne, on passe instantanément au mode de fonctionnement à signaux mécaniques, sans retard dû à l'accouplement ou au désaccouplement mécanique. 71 18607 2090237 REVENDICA.ÎIOÎÎ'? 1. Dispositif de commande comprenant un élément à déplacer, un moteur relié à cet élément, un régulateur régulant l'énergie fournie au moteur, un système de trans-5 mission non-mécanique de signaux de commande agencé pour ajuster le régulateur, et un système de transmission mécanique de signaux de commande agencé pour ajuster le régulateur, ledit dispositif de commande étant caractérisé en ce qu'il comporte un élément de mesure agencé pour mesurer l'effet 10 combiné des deux systèmes de transmission et pour fournir un signal par l'une de deux lignes dans le système non-méca-nique pour constituer une "boucle de réaction par laquelle l'effet du système mécanique est dépasser par l'effet du système non-mécanique lorsque ce dernier système fonctionne. 15 2. Dispositif de commande selon la revendica tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pilote de commande agencé pour déplacer l'élément de manoeuvre du régulateur, en réponse à des signaux provenant du système non-mécanique, le système mécanique étant relié mécanique-20 ment à l'élément de manoeuvre du régulateur. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une "biellette rigide montée à pivotement en un premier point sur un élément entrainé du dispositif pilote de commande, en un second 25 point sur l'élément de manoeuvre de la soupape, et en un troisième point sur le système mécanique. 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif pilote de commande comprend un élément de rappel qui 30 ramène son élément entraîné dans une position prédéterminée, en cas de panne du système non-mécanique. 5- Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de mesure est sensible au déplacement de l'élément de 35 manoeuvre du régulateur. 6. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de mesure est sensible au déplacement de l'élément à déplacer; 40 7« Dispositif de commande selon l'une quelcon- 71 18fcR7 11 . 2090237 que des revendications *1 à 6 utilisé dans un système de commande d'avion volant caractérisé en ce que le moteur est un vérin monté de façon à déplacer une surface de commande aérodynamique de l'avion. 5 8.Dispositif de commande selon la revendica tion 3, utilisé conformément à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un levier relié, par l'une de ses extrémités, au système de transmission mécanique et, par son extrémité, à l'élément mobile du vérin, et en n 10 point intermédiaire à une tige qui .est reliée à la biejlette rigide.