Brevet FR2138294A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne un aérofrein d'aérodyne, qui permet d'appliquer un effort de travée pratiquement constant et par suite une décélération constante de l'aéronef dans toute la plage des vitesses du domaine de vol. Jusqu'ici les aérofreins, qu'ils soient du type sur voilure ou sur fuselage, sont habituellement commandés en position. La manoeuvre est du type tout ou rien, volets rentrés ou volets sortis, avec interposition éventuelle d'un limiteur d'effort, de manière à ne pas dépasser la limite de résistance structurale. le pilote se voit généralement imposer, avec de telles structures d'aérofreins, une vitesse maximale de sortie. La tranée introduite par la sortie de tels volets de freinage provoque une décélération proportionnelle au carré de la vitesse du vent relatif. La présente invention fournit un dispositif de commande en effort et non en position qui permet, grâce à une cinématique réver sible entre l'aérofrein et un vérin alimenté en pression modulable, de produire un équilibre entre l'effort aérodynamique sur les aérofreins et l'effort sur le vérin, de telle sorte que les volets de l'aérofrein s'ouvrent davantage lorsque la vitesse de l'aérodyne diminue. Le pilote peut ainsi directement agir sur la tramée de l'aéronef en réglant son action sur le levier de commande d'un détendeur progressif alimentant le vérin de manoeuvre des volets. Dans un tel dispositif de commande en effort conforme à l'in- vent ion, la pression du fluide dans le vérin de manoeuvre entrains un effort aérodynamique constant sur les volets,indépendant de la vitesse de l'avion, ce qui impose une décélération constante à l'avion d'après la formule fondamentale de la mécanique F = my Dans la pra tique,cette décélération varie faiblement quand la vitesse de l'avion varie,du fait de la non linéarité de la cinématique réversible entre vérin de manoeuvre et volets. Puisqu'à un effort maximum choisi sur les volets correspond une pression hydraulique maximum dans le vérin qui commande leur ouverture, l'effort maximum encaissé par la structure est ainsi déterminé et l'aérofrein peut être utilisé dans tout le domaine de vol de l'aérodyne. Le niveau de cet effort pendant les manoeuvres est rdglé en alimentant le cylindre hydraulique du vérin par l'intermédiaire d'un détendeur à la disposition du pilote. L'invention implique donc un détendeur actionné par un levier de manoeuvre à la disposition du pilote, chaque position du levier correspondant à une certaine pression prédéterminée dans le circuit hydraulique qui alimente le cylindre du vérin de manoeuvre des volets de l'aérofrein. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, et donnant à titre indicatif, mais nullement limitatif une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une vue en perspective des volets de l'aérofrein, dans le cas particulier d'aérofrein de pointe arrière de fuselage; la figure 2 est une vue schématique du circuit de commande de l'aérofrein en position fermée; la figure 3 est une vue analogue en cours de manoeuvre d'ouverture; les figures 4 et 5 sont des vues de détail; et la figure 6 est un diagramme donnant, pour un aérodyne donné, la valeur de décélération ou celle de l'effort sur le vérin en fonction de l'angle de braquage des volets et de la vitesse. On voit sur la figure 1 un empennage de queue 1 portant deux volets de freinage 2 et 3 maintenus en position ouverte par deux bielles de commande 4 et 5 articulées respectivement sur deux nervures 6 et 7 solidaires des volets 2 et 3. Suivant 1' invention le pied commun 8 des deux bielles de commande 4 et 5 est articulé à une tige 9 reliée au piston 20 d!un vérin hydraulique désigné dans son ensemble par 10, laquelle coulisse dans une glissière axiale 30; les volets 2 et 3 peuvent pivoter respectivement autour d'axes fixes 12 et 13 liés à la structure de l'aéronef. La tige 9 est repoussée en position basse (figure 2)par le ressort il lorsque la canalisation hydraulique 14 qui relie le vérin 10 à un détendeur 15 est ouverte sur le bac 27. Lorsque le pilote de l'appareil agit sur un levier de manoeuvre 16 dans le sens de la flèche