Brevet FR2549165A1 — publié le 19850118

Perfectionnements aux dispositifs de mise en action fonctionnant à l'aide d'un fluide. L'invention est relative à des dispositifs de mise en action ou "actionneurs" fonctionnant à l'aide d'un fluide et qui comportent un élément de sortie capable de dévier angulairement; et elle concerne, plus particulièrement, un dispositif de mise en action commandé électriquement et fonctionnant à l'aide d'un fluide électrovisqueux L'invention est plus particulièrement applicable à des systèmes de guidage d'armes. La plupart des dispositifs de mise en action connus du type fonctionnant à l'aide d'un fluide sont encombrants,ils nécessitent des valves de commande hydrauliques ayant d'étroites tolérances dimensionnelles,et leur action est relativement lente à cause des effets d'inertie des pièces mobiles des valves de commande et du fluide lui-mnme. 15 Il est nécessaire que les dispositifs de mise en action pour guidage d'armes soient à action rapide, puissent être facilement asservis à des commandes électriques et soient capables d'utiliser les sources d'énergie constituées par les fluides disponibles dans l'arme, fluides tels qu'un gaz sous haute pression éjecté par le moteur d'une fusée. Des dispositifs électrovisqueux comprenant des parcours d'écoulement de fluide électrovisqueux dans lesquels on fait varier, par application d'un champ électri25 que, la résistance au cisaillement du fluide sont particulièrement adéquats dans des systèmes de guidage car ils peuvent être commodément alimentés en énergie par un fluide sous haute pression, n'exigent pas les étroites tolérances dimensionnelles des valves hydrauliques classiques, 30 et peuvent être commandés électriquement. Il a été conçu quelques dispositifs de mise en action à réponse rapide, utilisant des moyens électrovisqueux, dans lesquels les effets d'inertie du fluide sont éliminés en maintenant constant le débit global d'écoulement du fluide; c'est le cas, par exemple, du dispositif décrit dans la demande de brevet GB n 47545/78, dans lequel deux valves à fluide électro5 visqueux à écoulements opposés actionnent un noyau commun linéairement déplaçable La configuration linéaire encombrante d'un tel dispositif de mise en action ne peut toutefois pas se loger facilement dans l'espace limité disponible dans un missile o, en outre, son J O déplacement linéaire doit être adapté à un déplacement rotatif, ce qui accroit encore l'encombrement. La présente invention vise à réaliser un dispositif de mise en action à réponse rapide, fonctionnant à l'aide d'un fluide et capable d'effectuer un déplace15 ment rotatif. L'invention a pour objet un dispositif de mise en action fonctionnant à l'aide d'un fluide et caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement: au moins une paire de rectricteurs, étrangleurs ou limiteurs d'écou20 lement, au moins un restricteur de cette paire étant variable, agencés de manière à réaliser un raccordement d'écoulement en série dans un circuit de fluide; des moyens de transmission de pression de fluide agencés de manière à réaliser un raccordement d'écoulement en pa25 rallèle avec chaque restricteur d'écoulement, comportant un organe transmetteur linéairement déplaçable en réponse à la pression différentielle de fluide établie en cours d'utilisation au travers du restricteur, les deux organes transmetteurs correspondant à chaque paire de restricteurs étant mutuellement disposés de façon à effectuer un déplacement tangentiel par rapport à un axe commun: et un organe de sortie capable de tourner autour de chaque axe commun, antagonistement couplé aux deux organes transmetteurs respectifs de façon à être angulairement dévié par un déplacement différentiel des- dits deux organes. Les deux restricteurs d'écoulement sont de préférence ltun et l'autre des résistances visqueuses au travers desquelles la pression différentielle de fluide développée varie linéairement avec le débit d'écoulement de fluide. De préférence, le circuit de fluide est électrovisqueux et le restricteur d'écoulement variable est un restricteur d'écoulement électrovisqueux comprenant un 10 agencement d'électrodes laminaires entre lesquelles le fluide électrovisqueux s'écoule, des tensions électriques variables étant applicables aux bornes des électrodes de manière à faire varier la résistance au cisaillement du fluide électrovisqueux et, par conséquent, 15 à faire varier la chute de pression (ou perte de charge) engendrée par le restricteur. Les moyens de transmission de pression de fluide peuvent être un cylindre à double action contenant un piston qui constitue l'organe transmetteur déplaçable. 