Brevet FR2390332A1 — publié le 19781208

L'invention concerne l'équipement électromécanique des aéronefs, et, plus précisément, des dispositifs d'entraînement des surfaces de commande des aéronefs. Â l'heure actuelle, la majorité des dispositifs d'entraînement électromécaniques des surfaces de commande des aéronefs, particulîè rement des compensateurs, des stabilisateurs, des volets de courbure et autres surfaces aérodynamiques similaires, sont identiques du point de vue de leur conception et comprennent en règle générale un moteur électrique relié par un réducteur et une tige mobile à un support de la surface commandée. La commande à distance par de tels dispositifs d'entratnement s'effectue à partir de la cabine du pilote par l'alimentation du moteur réversible en énergie électrique de telle ou telle polarité. Le moteur se met en marche à la fermeture du contact dans le circuit d'alimentation.Le pilote doit alors contrôler la durée de l'impulsion de courant appliquée au moteur pour la rotation des surfaces de commande d'un angle requis. Naturellement, cela complique le pilotage. En cas de coincement du bouton de commande ou d'une fermeture dans le circuit d'alimentation du moteur, un tel sché- ma de commande n'élimine pas l'éventualité d'un déplacement spoçtané des dispositifs électriques en position extr8me. Le déplacement spontané des surfaces de commande en position extrême, en combinaison avec le facteur due soudaineté est extràordinairement dangereux et peut créer une situation d'accident non seulement au décollage et à l'atterrissage, mais aussi en vol horizontal. On a déjà tenté maintes fois de réaliser des dispositifs dren- traînement dans lesquels, en cas de défaut du réseau d'alimentation électrique, le déplacement spontané des surfaces de commande serait bloqué. On connaît, en particulier, un dispositif d'entrainement d'en sembles pour aéronef exécute sous forme d'un asservissement, dans lequel on a prévu une compensation du moment de rotation du rotor du moteur électrique en cas de panne d'un des circuits de commande. Cependant, on n'utilise pas en pratique les asservissements pour ltentratnement des surfaces auxiliaires de commande dans les aéronefs, car leurs servo-moteurs fonctionnent seulement dans la gamme des angles de rotation du rotor de O à 360O, ce qui ne permet pas leur utilisation en combinaison avec des réducteurs. En outre, l'aug mentation de leur puissance, en vue de créer un effort suffisant pour la rotation de la surface de gouverne, entratne une augmentation notable des dimensions et, de ce fait, n'est pas rationnelle. Dans cette construction les dimensions considérables du servo-moteur et sa puissance requise sont conditionnées de même par la nécessité de compenser le moment de rotation du rotor en cas de défaut d'un des circuits de commande. Par comparaison avec les circuits connus de commande électrique des compensateurs, volets de courbure, stabilisateurs et autres surfaces aérodynamiques semblables, une plus grande sécurité de vol est assurée par les dispositifs d'entranement électro-mécaniques à impulsions. Ces dispositifs d'entrainement électromécaniques à impulsions des surfaces de commande d'un aéronef comprennent un moteur électrique réversible à courant continu et un réducteur lié à l'arbre de ce moteur et qui transforme le mouvement rotatif de l'arbre en mouvement de translation ou rotatif de l'élément de sortie raccordé au support de la surface de commande, de même qu'un mécanisme de réglage pas à pas du déplacement de l'élément de sortie du réducteur, par exemple, de la tige. Le mécanisme de réglage pas à pas comporte un rupteur montd dans le circuit d'alimentation du moteur électrique et coopérant périodiquement avec une came à ressort liée cinêmatiquement avec le réducteur par l'intermédiaire d'un accouplement électromagnétique. Le rupteur est réalisé sous la forme d'un interrupteur de fin de course connecté dans le circuit d'alimentation de l'enroulement du rotor et monté à côté de la position neutre de la came. L'utilisation d'un tel mécanisme électrique impulsionnel comme dispositif d'entratnement du compensateur permet de diviser toute la gamme de déviation en plusieurs sections (étages). Lorsque le compensateur arrive à chaque étage suivant, la came ouvre le circuit de l'enroulement du rotor du moteur électrique et la rotation de la surface de gouverne cesse. L'accouplement électromagnétique retient la came dans une telle position jusqu'à ce que le pilote mette hors tension tout le circuit du dispositif d'entraSnement en plaçant l'interrupteur à bascule en