Brevet FR2158086A1 — publié le 19730615

a présente invention concerne des systèmes hydrauliques asservis et, de façon plus particulière mais non exclusive, des servo-mécanismes tels que ceux qui sont utilisés dans la commande du changement de pas des installations d'hélices. Dans les servo-mécanismes du type utilisé dans la commande de pas d'une hélice, le principal problème est d'obtenir une relation précise et se entre les signaux de demande et les signaux de retour, qui sont transmis et comparés dans le but de produire un signal d'erreur. Bes dispositifs antérieurs étaient, soit électriques, soit mécaniques, et leur insuffisance résidait dans la transmission des signaux, la difficulté résidant dans la connexion de parties du servo-mécanisme à des éléments en rotation.Un exemple typique en est la commande de pas d'une hélice du type hélice d'avion utilisée sur un "hovercraft" (bateau sur coussin d'air), dans laquelle lton doit transmettre le signal de retour depuis un mécanisme logé dans l'ensemble d'hélice tournant, à travers l'arbre d'entratnement, jusqurà des commandes situées dans la partie non tournante de l'ensem- ble saturés par l'écume de la mer, érodés par le sel et abrasés par le sable, et, de façon générale, ils sont exposés aux pires ef-fets de l'environnement. L'invention se propose d'éliminer ces inconvénients antérieurs, et propose de réaliser un système hydraulique asservi, par exemple pour commander le mécanisme de changement de pas d'une hélice, dans lequel le signal de retour d'asservissement est engendré directement sous forme de pression hydraulique par un potentiomètre hydraulique. Des dispositifs selon l'invention vont maintenant etre décrites, à titre d'exemple, en se reportant au dessin joint, sur lequel : la fig. 1 représente schématiquement un système hydraulique de commande de pas; la fig. 2 représente le système de la fig. 1 avec un mode de fonctionnement différent; la fig. 3 est une vue schématique, en coupe, d'une forme de potentiomètre hydraulique pour le système de la fig. 1; et la fig. 4 est une vue similaire d'une autre forme de potentiomètre hydraulique. la fig. 1 représente un systèmepDur commander le mécanisme hydraulique de changement de pas d'une hélice. Il comporte des moyens pour engendrer des signaux primaires et des signaux de retour, ces moyens se présentant sous la forme de potentiomètres hydrauliques ou d'autres instruments de mesure. La fig. 1 est une vue schématique du système de détection et de commande, ainsi que des pièces de l'ensemble de commande de pas. Un potentiomètre hydraulique asservi 2 est monté à l'intérieur de l'arbre creux 5 d'entratnement de l'hélice, et il est indirectement relié au piston d'actionnement 4. Toutes les parties tournantes de la commande hydraulique de pas sont contenues à l'intérieur d'un manchon extérieur 20o Le fluide hydraulique passe à travers les orifices 14 et 17, et à travers d'autres orifices 32 formés dans l'arbre de l'hélice 5, à partir de chambres annulaires 28 formées dans le manchon 20. Le potentiomètre asservi 2 et le potentiomètre primaire ou potentiomètre de commande 1 consistent fondamentalement en des pistons 2 et 1 se déplaçant dans des cylindres 5 et 6. Des orifices de sortie 29 et des orifices d'entrée 30 sont prévus dans les parois des cylindres 5 et 6. La course des pistons l et 2 est telle qu'ils recouvrent juste les orifices de sortie 29 à la fin de leur course. Une pression hydraulique est amenée aux entrées 30 au delà d'une extrémité de chaque piston et, en tout point de la course des pistons, la pression aux orifices de sortie 29 est proportionnelle à la distance de l'orifice de sortie à l'extrémité opposée, ou extrémité à basse pression 31, du piston du potentiomètre0 Les deux pistons 1 et 2 sont alimentés par la meme source et ont des caractéristiques linéaires.En conséquence, la pression de sortie pour le même pourcentage de course sera identique pour les deux pistons. Le fluide hydraulique est amené à la pression totale de la pompe par la tuyauterie A, le débit de fluide se répartissant entre les tuyauteries B et C. L'alimentation B agit sur le piston de commande 1, et l'alimentation C agit sur le piston asservi 2. La tuyauterie C comporte un raccord D pour alimenter le distributeur de commande 3, qui est un distributeur à