20 A titre de variante, les moyens de transmission de fluide peuvent être une chambre à deux extrémités qui est subdivisée par un diaphragme flexible comprenant l'organe transmetteur. Des agencements multiples de dispositifs de mise 25 en action selon la présente invention peuvent comporter une multiplicité de restrciteurs d'écoulement raccordés en série, au moins ceux de rang pair (ou impair) étant variables, agissant sur un nombre analogue,inférieur d'une unité, d'organes de sortie, cependant que chaque restricteur de rang impair (ou pair) de la série coopère avec le restricteur précédent et avec le restricteur suivant par l'intermédiaire de moyens de transmission de pression de fluide raccordés en parallèle afin d'entrainer deux organes de sortie séparés. Différents modes de réalisation de l'invention sont décrits ci-après, à titre d'exemples bien entendu non limitatifs, en se référant aux dessins ci-annexés. La figure 1, de ces dessins, est un schéma illustrant le principe d'un dispositif de mise en action établi selon l'invention. La figure 2 représente en plan un dispositif de mise en action possédant une configuration annulaire et fonctionnant à l'aide d'un fluide électrovisqueux. La figure 3 représente en perspective, et en coupe verticale selon A-A figure 2, le susdit dispositif possédant une configuration annulaire. La figure 4, enfin, représente schématiquement un agencement comportant de multiples dispositifs de mise en action selon l'invention. L'agencement de dispositif de mise en action que représente la figure 1 comprend un premier restricteur, étrangleur ou limiteur d'écoulement 1 qui est variable, raccordé en série avec un second tel restricteur d'écoulement 2 qui peut être variable ou fixe Des 20 moyens de transmission de pression de fluide 3 et 4, raccordés en parallèle avec les restricteurs d'écoulement 1 et 2, sont représentés sous la forme de cylindres 5 et 6 à double action, contenant des pistons 7 et 8 qui comprennent les organes transmetteurs linéai25 rement déplaçables Ces organes transmetteurs peuvent également bien affecter la forme de diaphragmes flexibles transversalement scellés dans le cylindre. Des tiges de piston 9 et 10 respectivement fixées aux pistons 7 et 8 sont toutes deux articulées 30 sur un organe de sortie 11 capable de tourner autour d'un pivot fixe 12 Selon un agencement pratique, les deux cylindres 5 et 6 peuvent être conjoints à leurs extrémités mutuellement couplées et l'organe de sortie peut être monté de façon à se trouver plongé dans le 35 fluide, afin de diminuer le nombre de joints étanches au fluide nécessaires et de diminuer aussi les pertes par frottement qui résultent de l'agencement de tels joints. En cours de fonctionnement, lorsque la résistance à l'écoulement du restricteur 1 est ajustée de manière à être égale à celle du restricteur 2, il s'établit une chute de pression de fluide égale au travers de chacun des deux restricteurs, et des forces égales se trouvent exercées sur les pistons 7 et 8, de sorte qu'ils se trouvent entraînés tous deux dans la même direction (de gauche à droite sur le dessin) Les couples résultants exercés autour du pivot 12 sont égaux et opposés, et il ne se produit donc pas de rotation de l'organe de sortie 11. Si la résistance à l'écoulement dans le restricteur 1 est alors accrue, la force exercée sur le piston 7 devient plus grande que celle exercée sur le piston 8, et il en résulte une rotation de l'organe de sortie 11 dans le sens des aiguilles d'une montre Inversement, 20 si la résistance du restricteur 1 se trouve diminuée, il en résulte finalement une rotation de l'organe de sortie 11 dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. Quand le seul restricteur 1 varie, les modifica25 tions résultantes dans sa résistance à l'écoulement provoqueront bien entendu une variation du débit d'écoulement global au travers du dispositif de mise en action. Pour des applications dans lesquelles un débit d'écoulement constant est préférable, les restricteurs 1 et 2 sont rendus tous deux variables, leurs résistances respectives à l'écoulement étant admises à varier en sens opposés de façon à maintenir un débit d'écoulement global constant Le fonctionnement du dispositif de mise en action dans ce cas et le fonctionnement dans le cas 35 o seul le restricteur 1 est admis à varier sont simi- laires, à l'exception du fait que les pistons 7 et 8 