f1, (figure 5) la came à rampe excentrée 17 enfonce la tige poussoir 33 permettant ainsi au fluide de la chambre 18 en provenance d'une source S de mettre en pression une chambre intermédiaire 31 et le conduit 14.Le fluide sous pression afflue à la partie inférieure du cylindre 19 et repousse vers le haut le piston 20.La tige 9 solidaire du piston 20 entraxe alors le pied commun 8 des deux bielles 4 et 5 dans la glissière 30 dans la direction de la flèche f2 et les volets 2 et 3, basculant autour de leurs pivots 12 et t3, s'ouvrent respectivement dans le sens des flèches f4 et f5 à l'encontre de l'effort antagoniste du ressort 11 et, principalement, des efforts aérodynamiques antagonistes sur les surfaces 2 et 3. Cependant la pression P de la source S agissant sur le pied d'un piston intermédiaire 21 fait remonter celui-ci accompagné par la soupape 24, Jusqu'à ce que finalement un équilibre s'établiese, entre la pression "p" qui règne dans la chambre 31 appliquant sur la surface annulaire du piston 21 un effort antagoniste au tarage du ressort 23, en position fermée de la soupape 24, lorsque celle-ci est repoussée sur son siège 25 (figure 4) par le ressort 29. La pression "p" est déterminée par la position du levier 16 sur l'un ou l'autre des repères de l'arc gradué 26. Si, alors qu'une position d'équilibre a été ainsi ordonnée aux volets 2 et 3, la vitesse de l'appareil vient à s'accrottre, par une action dn pilote à piquer par exemple, l'effort de trat- née dans la direction de la flèche f3 augmente et tend à refermer les volets; la tige 9, entraînée cette fois dans la direction de la flohe f6, refoule le fluide hydraulique dans la chambre 31 portant la pression de la chambre 31 à une vapeur "p + q" supérieure à "p" et celle-ci soulève le piston intermédiaire 21 de façon à ouvrir un passage au débit de fuite du fluide avec retour au bac 27 à travers un filtre 28. On peut ainsi commander au moyen de la position du levier 16 un effort de traînée f3 constant sur les volets 2 et 3. Les essais en soufflerie sur une forme de réalisation dans laquelle les volets 2 et 3 ont un profil sensiblement trapézoïdal de bases 1,26 m et 0,62 m et d'une hauteur de 1,28 m, soit une surface de 2,40 m ,sont reportés sur le diagramme de la figure 6. Ces résultats correspondent à une atmosphère standard au sol à 15OC, de densité 1,2255 kg/m3, en appliquant la formule ? S1l2p H Csa pour une masse de l'aéronef de 15 tonnes. Les réseaux de courbes sont portés pour des braquages de volets de 10 en tO et des vitesses du vent relatif de 50, 60, 80, 100, 150 et 200 mètres par seconde suivant les tableaux I et Il ci-après. Tableau I Efforts aérodynamiques appliqués au foyer aérodynamique des volets v F braquages en m/s : en decanewtons : . a = 90" : 40 : 348 0,0236 60 60 60 : 783 : 0,0532 : Cx a = 1,48 : 80 . 1.392 o, 0, ou46 . 1/2 p S.Cx a = 2,175 : 100 : 2.175 0,1478 150 4.893 : 0,3325 : : 200 : 8.700 0,5912 a = 80" 40 : 312 : 0,02125 : : 60 703 0,04782 Cx a = 1,33 . 80 1.251 0,08502 1/2 ps.cx-a = 1,955 ? 100 : 1.955 o, : 0,13285 : 150 : 4.398 . 0,2989 200 7.820 0,5314 : : a = 70 : 40 . 258 0,01758 60 571 0,03881 Cx a 1,1 80 : 1.034 : 0,070) : 1/2 p S Cx a = 1,617 : 100 . 1.617 . 0,1098 150 3.638 0,2472 200 200 200 : 6.480 : 0,4403 .. .. ' a = 60 . 40 : 206 : 0,01406 60 : 465 : 0,03164 : Cx a = 0,88 80 . 827 o, 0,05625 . 1/2 p S Cx a = 1,293 . 100 1.293 0,08790 150 2.909 : 0,1977 : : 200 : 5,172 . 0,3514 : a = 500 40 : -164 0,01118 60 370 0,02517 Cx a = 0,7 80 : 658 : 0,04475 : 1/2 p S Cx a = 1,029 : 100 . 1.029 o, o,o699 : 150 2.315 o, 0,1573 200 Vz200 : 4.îi6 : 0,2797 a = 40 40 : 124 : 0,00846 6a : 280 0,01905 : Cx a - 0,53 : 80 . 498 o, o,o3385 1/2 n S Cx : p a : 1.752 : i i 91 : : 200 . 3.116 0,2117 ., . ; a a = 30 40 : 93 0, oxo637 - : 60 . 