Brevet FR2412833A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne un capteur de mesure d'efforts permettant, d'une part, de mesurer un couple de torsion autour d'un premier axe, ainsi que, d'autre part, le moment d'une force par rapport à un deuxième axe perpendiculaire au premier. Elle s'applique notamment mais non exclusivement à la mesure d'efforts, en profondeur et en gauchissement, exercés par le pilote sur le manche de pilotage d'un avion, pour s'opposer à l'action d'un pilote automatique. Dans une telle application les informations de profondeur et de gauchissement sont transmises au pilote automatique de l'avion qui s'asservit selon la demande du pilote. Pour ce type d'application, l'emplacement idéal pour effectuer cette double détection se situe dans le moyeu du manche de pilotage afin que le capteur se trouve directement soumis aux efforts du pilote. En effet, si l'on effectue cette double détection séparément et plus en aval dans la channe de transmission associée au manche de pilotage, la détection se trouve entachée d'erreur, du fait des résistances mécaniques dues aux frottements et à l'inertie des pièces mobiles et aux différentes pignoneries et renvois d'angle utilisés. L'invention a donc plus particulièrement pour objet un capteur de mesure du type de celui précédemment décrit et qui puisse s'intégrer dans le moyeu du manche de pilotage d'un aéronef. Pour parvenir à ce resultat le capteur selon l'invention comprend deux corps d'épreuve, à savoir un tube de torsion disposé coaxialement au susdit premier axe, et un élément élastique travaillant à la flexion autour d'un second axe perpendiculaire au premier et fixement solidaire de 1 'une des extrémités du tube de torsion t au moins un transducteur tel qu'un barreau semi-cristallin piézo-résistif étant associé à chacun de ces deux corps d'épreuve, pour fournir une information représentative de sa déformation dont l'amplitude est fonction de l'importance et de la nature de l'effort. Bien entendu, les deux extrémités non solidaires de ces deux corps d'épreuve sont respectivement reliées, d'une part, à l'élément résistant qui peut être, en l'occurence l'axe principal du manche de pilotage et, d'autre part, à l'élément moteur qui peut consister en le manche de pilotage proprement dit. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une coupe axiale d'un capteur de mesure selon l'invention assurant la transmission entre le manche de pilotage d'un aéronef et l'arbre de pivotement associé à ce manche t La figure 2 est une coupe transversale selon A-A de la figure 1, ledit capteur ayant été décalé de 900 en rotation , Les figures 3 et 4 représentent respectivement,en coupe axiale et en vue de dessus, un capteur selon l'invention, pris isolément. Tel que représenté figures 1 et 2,le capteur de mesure 1 selon l'invention est monté dans le moyeu du manche de pilotage. Comme précédemment mentionné ce capteur 1 comprend un tube de torsion 2 comportant, à une extrémité, un épaulement 3 destiné à permettre sa fixation sur l'arbre principal 4 du manche de pilotage 5 t sur cet épaulement 3 vient se fixer une platine 6 portant un manchon tubulaire 7 s'étendant coaxialement à l'intérieur et au-delà du tube de torsion 2. A son autre extrémité, le tube de torsion 2 est normalement solidaire d'une embase 8 qui comprend un perçage 9 coaxial audit tube 2 et par lequel passe et est guidé en rotation ledit manchon tubulaire 7, en vue d'éviter son flambage.Sur une portion latérale 10 de l'embase 8, déportée par rapport à l'axe du tube 2 et légèrement en saillie, est fixé, par l'une de ses bordures latérales, un élément élastique comprenant deux lames de ressort parallèles 11, 12 perpendiculaires audit axe, et qui comporte, sur sa bordure latérale, de préférence diamétralement opposés à la précédente, des moyens de fixation 13 sur le manche de pilotage 5 de l'avion. La lame de ressort lu adjacente de l'embase 8 comprend un perçage 14 comportant au moins deux côtés parallèles, à travers duquel passe l'extrémité du manchon tubulaire 7 qui est pourvu à ce niveau de deux méplats 15 parallèles présentant un écartement légèrement inférieur à celui des côtés du perçage 14, de manière à ce que, en cas de rupture du tube de torsion 2, le manchon puisse être entraîné en rotation après un jeu prédeterminé, par la lame de ressort 11. Par ailleurs, une rondelle 16 retenue, par exemple, par un circlips, est disposée à l'extrémité du manchon 7 de manière à éviter le détachement du manche de pilotage 5 à la suite d'une rupture du tube de torsion 2. Le détecteur associé au tube de torsion peut consister en un barreau piézo-résistif semi-cristallin respectivement fixé, à ses extrémités, d'une part, sur l'embase 8 et, d'autre part, sur une pièce (non représentée) solidaire de l'épaulement 3 du tube de torsion 2. Le détecteur associé à l'élément élastique peut être également réalisé au moyen d'un barreau