position neutre. Pour la rotation ultérieure du compensateur, il faut refermer le circuit du dispositif d'entratne- ment.Au cas où I'entrainement est réalisé selon cet agencement, 1' endommagement de l'isolation des fils, la fermeture des circuits électriques de commande et d'éclairage, la panne ou le coincement des éléments de commande etc..; peuvent aboutir à ce que le compensateur ne pourra se déplacer que d'un seul étage (+ 1,5 à 20), dont la valeur est telle que l'effort sur les leviers de commande croît d'une manière insignifiante et peut astre compensé facilement par le pilote. Le dispositif électrique d'entraînement est alors mis hors circuit automatiquement. Malgré tous leurs avantages évidents, les dispositifs d'entrai- nement électrique impulsionnel ont des dimensions et un poids eonsi- dérable, tandis que leur construction est compliquée de façon excessive. C'est ainsi que, par exemple, pour l'entraînement de la came du rupteur, il est nécessaire de prévoir un convertisseur pour transformer la rotation réversible du moteur en rotation unidirectionnelle (à la marche de travail) de la came. Le convertisseur dtinversion du mouvement comprend trois pignons coniques et deux roues libres qui, en effectuant une fonction secondaire, diminuent lors de l'exploita- tion la fiabilité du dispositif d'entraînement tout entier. Pour mettre au repos le moteur électrique en positiorrrextrdmes on a prévu, dans le schéma du dispositif d'entrainsment, un lot de disques à cames placés sur un arbre et qui coopèrent avec les interrupteurs de fin de course dans le circuit d'alimentation du moteur électrique. Cet ensemble est assez encombrant et nécessite d'assurer, lors du montage, un synchronisme exact avec le rupteur à cames du mécanisme de réglage pas à pas. Comme on le sait, les dispositifs d'entraînement des compensateurs d'aéronefs sont montés dans des constructions relativement minces des surfaces principales de gouverne, et c'est pourquoi il est souhaitable que leurs dimensions et poids soient les plus petits possible. La probabilité d'une défaillance de dispositifs mécaniques et électriques est, en règle générale, directement proportionnelle à la quantité de pièces constitutives et de leurs articulations. Pour cette raison, toute complication de la construction conduit, dans la majorité des cas, à une diminution de la fiabilité. Le but de l'invention est de fournir un dispositif d'entraîne ment des surfaces de commande d'un aéronef dans lequel on peut effectuer le réglage pas à pas lors de l'inversion du moteur électrique sans transformer le mouvement alternatif de rotation (réversible) de l'arbre du moteur électrique en mouvement de rotation unidirectionnel de la came du rupteur. Suivant l'invention, ce but est atteint avec un dispositif d'entraînement des surfaces de commande d'un aéronef, comprenant un moteur électrique et un réducteur relié à l'arbre de ce moteur, et convertissant le mouvement de rotation de l'arbre em mouvement de translation ou de rotation de l'élément de sortie lié à un support de la surface de commande, ainsi qu'un mécanisme de réglage pas à pas du déplacement de l'élément de sortie du réducteur comprenant un rupteur monté dans le circuit d'alimentation du moteur électrique, le rupteur coopérant périodiquement avec une came à ressort liée cinS- matiquement au réducteur par un accouplement électromagnétique, caractérisé en ce que le rupteur est réalisé sous la forme de deux in terrupteurs de fin de course disposés dans les circuits d'slimenta- tion des enroulements d'excitation du moteur électrique et montés de part et d'autre de la position neutre de la came. Les avantages du dispositif d'entrainement proposé sont qu'il assure la possibilité d'une commande pas å pas de la surface de gouverne et, en mdme temps, que sa conception est simple et que son encombrement et son poids sont réduits. En outre, la simplification de la liaison cinématique du moteur avec la came du rupteur diminue la probabilité d'une défaillance du dispositif qui, en règle générale, est dans les dispositifs mécaniques et électriques proportionnelle au nombre de pièces constitutives et de leurs articulations. Naturellement, un petit encombrement du dispositif d'entraîne- ment permet de l'incorporer facilement dans la construction de n'importe quelle surface de commande principale de gouverne. De préférence, la came est réalisée sous la forme d'un levier articulé dont le bras coopère avec les interrupteurs de fin de course, qui sont montés de manière que leurs éléments de pression soient situés dans le plan de rotation