Brevet FR2123115A1 — publié le 19720908

La présente invention a pour objet un dispositif de commande de volets au moyen de vérins de forme toroîdale à course curviligne, notamment en arc de cercle, De tels vérins ou servo-mécanismes h mouvement circulaire 5 conviennent chaque fois qu'il s'agit d'animer ou de régler des pièces ou organes dont le mouvement s'effectue par débattement angulaire limité autour d'une articulation. Ce sont là des situations qui se rencontrent fréquemment dans la commande d'organes de machines et plus particulièrement de gouvernes d'aéro-10 dynes et de navires, ainsi que dans la manoeuvre d'organes divers tels qu'aérofreins, la commande d'ouverture et de fermeture de portes, etc... la solution usuelle qui consiste à attaquer un guignol de commande au moyen d'un vérin ou d'un servo-mécanisme à mou-rectiligne 15 vement/classique, présente 1'inconvénient de nécessiter au moins deux articulations complémentaires en sus de l'articulation principale de l'organe commandé. Elle pose des problèmes d'encombrement difficiles à résoudre et nécessite souvent le recours à des bielles intermédiaires pour la transmission des efforts. 20 les servo-moteurs à mouvement circulaire présentent donc pour beaucoup d'applications des avantages notables sur les appareils classiques à mouvement rectiligne, mais leur généralisation exige de pouvoir en entreprendre une réalisation industrielle propre à leur conférer une forme géométrique très précise 25 avec un état de surface compatible avec l'étanchéité indispensable . La Demanderesse a mis au point à cet effet des machines-outils qui apportent une solution pratique, simple et commode à ces problèmes d'usinage, que ce soit pour la réalisation pré-30 cise d'un alésage à paroi toroîdale ou pour celle d'un piston à surface externe toroîdale. Ces machines-outils sont décrites dans la demande de brevet français lo, 7028624 du 3 Août 1970 pour "Appareil à piston perfectionné,, ses applications ainsi que les machines-outils pour son usinage". 35 Le dispositif faisant l'objet de la présente invention se caractérise par un montage en tandem de deux vérins toriques pour la commande de deux éléments articulés à la suite l'un de l'autre, la course curviligne de l'un ou l'autre desdits véxins toriques ou des deux pouvant être centrée sur l'axe d'articula-40 tion de l'élément correspondant. 1 BAD ORIGINAL- 71 00528 2123115 Dans un mode de réalisation de la présente invention, les corps à alésage torique des deux vérins sont solidaires l'un de l'autre et intégrés à une structure rigide pivotant autour de l'une des articulations et. incorporant l'élément articulé 5 correspondant. La tige de piston du vérin torique centré sur cette articulation prend appui contre une partie fixe, tandis que la tige de piston de l'autre vérin torique agit sur le second élément articulé. Les deux vérins en tandem peuvent être disposés soit à 10 proximité l'un de l'autre d'iin même côté de l'articulation de ladite structure rigide, soit à l'écart l'un de l'autre des côtés opposés de ladite articulation. " La présente invention reçoit une application particulièrement intéressante dans le cadre de la commande d'un écoulement 15 à profil convergent-divergent, et notamment au réglage de la • tuyère d'échappement ou du canal de captation d'un propulseur à réaction, une telle tuyère ou analogue, étant en général constituée d'une juxtaposition circulaire avec recouvrement partiel de volets amont , suivie d'une juxtaposition similaire de volets 20 aval articulés à la suite des premiers. Dans une variante de réalisation préférée de la présente invention, l'un des deux vérins toriques en tandem commande simultanément deux volets conséciitifs appartenant à ladite juxtaposition amont et situéè de part et d'autre du corps de ce vérin, 25 tandis que l'autre vérin commande de même simultanément deux volets consécutifs appartenant à ladite juxtaposition aval et également situés de part et d'autre du corps de cet autre vérini A cet effet, chaque vérin agira sur les deux volets consécutifs qu'il commande,-par l'entremise d'un embiellage dédoublé aboutis-30 sant aux volets respectifs. Les corps à l'alésage torique des deux vérins seront avantageusement intégrés à la structure fixe de ladite tuyère ou analogue, et.les tiges de piston reliées auxdits volets respectifs par ledit embiellage dédoublé, 35 La description qui va,suivre en regard des dessins anne xés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, La figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une tuyère réglable équipée d'un dispositif de commande conforme 40 à un mode de réalisation de la présente invention. BAD ORIGINAL 71 00528 3 2123115 La figure 2 en est une élévation partielle en bout, le capotage étant enlevé pour la clarté du dessin. La figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 1, montrant une variante de réalisation. 