piézo-résistif semi-cristallin, respectivement fixé, à ses extrémités, sur les dispositifs de fixation 13 et 17 situés à chacune des extrémités opposées des lames 11 et 12. Bien entendu, à chacun de ces barreaux piézo-résistifs est associée une chaîne de mesure pouvant comprendre un montage en pont de Wheatstone. Par ailleurs, à chacun des deux corps d'épreuve peuvent être associés deux ou plusieurs détecteurs travaillant en parallèle et/ou en opposition. Dans le cas où l'on utilise, pour chacun des deux corps d'épreuve, deux barreaux piézo-résistifs travaillant en opposition, un montage différentiel peut être utilisé. Dans l'exemple représenté, l'arbre de pivotement 4 du manche de pilotage 5 est creux de manière à permettre le passage, ooaxiale- ment, à la câblerie 18. Cet arbre 4 se termine, du caté opposé au manche de pilotage 5, par un pignon conique 19, engrenant avec le pignon conique 20 correspondant d'un arbre de transmission 21 perpendiculaire au premier, l'ensemble formant un renvoi d'angle. I1 convient de préciser que l'invention ne se limite pas à son-application à un manche de pilotage d'un aéronef. En effet, le capteur selon l'invention peut être utilisé dans de nombreuses applications, dans lesquelles il est nécessaire d'effectuer, à la fois,la mesure de moments par rapport à deux axes perpendiculaires. A titre d'exemple, l'invention peut être utilisée dans des engins de travaux publics, sur des machines outils à commande asservie ou sur des plates-formes de forage. REVENDICATIONS 1.- Capteur de mesure d'efforts permettant, d'une part, de mesurer un couple de torsion autour d'un premier axe ainsi que le moment d'une force par rapport à un deuxième axe perpendiculaire au premier, caractérisé en ce qu'il comprend deux corps d'épreuve, à savoir un tube de torsion disposé coaxialement au susdit premier axe et un élément élastique travaillant à la flexion autour d'un second axe perpendiculaire au premier, et fixement solidaire à 1 'une de ses extrémités, du tube de torsion, les deux extrémités non solidaires de ces deux corps d'épreuve étant respectivement reliées, d'une part, à un élément résistant et, d'autre part, à l'élément moteur, et en ce que au moins un transducteur tel qu'un barreau semi-cristallin piézo-résistif est associé à chacun de ces deux corps d'épreuve pour fournir une information dont l'amplitude est fonction de l'importance et de la nature de l'effort. 2.- Capteur de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est intégré dans le moyeu d'un manche de pilotage d'aéronef. 3.- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit tube de torsion comprend, à une extrémité, un épaulement destiné à permettre sa fixation sur l'élément moteur ou résistant, et, à son autre extrémité, une embase qui comporte une portion latérale en saillie sur laquelle vient se fixer ledit élément élastique. 4.- Capteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément élastique se présente sous la forme de deux lames élastiques parallèles, perpendiculaires à l'axe du tube de torsion, ces deux lames étant fixées d'un coté audit tube de torsion, et du côté opposé sur l'élément moteur ou résistant. 5.- Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le susdit épaulement du tube de torsion vient se fixer une platine portant un manchon tubulaire s'étendant coaxialement, à l'intérieur et au-delà dudit tube de torsion, ce manchon tubulaire passant au travers d'un perçage ménagé dans la susdite embase de manière à être guidé en rotation. 6.- Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la lame élastique adjacente à l'embase comprend un perçage comportant au soins deux côtés parallèles, à travers duquel passe le manchon tubulaire, lequel présente à ce niveau deux méplats parallèles présentant un écartement légèrement inférieur à celui des côtés parallèles dudit perçage, et en ce qu'une rondelle de retenue est maintenue axialement solidaire de l'extrémité dudit manchon. 7.- Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur associé au tube de torsion consiste en un barreau piézo-résistif semi-cristallin respectivement fixé, à ses extrémités, d'une part, sur l'embase,et, d'autre part, sur une pièce solidaire de l'épaulement du tube de torsion. 8.- Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur associé à l'élément élastique est réalisé au moyen d'un barreau piézo-résistif semi-cristallin, respectivement fixé à ses extrémités situées sur les deux bordures opposées dudit élément élastique. 9.- Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à chacun des deux corpsd'épreuve sont associés deux ou plusieurs détecteurs travaillant en parallèle et/ou en opposition 10.- Capteur destiné à -la mesure d'efforts en profondeur et en gauchissement, exercés par le pilote sur le manche de pilotage, entre ce dernier et son arbre de pivotement, caractérisé en ce que le susdit tube de torsion est coaxial audit arbres