du levier et soient perpendiculaires à ce dernier. Cet agencement permet d'éliminer pratiquement l'éventualité du coincement des éléments de pression des interrupteurs de fin de course. Il est souhaitable de monter suer l'élément de sortie du réducteur des butées qui délimitent les positions extrêmes de la surface de gouverne et qui sont en contact avec le levier à la fin de la course pour mettre au repos le moteur électrique. Ceci permet de combiner dans un seul ensemble les fonctions du mécanisme de réglage pas à pas et du limiteur des positions extrêmes de la surface de gouverne. Une telle combinaison est possible gracie à l'exécution de la came sous forme de levier. De préférence, les interrupteurs de fin de course sont montés de manière à permettre de régler la distance qui les sépare. Un tel montage des interrupteurs de fin de course permet de régler la valeur du pas (de l'étage) de déplacement de la surface de gouverne. Le réglage de la valeur du pas du mouvement de la surface commandée peut autre de mÉme effectué si la came est exécutée en deux parties emmanchées sur un axe commun et mobiles l'une par rapport à l'autre dans le plan de la rotation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels = La Fig. 1 est un schéma fonctionnel du dispositif suivant 1'invention d'entraînement des surfaces de commande d'un aéronef, - la Fig. 2 est une vue en perspective d'un mode d'exécution d'une came articulée de l'interrupteur du mécanisme de réglage pas à pas du dispositif d'entraînement de surfaces de commande d'aéronef. En se reportant aux Piu., le dispositif d'entraînement des surfaces de commande d'un aéronef proposé comprend un moteur électrique 1, dont un enroulement 2 du rotor et deux enroulements 3 et 4 d'excitation sont connectés dans le circuit d'alimentation. Les enroulements 3 et 4 d'excitation sont reliés au circuit d'alimentation par un commutateur 5 unipolaire à trois positions permettant de connecter sélectivement l'un d'eux et d'inverser ainsi le sens de rotation du moteur électrique 1. Ledit commutateur unipolaire 5 est à trois positions : position neutre -"a" et deux positions extrêmes - "b" et 11011. Le dispositif d'entraînement comporte un frein électromagnétique 6, dont l'enroulement 7 est connecté au circuit d'alimentation par le commutateur unipolaire 5 parallèlement au moteur électrique l. Le noyau 8 du frein 6 est muni d'un ressort en spirale 9 et est monté de manière qu'il coopère avec l'arbre 10 du moteur électrique 1 et assure la liaison rigide de celui-ci avec le corps ll du dispositif d'entraînement en cas de déplacement en translation. L'arbre lO du moteur électrique 1 est couplé par un pignon 12 avec l'arbre d'entrée 13 du réducteur 14. Le réducteur 14 comporte un couple 15 à vis - écrou pour la conversion du mouvement rotatif du pignon 16 en mouvement de translation de l'élément de sortie 17, dans le cas présent la tige l8. La tige 18 du réducteur 14 est articulée sur le support l9 de la surface 20 de commande de l'aéronef. Par les pignons 12, 16 et 21, le moteur électrique l est couplé cinématiquement avec le mécanisme 22 de réglage pas à pas du déplacement de l'élément de sortie 17. Le mécanisme 22 comprend un rupteur, monté dans le circuit d'alimentation du moteur électrique 1, ainsi qu'unie came 23 coopérant périodiquement avec le rupteur et dont l'axe 24 est relié par un accouplement électromagnétique 25 à l'arbre 26 du pignon 21. Conformément à l'invention, le rupteur est exécuté sous la forme de deux interrupteurs de fin de course 27 et 28 normalement fermés montés dans les circuits d'alimentation des enroulements 3 et 4 d'excitation du moteur électrique 1.Ainsi, l'interrupteur de fin de course 27 est connecté en série entre le commutateur unipolaire 5 et l'enroulement 4 d'excitation, tandis que l'interrupteur de fin de course 28 est connecté en série entre le commutateur unipolaire 5 et l'enroulement 3 d'excitation. Les interrupteurs de fin de course 27 et 28 sont montés de part et d'autre de la position neutre de la came 23. La came 23 comporte un moyen de blocage pour la maintenir en position neutre par rapport aux interrupteurs de fin de course 27 et 28. Plus particulièrement elle est bloquée en position neutre à l'aide de ressorts 29 et 30. Suivant l'invention, la came 23 est exécutée sous la forme d'un levier 31 monté sur l'axe 24. -De part et d'autre de l'un des bras du levier 31 sont montés les interrupteurs de fin de course 27 et 28 de manière que leurs éléments de pression 32 et 33 soient perpendiculaires au levier 31 et orientés dans le plan de sa rotation