210 0,01433 Cx a = 0,38 : 80 375 0,02548 1/2 p S Cx a = 0,586 100 : 586 : o,o398 1.318 O : 150 i 1.318 o, o,o896 200 2 21344 0,1592 Tableau I (suite) 4 :brauages enVm/s en decF l/g :anewtons: a = 20 40 56 o, 00383 60 127 o,oo863 Cx a = 0,24 : 80 225 o, 0,01533 :1/2 p S Cx a = 0,3528 : 100 : 352 : 0,02397 : 150 792 0,0538 200 1.408 0,0956 a = 1 : 40 : 28 : 0,00191 60 63 0,00431 :Cx a = 0,12 : 80 : 112 : 0,00766 1/2 p S Cx a = 0,1764 : 100 : 176 0,01198 150 396 0,0269 : : 200 : 704 : 0,0478 Tableau II Efforts vérin en da N V en m/s &alpha; : F2= F2xF1 40 60 80 : 100 : 150 200 F F1 F 10 0,7224 : 20: 45: 81 : 127 : 286 508 20 : 0,9839 : 54: 125: 222 : 347 : 779 1.385 30 : 1,199 112: 252: 449 : 702 1.580: 2.810 40 : 1,358 : 169: 380: 676 : 1.057 :2.380: 4.231 50 r 1,513 : 249: 560: 996 : 1.556 :3.502: 6.227 60 : 1,634 : 338 760 1.352 : 2.173 : 4.753 8.451 70 1,671 432: 954: 1;729 : 2;702 : 6.079: 10.828 80 1,639 512 1153: 2;050 : 3;204 7.209 12.816 .90 1,5304 532 1198: 2.130 . 3;329 : 7.489:13.314 90 L'analyse de ces courbes permet de constater que pour une position du levier 16 donnée, la décélération varie peu dans toute la plage de vitesse de l'aérodyne. Ainsi si l'on fixe un effort de vérin de 500 da N par exemple, on peut constater que de 300 à 80 noeuds la décélération de l'aérodyne ne varie que de 0,04 g à 0,02g et ce, d'une manière très progressive. De même, si par exemple on se fixe un effort maximal du vérin de 3000 da N correspondant à une pression hydraulique de 140 bars et une section vérin de 21,4 cm2 et si l'on calcule la structure d'aérodyne pour supporter cet effort, le pilote peut se servir d'un aérofrein suivant l'invention, sans aucune limitation dans tout le domaine de vol de l'aérodyne. On voit que le dispositif de commande des aérofreins qui est représenté schématiquement sur les figures 2 et 3 comprend essentiellement les volets de l'aérofrein proprement dit 2 et 3 reliés à la structure de l'aérodyne 1, un vérin de commande 10, un détendeur 15 et son levier de manoeuvre 16, deux bielles 4 et 5 articu léess en commun avec la tige 9 du vérin 10 dans une glissière rectiligne 30 solidaire de la structure 1 et une canalisation 14 de liaison hydraulique entre le détendeur 15 et le vérin 10. Le vérin 10 comprend un ressort 11 antagoniste, un piston 20, une tige de piston 9 et un dispositif de verrouillage interne 36, de sécurité en position "fermée". Ce verrouillage a essentiellement pour but, lorsque les volets de l'aérofrein sont fermés, de maintenir leur fermeture complète en vol normal non freiné.De plus deux dash-pots (non représentés) sont disposés dans le vérin à chaque extrémité de la course du piston, pour éviter les chocs aux fonds de course. Le dé tendeur 15 commande par la came 17 à la disposition du pilote, comprend une tige de détendeur 33 guidée dans le corps du cylindre par un guide 74, un premier ressort 23, un piston-poussoir 21, un deuxième ressort 35, un poussoir soupape 24 et son ressort de rappel 29 et des canalisations permettant d'une part l'arrivée par la source S de la pression hydraulique P sur le détendeur et d'autre part le retour au bac entre le plateau supérieur 124 de pousso-ir soupape 24 et le tube 121 du poussoir 21 (figure 5) à travers un filtre 28. Le fonctionnement d'un tel ensemble est le suivant : Au repos, tel que cela est représenté sur la figure 2, le vérin 10 est en position verrouillée correspondant à la fermeture de l'aérofrein et la pression hydraulique est coupée dans la canalisation 14 par suite de l'appui de la soupape 24 sur son siège sous l'action du troisième ressort 29.Dans l'état représenté sur la figure 3, le pilote agissant sur le levier 16 produit, par l'action de la came de ce levier sur la tige du détendeur 33, un déplacement du piston poussoir 21 par compression du ressort 23, ce qui déplace vers le bas la tige poussoir 24 et libère la pression hydraulique P qui agit alors sur le vérin 10. Cette pression a pour effet de déverrouiller le vérin et d'agir sur le piston 20 jusqu'à une position de ce piston correspondant à un état d'équilibre entre la force exercée par le vérin et l'effort aérodynamique sur les volets. L'effort du vérin est déterminé par la compression initiale du ressort 23 sous l'action du poussoir 33. La pression hydraulique "p" agissant sur la surface annulaire du piston intermédiaire 21 contrebalance l'effort du ressort 23 et permet à la soupape 24 de revenir sur son siège sous l'action du ressort 29, en coupant l'alimentation par la source S. La pression sur le