5 La figure 4 est une vue partielle en plan d'une autre variante de réalisation à laquelle la préférence paraît devoir être donnée. Les figures 5, 6 et 7 sont respectivement des coupes par les lignes V-V, VI-VI et VII-VII de-la figure 4. 10 On a représenté sur les figures 1 et 2 la partie termi nale fixe d'une ttiyère de réaction 1 présentant une bride 2 sur laquelle est fixée une console ou virole 3 portant un axe d'articulation 4 à proximité de sa fixation à la tuyère 1. La partie terminale réglable de la tuyère comprend deux volets : d'une 15 part un volet amont 5 articulé en 4 sur la virole fixe 3 et d'autre part un volet aval 6 articulé en 7 sur le volet amont 5. On voit que ce dernier définit un convergent réglable s'étendant entre les articulations 4 et 7 situées respectivement à proximité de la zone d'entrée de section constante du convergent et 20 de son col géométrique de section variable ; de même, le volet aval 6 définit un prolongement éventuellement divergent de ce convergent, lui aussi réglable et s'étendant depuis ledit col géométrique variable jusqu'à la section de sortie également variable de la tuyère. Celle-ci constitue donc une tuyère à géomé-25 trie variable d'un type approprié aux réacteurs des avions modernes à grande vitesse et notamment des avions de transport supersoniques . Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le volet amont 5 fait partie intégrante d'une structure 30 résistante en caisson. 8 présentant des trous d'allégement 9 et solidaire de deux corps de vérins jumelés ou en tandem 10 et 11, l'ensemble de la structure en caisson 8 avec son volet 5 et ses corps de vérins 10 et 11 pouvant pivoter globalement sur l'articulation 4 portée par la virole 3 qui peut être prolongée par un 35 capotage arrière 12 conformé pour réduire la traînée de culot du propulseur à réaction. Les corps de vérins 10 et 11 comportent des alésages en forme de sectetirs de tores circulaires ayant leur axe centré respectivement sur l'axe des articulations 4 et 7. Dans ces corps 40 de vérins 10 et 11 sont logés des pistons 13 et 14 qui sont éga- BAD ORIGINAL 00528 4 2123115 lement en forme de secteurs de tores circulaires et solidaires de tiges incurvées 15 et 16 respectivement fixées à la virole 3 et au volet aval 6. Ces vérins sont à double effet et l'on a représenté schématiquement en 17a et 17b des conduits pour le fluide 5 hydraulique dans le cas du vérin 10. Les pistons 13 et 14 sont avantageusement montés "flottants" sur leurs tiges 15 et 16 et seront équipés de même que leurs tiges de joints d'étanchéité susceptibles d'un certain jeu dans leur gorge porte-joint. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la 10 façon suivante : La commande du vérin primaire 10 dont la tige 15 prend appui contre la console 3, a pour effet de faire coulisser le corps du vérin par rapport au piston 13 et par conséquent de faire pivoter autour de l'articulation 4 la structure en cais-15 son 8 et donc le volet amont 5 qui en est solidaire, modifiant ainsi la convergence de celui-ci et la section au col de la tuyère. De même, la commande du vérin secondaire 11 a pour effet de faire coulisser le piston 14 et par conséquent de modifier le calage angulaire du volet aval 6 sur lequel vient agir la tige 20 16, par rapport à la structure en caisson 8 et donc au volet amont 5« On modifie de la.sorte la divergence de ce dernier (qui peut d'ailleurs être nulle ou même négative auquel cas la configur-ration est convergente de bout en bout) ainsi que la section de sortie de la tuyère* 25 Comme les vérins sont de forme torique et en outre à axe circulaire centré sur l'articulation respective, la transmission est réduite à sa plus simple expression : on se dispense de tout renvoi par biellettes ou analogues ainsi que de toute liaison cinématique articulée autre que le pivot de chaque volet, abstrac-30 tion faite bien entendu de systèmes pouvant être prévus au point d'application des vérins pour le rattrapage des écarts éventuels de dilatation thermique. On a représenté en trait plein sur la figure 1 et à droite sur la figure 2, une configuration intermédiaire de la tuyère 35 pour laquelle le volet amont 5 est à sa plus faible convergence, la section au col étant alors à son maximum, et le volet aval 6 est à son plus grand braquage relatif. On pourrait donc obtenir à partir de là une configuration extrême d'ouverture de tuyère en commandant le vérin secondaire 11 pour faire passer son piston 40 14 au fond supérieur, auquel cas le volet avay sera au maximum 71 00528 s 2123115 de divergence et la section de sortie de la tuyère à sa plus forte valeur. Une seconde configuration intermédiaire de la tuyère est représentée en trait mixte sur la figure 1 et à gauche sur la figure 2 : le piston 13 est passé au fond supérieur 5 du vérin primaire 10, "braquant de ce fait le volet amont 5 à sa plus forte convergence et réduisant