tiroir, le tiroir 10 étant ainsi dimensionné que, lorsqu'il se trouve dans une position centrale, l'orifice ll et l'orifice 12 formés dans la paroi du distributeur 3, laissent passer des quantités égales de fluide. Le tiroir 10 est assujetti dans une position centrale grâce à des ressorts 13. Le fluide sortant de l'orifice l1 passe dans une tuyauterie E et le fluide sortant de l'orifice 12 passe dans une tuyauterie B. Le fluide dans la tuyauterie E passe à travers un orifice 14 formé dans une section de l'arbre d'hélice 5, et à travers un passage central 15 formé dans le corps du potentiomètre pour arriver, dans la chambre 16, d'un coté du piston 4. Le fluide dans la tuyauterie F passe à travers 11 orifice 17 formé dans une autre section de l'arbre d'hélice 5, à travers un manchon axial 9 formant un alésage 18 à l'extérieur du passage 15, et de l'alésage 18 arrive dans la chambre 19 sur le coté opposé du piston 4. Les deux potentiomètres 1 et 2 sont ainsi formés que seul un débit restreint puisse les traverser, comme il est décrit ci-après en se reportant aux fig. 3 et 4. Le piston de commande l a son orifice de sortie 29 dans le cylindre 6, qui permet au fluide de circuler à travers la tuyauterie G et d'agir ainsi sur une extrémité du tiroir 10. Le piston asservi 2 a son orifice de sortie 29 raccordé à la tuyauterie H, de telle sorte que le fluide en sortant agit contre l'autre extrémité du tiroir 10. Le fluide s'évacuant des circuits des potentiomètres l et 2 retourne, par les tuyauteries K et L à la réserve de fluide. En position statique, les deux potentiomètres de commande l et asservi 2 sont en équilibre du fait que leurs trajets hydrauliques ont des longueurs identiques. Mais, si le potentiomètre de commande I est déplacé dans la direction de la flèche X, on peut voir sur la fig. 2 que le trajet du fluide du piston de commande 1 jusqu'à sa sortie 29 est maintenant plus court que celui du piston asservi 2. Du fait de ce trajet plus court, l'effet d'étranglement jusqu'à la sortie 29 est diminué, mais il est augmenté au delà de la sortie jusqu'à la décharge. Ceci permet d'établir une pression hydraulique plus élevée dans la tuyauterie G, ce qui déplace le tiroir 10 du distributeur vers le haut. Ce déplacement isole l'orifice 12 de la pression de la pompe dans la tuyauterie D, et permet à cet orifice de se décharger dans la tuyauterie 1. L'orifice Il communique maintenant avec la pression de la pompe dans la tuyauterie D, ce qui permet au fluide de passer à travers la tuyauterie E, l'orifice 14 et le passa ge 15 pour arriver dans la chambre 16. En conséquence, la pression hydraulique déplace le piston 4 dans la même direction X 1 que le mouvement de commande X0 Le fluide de la chambre 19 est refoulé à travers l'alésage axial 18, l'orifice 17, la tuyauterie F, puis à travers l'orifice 12, jusque dans la canalisation I et de là, dans la réserve. Lorsque le piston 4 se déplace, du fait de la liaison mécanique entre le piston 4 et le piston asservi 2, le piston 2 est également déplacé dans la même direction que le piston de commande 1, ce qui égalise les longueurs des trajets hydrauliques des potentiomètres.Lorsque les trajets hydrauliques des potentiomètres ont la même résistance, la pression de fluide passant à travers le potentiomètre asservi 2 dans la tuyauterie H s'oppose à celle dans la tuyauterie G qui a déplacé le tiroir de commande 10, la contre-pression renvoyant en arrière le tiroir 10 dans une position centrale et assurant que la pression de la pompe est à nouveau également répartie entre les deux orifices 11 et 12, équilibrant ainsi le système. Si le potentiomètre de commande 1 est déplacé dans la direction opposée à celle décrite ci-dessus, le fluide à la sortie 29 sera plus resserré dans le trajet hydraulique du potentiomètre et n'aura pas une pression suffisante pour maintenir le tiroir de commande 10 dans sa position centrale, ce qui permettra à la pression provenant du potentiomètre asservi 2 de déplacer le tiroir -10 vers le bas. Ce déplacement fait communiquer l'orifice 12 avec la pression de la pompe, admettant du fluide dans la chambre 19 et déplaçant ainsi le piston asservi 2 dans la même direction que le piston de commande 1, jusqu'à ce qutil ait à nouveau atteint une position d'équilibre par rapport au piston de