sur l'axe 24. Les interrupteurs de fin de course 27 et 28 sont montés de façon à permettre de régler la distance qui les sépare à l'aide de vis 34 et 35, en vue de faire varier le pas -de réglage. Sur l'élément de sortie 17 du réducteur 14 sont montées des butées 36 et 37 qui délimitent les positions extrêmes de la surface 20 de commande de l'aéronef et qui sont en contact avec le levier 31 à la fin de la course pour la mise au repos du moteur électrique l. L'accouplement électromagnétique 25 comprend deux enroulements 38 et 39 connectés avec le commutateur unipolaire 5. L'enroulement 38 est connecté parallèlement au circuit d'alimentation de ltenrou- lement 4 d'excitation devant l'interrupteur de fin de course 27. L'enroulement 39 est connecté d'une manière analogue au circuit d'alimentation du deuxième enroulement 3 d'excitation du moteur électrique 1. Ainsi l'un des enroulements 38 ou 39 se trouve obligatoirement alimenté en courant quand le commutateur 5 est placé dans l'une ou l'autre de ses positions extrêmes "b" ou "c". Le mode de réalisation de l'invention , illustré et décrit cidessus, doit être considéré comme un exemple préféré, c'est-à-dire qu'on peut par exemple apporter diverses modifications quant à la forme, aux dimensions et à l'agencement relatif des éléments qui le composent. On peut également prévoir d'autres modes de réalisation de l'invention sans sortir de son cadre. C1est ainsi que, par exemple, la came 23 peut hêtre exécutée en deux parties 40 et 41, emmanchées sur l'axe 24 et mobiles l'une par rapport à l'autre dans le plan de rotation, comme représenté à la Fig. 2. Dans le cas d'une telle exécution de la came 23, il est possible de faire varier le pas du réglage sans changer la position des interrupteurs de fin de course 27 et 28. Le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention, d'en- traînement des surfaces de commande d'un aéronef est le suivant Lorsque le commutateur-unipolaire 5 est amené de la position neutre "a" à la position "b" ("sortie"), le courant arrive, par 1'- intermédiaire de l'interrupteur de fin de course 27 normalement fermé, à l'enroulement 4 d'excitation et à l'enroulement 2 du rotor du moteur électrique 1. Simultanément, par le meme circuit, le courant arrive à l'enroulement 7 du frein électromagnétique 6 et à l'enroulement 38 de l'accouplement électromagnétique 25,Le noyau 8 du frein électromagnétique 6 se déplace progressivement et, en surmontant la résistance du ressort 9, déconnecte l'arbre 10 du moteur électrique l du corps 1l. s cet instant, l'accouplement électromagnétique 25 relie l'arbre 26 du pignon 21 avec l'axe 24 de la came 23. Le moteur électrique l met en rotation le pignon 12 et l'arbre d'entrée 13 du réducteur 14, ledit pignon étant lié avec ledit arbre. Le couple vis-écrou 15 du réducteur 14 transforme le mouvement de rotation de l'arbre d'entrée 13 en mouvement de translation de l'élé- ment de sortie 17, dans notre cas en mouvement de translation de la tige 18. La tige 18 du réducteur 14, en se déplaçant, agit sur le support 19 de la surface 20 de commande de l'aéronef et tourne celleci par rapport à la position de départ. Simultanément, la rotation se transmet, par l'intermédiaire du pignon 21 et de l'accouplement électromagnétique 25, à la came 23 qui tourne de la position neutre en direction de l'interrupteur de fin de course 27. Tors de sa venue en contact avec l'élément de pression 32 de l'interrupteur de fin de course 27, la came 23 déplace celui-ci et coupe de cette manière le circuit d'alimentation du moteur électrique l. La rotation de la surface 20 de commande cesse. En mEme temps, l'alimentation de l'enroulement 7 du frein électromagnétique 6 est coupée. Le noyau 8 du frein électromagnétique se déplace sous l'action du ressort et, coopérant avec l'arbre lO du moteur électrique l, relie rigidement celui-ci au corps Il. Il en résulte que la surface 20 de commande, liée cinématiquement avec l'arbre lO d; moteur électrique 1, se trouve de même fixée en position tournée d'un pas. En cas de mise au repos du moteur électrique 1, 'enroulement 38 reste sous tension et l'accouplement électromagnétique 25 retient la came 23 en position tournée jusqu'à ce que l'opérateur mette le commutateur 5 en position neutre "a". Pour tourner la surface 20 de commande d'un pas suivant, il faut amener le commutateur 5 en position "a", puis de nouveau en position "b". Lorsque le commutateur 5 est en position "a", le circuit d'alimentation de l'enroulement 38 de l'accouplement électromagnétique 25 est coupé.L'accouplement électromagnétique 25 