d'aiitant la section du col au droit de l'articulation 7, tandis que le piston 14 au fond supérieur du vérin secondaire 11 réduit par contre le braquage du volet aval 6 qui de ce fait n'a qu'une faible conver-10 gence. Celle-ci peut être accentuée en faisant passer le piston 14 au fond inférieur du vérin secondaire 11, donnant ainsi à la tuyère une configuration extrême de fermeture à section de sortie minimale. Bien entendu, si les deux configurations inter-15 médiaires illustrées sont jugées insuffisantes, il sera possible de doter les vérins de systèmes de verrouillage mécanique pour leur blocage en d'autres configurations intermédiaires déterminées. Dans la variante de réalisation de la figure 3 où les 20 mêmes références ont été conservées pour désigner les organes analogues à ceux précédemment décrits, on a déporté le vérin primaire 10 du côté de l'articulation primaire 4 opposé au vérin secondaire 11, la cinématique générale demeurant néanmoins la même. la description donnée plus haut en regard des figures 25 1 et 2 peut être répétée dans le cas de la figure 3. Il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et l'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Ainsi, on pourrait solidariser 30 le corps du vérin primaire 10 avec la console fixe 3 auquel cas le piston 13 et sa tige 15 seront incorporés à la structure rigide 8 ; il peut en être de même pour la relation entre le vérin secondaire 11 et sa tige de piston 16 d'une part, le volet aval 6 et la structure rigide 8 d'autre part. 35 L'invention apporte une solution fiable, légère et peu encombrante aux problèmes courants dans la technique des tuyères d'écoulement de vapeur, des tuyères de souffleries aérodynamiques à haute vitesse, des tuyères d'éjection des moteurs d'aérodynes à réaction directe tels que fusées et turboréacteurs, 40 Elle apporte aussi une telle solution aux problèmes de captation 71 00528 ' " 2123115 d'air des moteurs aérobies à haute"vitesse tels que les stato-réacteurs. Elle s'applique autant au contrôle des écoulements bi-dimensionnels qu'à celui des écoulements présentant une symétrie 5 de révolution. Dans ce dernier cas, les volets à commander peuvent affecter la forme de segments de cônes de façon à constituer, par répétition circulaire et recouvrements partiels, des troncs dé cônes continus. De telles dispositions se présentant sous la forme d'une «j A . • ^ ■ couronne de segments à juxtaposition circulaire et à superposition partielle, se rencontrent dans la technique des tuyères de réaction, notamment pour avions supersoniques. Dans ce cadre, on a envisagé de n'atteler Ibb vérins de commande qu'à certains volets appelés "menants" et séparés par des volets sans vérins •1 {T ou "menés" qui font office de volets intermédiaires de liaison, dans la perspective que la synchronisation entre les volets menants se fait par les volets intermédiaires de liaison, les efforts transmis par ces volets intermédiaires pouvant être considérés comme faibles et ne devant compenser que les écarts 20 de rendement possible entre les différents vérins équipant l'ensemble de la couronne. Toutefois la pratique fait apparaître là nécessité d'une synchronisation impérative ou plus exactement d'une liaison mécanique entre chaque vérin, si l'on veut éviter : 25 - qu'il se produise en fonctionnement un coincement entre les volets, ce qui augmenterait considérablement les efforts de manoeuvre ; - que ces coincements provoquent une usure importante et très rapide des surfaces en contact ; 30 - que le rattrapage des jeux entre les volets occasionne une déformation de la circonférence obtenue. La variante de réalisation des figures 4 à 7 remplit ces conditions et assure en outre, en cas de panne totale d'un vérin, la prise en charge immédiate de la commande défectueuse 35 par les vérins voisins. On notera d'ailleurs que, dans cette variante où l'on a encore une fois conservé les mêmes références que précédemment pour désigner des organes analogues, le corps des vérins 10 et 11 ainsi que leurs tiges de pistons 15 et 16 sont désolidarisés des volets 5 et 6, écartés de la face externe 40 à température élevée (de l'ordre de 700°C) de ces volets et^aton— COPY 1 00528 - 7 . . 21231 15 damment exposés au courant d'air de refroidissement qui y maintient une température beaucoup moins contraignante (de l'ordre de 350°0). Comme on le voit mieux sur les figures 4 et 7» la struc-5 ture 8 à laquelle sont incorporés les corps de vérins 10 et 11, est disposée à cheval et symétriquement.sur deux volets amont 5-5, cette disposition se répétant tout autour de la couronne de volets amont. Contrairement aux modes de réalisation précédents, la structure 8 est ici solidaire de la partie terminale 10 fixe de la tuyère 1, le corps de vérin amont 10 étant situé en amont de la "bride d ' extrémité 2. De son côté, le corps de vérin aval 11; en est très rapproché, de sorte que l'ensemble de la structure rigide 8 est compact et de porte-^à-faux réduit.. 