commande 1. Les pistons 1 et 2 des potentiomètres hydrauliques peuvent prendre plusieurs formes, dont l'une est un cylindre lisse ayant un jeu raisonnable à l'intérieur de la paroi du cylindre bien que, avec cette disposition, il puisse être difficile d'obtenir un fonctionnement uniforme des deux pistons. Les fig. 3 et 4 représentent deux dispositions permettant d'obtenir un fonctionnement satisfaisant avec une bonne régulation de la quantité de fluide passant à la décharge. Sur la fig. 3, le trajet hydraulique a la forme d'un canal hélicoidal 21 formé dans la surface du piston, lequel canal peut consister en une simple rainure continue ou en un filet multiple, Le fluide circulant dans les rainures est collecté dans l'orifice annulaire 22 formé dans la paroi du cylindre, et il passe à travers la tuyauterie G ou la tuyauterie H, le fluide de décharge sortant de la rainure à un ou plusieurs points terminaux 23 sur le piston. Sur la fig. 4, le trajet hydraulique prend la forme de trois rainures ou canaux axiaux 25 qui forment des passages de transfert de fluide dans la surface du piston. Le fluide se dirigeant vers le bas dans ces rainures est collecté dans l'orifice annulaire 26 formé dans la paroi du cylindre, et passe à travers la tuyauterie G ou la tuyauterie H. Le fluide de décharge sort à travers les extrémités des rainures 25 dans la tuyauterie de décharge E ou L. On peut bien entendu prévoir un nombre quelconque de rainures autre que trois, mais, s'il y en a moins de trois, il peut en résulter des forces latérales déséquilibrées sur le piston et, s'il y en a plus de trois, le débit de décharge peut titre excessif. Bien que l'invention ait été décrite dans son application à un système de commande de pas pour hélice, on peut également l'appliquer à d'autres systèmes de commande asservis, soit rotatifs, soit statiques. Il est particulièrement intéressant chaque fois que l'on se trouve dans le cas d'une commande où il est désavantageux d'employer un appareil mécanique ou électromécanique des types précédents qui sont exposés à l'environnement extérieur. REVENDICADIONS 1 - Système hydraulique d'asservissement caractérisé en ce que le signal de retour d'asservissement est engendré directement sous forme d'une pression hydraulique par un potentiomètre hydraulique. 2 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le signal de commande d'entrée au circuit asservi est également engendré par un potentiomètre hydraulique0 3 - Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que les pressions de sortie des potentiomètres de retour et de commande hydrauliques sont appliquées sur les côtés opposés d'un distributeur à tiroir, contrôlant ainsi l'alimentation en fluide sous pression d'une unité piston et cylindre et la décharge de cette unité, laquelle constitue le dispositif d'actionnement de sortie du système. 4 - Système selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le potentiomètre hydraulique, ou chaque potentiomètre hydraulique, donne une sortie de pression hydraulique qui varie linéairement avec le déplacement d'un piston dans un cylindre. 5 - Système selon la revendication 4 caractérisé en ce que le piston du potentiomètre comporte des rainures dans sa paroi périphérique s'étendant d'une extrémité à l'autre du piston; en ce qu'une arrivée alimente en fluide sous pression une chambre de cylindre à une extrémité du piston, et qu'une chambre à l'autre extrémité du piston est raccordée à la décharge; et en ce que la sortie du potentiomètre est prélevée sur un orifice de la paroi du cylindre qui communique avec les rainures dans le piston. 6 - Système selon la revendication 5 caractérisé en ce que les rainures du piston sont hélicoidales, soit à départ simple, soit à départs multiples. 7 - Système selon la revendication 5 caractérisé en ce que les rainures du piston comportent plusieurs rainures, de préférence trois, s'étendant parallèlement à l'axe du piston. 8 - Mécanisme hydraulique de commande de pas d'une hélice caractérisé en ce qu'il comporte un système d'asservissement selon l'une des revendications précédentes0 9 - Mécanisme selon la revendication 8 caractérisé en ce que le potentiomètre de retour est un composant tournant du mécanisme, et qu'il est enfermé dans un manchon pour le protéger contre l'environnement extérieur.