piston 20 du vérin 10 correspond donc bien à une position affichée sur le levier de manoeuvre 16. Par suite de la cinématique réversible obtenue par les bielles 4 et 5 agissant en liaison avec la tige du vérin 9 dans la glissière rectiligne 30, lorsque la traSnée f3 de l'aérofrein est trop importante par rapport à l'effort 9 du vérin 10, celui-ci élève la pression hydraulique dans la canalisation 14 et cette surpression agit par 1' intermédiaire de la tige poussoir intermédiaire 21 sur le ressort 23 qui se comprime en ouvrant la fuite sur le bac Lorsque l'effort 6 sur les aérofreins est moins important, le ressort 23 se détend et ouvre la soupape 24 entre la chambre 18 et la canalisation 14. la pression hydraulique P venant de la source S déplace alors le piston 20 jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli. L'étude d'une trajectoire de descente d'aérodyne avec aérofrein selon l'invention, effectuée par la demanderesse, permet de donner à titre d'exemple les résultats suivants Nasse sérodyne : 15.000 kg Vitesse (E Â S) : 77 m/sec ou 150 noeuds Configuration : lisse La donnée pour ce cas étant 100 Cx = 2,02 + 4,80 C2z Le calcul de la poussée des réacteurs, qui maintient l'aéro- dyne en vol horizontal stabilisé, s 'établit ainsi ( S ref = 56 m2) Cz = 2 P = 2 z 150.000 = 0,706 psv2 1,255x56x(77)2 d'où 100 Cx = 2,02 + [4,8 x (o,706)2] 100 Cx = 4,41 Cx = 0,0441 ce qui donne la tramée de l'avion, donc la poussée nécessaire des réacteurs Fi = 1/2 # SV2 Cx Fx = 1/2 x 1,255 x 56 x (77) x 0,0441 Fx = 9.186 N Les aérofreins s'ouvrant à 900 la figure 4 indique, pour 40 V = 77 m/s et a = 900. rlg = 0,088 ----- > Fia 12.949 N. Ceci correspond à un effort du vérin de commande de l'ordre de 2100 da N. Lorsqu'on écrit l'équation de propulsion Fx = P sin Q + T ou sin Q : Fi - T p dans laquelle P est le poids de l'aérodyne et T la poussée des réacteurs, on peut ainsi analyser la trajectoire de descente selon deux cas 1er Cas : On ouvre les volets sans réduire les moteurs sin Q = 12.949+9.186 - 9.186 = 0,0879 150.000 d'où une trajectoire d'inclinaison Q : 50 et Vz = V sin Q = 77 x 0,0879 = 6,77 m/s soit 1.332 pieds/minute. 2ème Cas : On ouvre les volets en réduisant à fond les moteurs avec poussée résiduelle de 1000 N. Dans un tel cas sin Q = 12.949 + 9.186 - 1000 = 0,1436 150.000 D'où # = 80 amenant Vz = 77x0,1436 = 11 m/s soit 2.165 pieds/minute. L'examen des courbes de la figure 4 indique bien que la commande d'un aérofrein suivant l'invention présente principalement deux avantages importants par rapport à la commande en position de l'art antérieur - La décélération varie peu dans toute la plage de vitesse de l'aérodyne pour une position de manette donnée. - Si l'on se fixe un effort maximal du vérin il suffit de calculer la structure pour supporter cet effort maximum donné et le pilote peut à tout instant se servir de l'aérofrein sans aucune limitation dans tout le domaine du vol. Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre d'exemple préférentiel indicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra apporter toute équivalence à ses éléments constitutifs définis par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Aérofrein d'aérodyne caractérisé en ce qu'il comprend un vérin de manoeuvre de l'ouverture de volets de freinage relié à ces volets par une cinématique réversible substantiellement linéaire, le vérin étant alimenté en pression par un détendeur progressif, un levier de manoeuvre à la disposition du pilote permettant de régler la pression de sortie du détendeur à une pression prédéterminée "p", laquelle est appliquée au cylindre du vérin de manoeuvre. 2. Aérofrein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque sous l'effet d'une action accrue du vent relatif sur les volets de freinage la pression augmente dans la chambre du détendeur reliée au vérin au-delà de ladite pression prédéterminée, ledit détendeur met la chambre en communication avec la purge jusqu'8 ce que la pression soit redevenue étale à "p". 7. Aérofrein d'aérodyne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin de commande est à dash-pot et à verrouillage en position aérofrein fermé.