15 On notera que, dans cette variante de réalisation des figures 4 à 7, la tige 15 du piston de vérin amont 13 se déplace dans son alésage torique 10 en tournant autour d'un axe d'articulation 18. La liaison mécanique entre cette tige de piston 15 et cet axe 18 est assurée par un bras coudé dédoublé 19—19 soli-20 daire du bout de la tige 15, l'axe 18 ne se confondant pas ici avec les axes 4 d'articulation des volets amont 5-5 situés de part et d'autre. Chacun de ces derniérs est prolongé de deux bras coudés 20-20 reliés au bout de la tige de piston 15 par des biellettes 21-21 équipées de rotules aux extrémités. 25 On peut donc remarquer qu'un vérin amont 10 agit simulta nément sur deux volets arnont 5-5 situés de part et d'autre de celui-ci et cette commande dédoublée se répète sur tout le pourtour de la tuyère. Ainsi la mise en oeuvre de chaque vérin 10 entraîne directement le mouvement des deux volets 5-5 qu'il 30 chevauche et de proche en proche celui de tous les volets amont 5 constituant la couronne, par le jeu des embiellages successifs. Il en est de même pour la commande des volets aval 6 par chaque vérin torique 11 dont la tige de piston 16 se déplace autour d'un axe 22 proche de l'axe 18. Comme pour la partie amont, 35 un bras coudé dédoublé 23-23 solidaire du bout de la tige 16 s'articule sur l'axe 22. Toutefois, dans le cas de la partie aval, la liaison mécanique entre le vérin 11 et les volets 6-6 qui lui sont asservis, se subdivise en deux étages : - d'une part, une double bielle 24-24 reliant le bout de 40 la tige de piston 16 à un renvoi double 25-25 pivotant autour BAD ORIGINAL, 00528 ' 8 2123-115 d'un axe 26* - d'autre part, une double bielle 27-27 interposée entre le renvoi 25-25 et une articulation 28 sur chacun des deux volets aval 6-6 asservis au vérin 11, des rotules étant prévues 5 aux extrémités de chaque bielle 27. Ainsi donc, pour la partie aval également, la mise en oeuvre d'un seul vérin 11 entraîne directement les deux volets 6-6 qu'il chevauche et, de proche en proche, l'ensemble des volets aval par le jeu des embiellages successifs. COPY 00528 - ' 9 2123115 REVENDICATIONS 1 » Dispositif de commande de deux éléments articulés à la suite l'un de l'autre au moyen d'un montage en tandem de deux vérins à fluide de type torique, la course curviligne de l'un 5 ou l'autre desdits vérins toriques ou des deux pouvant être centrée sur l'axe d'articulation de l'élément correspondant. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les corps à alésage toroïdal des deux Vérins sont solidaires l'un de l'autre et intégrés à une même structure rigide, 10 3« Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'un desdits éléments articulés est incorporé à ladite structure rigide et celle-ci pivote autour de l'axe d'articulation de cet élément, 4» Dispositif selon la revendication 3f dans lequel la tige 15 de piston du vérin torique centré sur ladite articulation prend appui contre une partie fixe, tandis que la tige de piston de l'autre vérin torique agit sur le second élément articulé, 5. Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, dans lequel . lesdits vérins en tandem sont disposés soit à proximité l'un 20 de l'autre et d'un même côté dudit axe d'articulation, soit à l'écart l'un de l'autre et des deux côtés dudit axe d'articulation, 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits éléments articulés sont des volets succes- 25 sifs de réglage de la géométrie d'un conduit qui peut être constitué d'une juxtaposition circulaire avec recouvrement partiel de volets amont, suivie d'une juxtaposition similaire de volets aval articulés à la suite des premiers, 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel l'un 30 des deux vérins toriques en tandem commande simultanément deux volets consécutifs appartenant à ladite juxtaposition amont et situés de part et d'autre du corps de ce vérin, tandis que l'autre vérin commande de même simultanément deux volets consécutifs appartenant à ladite juxtaposition, aval et également si-35 tués de part et d'autre du corps de cet autre vérin. 3. Dispositif selon la revendication 7,'dans lequel chaque vérin agit sur les deux volets consécutifs qu'il commande, par l'entremise d'un embiellage dédoublé aboutissant aux volets respectifs . COPY 00528 10 2123115 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les corps à alésage toroïdal.des deux vérins sont intégrés à une structure fixe dudit conduit, les tiges desdits vérins étant reliées auxdits volets respectifs par ledit embiellage dédoublé 5 10. l'application du dispositif selon l'une des revendications 6 à 9 à la commande d'un écoulement à profil convergent-divergent, et notamment au réglage de la tuyère d'échappement ou du canal de captation d'un propulseur à réaction, notamment pour avion supersonique. ^ COPY