désaccouple l'arbre 26 et l'axe 24, en coupant ainsi la liaison de la came 23 avec l'arbre freiné lO du moteur électrique 1 Les ressorts 29 et 30 font revenir la came 23 en position neutre, tandis que l'interrupteur de fin de course 27 revient en position initiale normalement fermée. A la remise du commutateur 5 en position "b" pour la rotation ultérieure de la surface 20 de commande, le dispositif d'entraînement assure l'avancement d'un nouveau pas, comme décrit ci-dessus. Quand la surface 20 de commande atteint sa position extrême à la suite de rotations ultérieures pas à pas, la butée 37, coopérant avec le levier 31 fait tourner celui-ci en direction de l'interrupteur de fin de course 27. Sous l'action de la came 23, l'interrup- teur de fin de course 27 normalement fermé coupe le circuit d'ali- mentation de l'enroulement 4 d'excitation du moteur électrique l. Le ressort 9 déplace le noyau 8 du frein éleetromagnétique 6, qui maintient l'arbre 10 et la surface 20 de commande liés cinématiquement dans cette position. La rotation de la surface 20 de commande en direction inverse s'effectue par la mise du commutateur 5 en position "c". Dans ce cas, le courant arrive par l'intermédiaire de ltinterrupteur de fin de course 28 normalement fermé à l'enroulement 3 d'excitation du moteur électrique 1. Ensuite, le dispositif d'entraînement fonctionne d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus. La valeur de chaque pas, ctest-à-dire la valeur de l'angle de rotation de la surface 20 de commande correspondant à une remise du commutateur 5 en position "b" ou "c", ainsi que le nombre de pas entre les positions extrFmes, peuvent titre réglés en modifiant la distance entre les interrupteurs de fin de course 27 et 28 à l'aide des vis 94 et 35. Par exemple, lorsque les interrupteurs de fin de course 27 et 28 se rapprochent, l'angle de rotation de la came 23 nécessaire pour la pression de l'interrupteur de fin de course 27 et 28 diminue. Par conséquent, la course de la tige 18 du réducteur 14 correspondant à un pas diminue, tandis que le nombre de pas entre les positions extraies de la surface 20 de commande augmente. De manière similaire, on peut régler la valeur de chaque pas en tournant les deux parties 40 et 41 de la came 29 l'une par rapport à l'autre, comme représenté en traits mixtes sur la Fig. 2. Les avantages du dispositif proposé d'entraînement des surfaces de commande dtun aéronef par rapport aux dispositiS d'entraSnement à réglage pas à pas connus sont qu'il est d'une conception plus simple, d'un poids et de dimensions réduits, et qu'il est plus fiable en service. - REYENDICATIONS l - Dispositif d'entraînement des surfaces de commande d'un aéronef, comprenant un moteur électrique réversible et un réducteur relié à 11 arbre de ce moteur et transformant le mouvement de rotation de l'arbre en mouvement de translation ou de rotation de l'é- lément de sortie lié à un support de la surface de commande, ainsi qu'non mécanisme de réglage pas à pas du déplacement de l'élément de sortie du réducteur comprenant un rupteur monté dans le circuit d'alimentation du moteur électrique, ce rupteur coopérant périodiquement avec une came à ressort liée cinématiquement au réducteur par un accouplement électromagnétique, caractérisé en ce que le rupteur est exécuté sous la forme de deux interrupteurs de fin de course disposés dans les circuits d'alimentation des enroulements d'excitation du moteur électrique et montés de part et d'autre de la position neutre de la came. 2 - Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, carac térisé en ce que la came est exécutée sous la forme d'un levier particulier dont le bras coopère avec les interrupteurs de fin de course, qui sont montés de manière que leurs éléments de pression soient situés dans le plan de rotation du levier et soient perpendiculaires à celui-ci. 3 - Di8po8itif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, sur l'élément de sortie du réducteur, sont montées des butées qui délimitent les positions -estrtmes de la surface de commande et qui sont en contact avec le levier en fin de course de la tige pour la mise au repos du moteur électrique. 4 - Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des reventications 1 à 3, caractérisé en ce que les interrupteurs de fin de course sont montés de manière à permettre de régler la distance qui les sépare. 5 - Dispositif d'entraînement selon la revendication l, caractérisé en ce que la came est exécutée en deux parties emmanchées sur un axe commun et mobiles l'une par rapport à l'autre dans le plan de la rotation.