contribuent tous deux, également et dans des sens opposés, à la rotation de l'organe de sortie 11. Il apparait clairement que, si l'on utilise un fluide électrovisqueux dans le circuit de fluide, les restricteurs d'écoulement variables peuvent être des restricteurs d'écoulement électrovisqueux commandés électriquement Quand on utilise un fluide électrovisqueux, les organes de transmission de pression de 10 fluide sont de préférence des diaphragmes scellés, ce qui permet d'éviter une contamination du fluide telle que celle pouvant résulter de la présence de joints d'étanchéité permettant à une tige de piston qui les traverse de coulisser linairement. La dimension optimale d'un restricteur d'écoulement électrovisqueux est dictée par la pression de la source de fluide et, quand cette pression est élevée, les restricteurs doivent nécessairement être à grande longueur de parcours et à faible section transversale 20 afin de pouvoir réaliser une ma trise adéquate de l'écoulement Par conséquent, un agencement linéaire du restricteur n'est pas réalisable en pratique pour un dispositif de mise en action à réponse rapide, car il convient que la colonne de fluide qui doit être déplacée 25 par l'organe de transmission de pression de fluide soit aussi longue que le restricteur, ce qui a pour résultat d'agir défavorablement sur la durée du temps de réponse. Il est donc souhaitable que les deux extrémités du restricteur soient situées à une aussi faible distance l'une de l'autre que possible afin d'assurer une réponse rapide dans des applications sous haute pression. Un mode de réalisation de l'invention adéquat en vue de son utilisation dans un système avec fluide électrovisqueux sous haute pression se trouve illustré dans 35 les figures 2 et 3 Dans ce mode de réalisation, le dispositif de mise en action est essentiellement constitué par un boltier annulaire 20 comportant deux faces extrêmes 21 et 22 (une face supérieure et une face inférieure sur le dessin) dans lesquelles sont ménagés respectivement un orifice d'entrée 23 et un orifice de sortie 24 Le bottier 20 est transversalement divisé, par un diviseur annulaire 25 interrompu par un intervalle, en deux compartiments identiques 26 et 27 de restricteur contenant chacun un empilement axial de plaques10 électrodes annulaires 28 espacées, électriquement isolées les unes des autres et mutuellement disposées, par rapport au diviseur interrompu 25, de manière à établir un intervalle commun 29 en alignement axial avec l'orifice d'entrée 23 et avec l'orifice de sortie 24. Un diaphragme'flexible 30, ayant son bord supérieur 31 attaché à la face extrême 21 et son bord inférieur 32 attaché au diviseur 25, est scellé en travers de toute la largeur radiale de l'intervalle 29, de manière à séparer les-deux extrémités opposées du com20 partiment supérieur 26 du restricteur d'écoulement Un second diaphragme flexible 33 est similairement scellé en travers de toute la largeur radiale de l'intervalle 29, avec son bord supérieur 34 attaché au diviseur 25 et son bord inférieur 35 attaché à la face extrême 22, 25 de manière à séparer les deux extrémités opposées du compartiment inférieur 27 du restricteur d'écoulement. Des tiges de transmission 36 et 37, respectivement attachées aux diaphragmes 30 et 33, sont articulées sur un arbre de sortie 39 de manière à pouvoir tourner dans des paliers d'appui 40 et à s'étendre radialement à travers un intervalle 29 entre les deux diaphragmes, les paliers étant attachés aux deux parois latérales opposées 38 et 41 du boîtier 20 L'arbre de sortie 39 fait saillie au travers du palier extérieur 40 35 et de la paroi latérale 41, l'étanchéité étant assurée par un joint rotatif 42. Les plaques-électrodes 28 alternées se trouvant dans le compartiment 26 du restricteur d'écoulement sont électriquement connectées ensemble de ma5 nière à établir deux jeux intercalés de telles plaques (non représentés) à l'intérieur dudit compartiment, les deux jeux étant respectivement connectés à des bornes 43 et 44 d'application d'une tension électrique. Similairement, les plaques-électrodes alternées 28 se 10 trouvant dans le compartiment 27 du restricteur d'écoulement sont connectées de manière à établir deux jeux intercalés de plaques qui sont respectivement connectés à la borne 44 d'application de tension électrique et à une troisième borne d'application 45 de 15 tension électrique. En cours de fonctionnement, un fluide électrovisqueux est injecté à force, pour circuler dans le dispositif dé mise en action dans le sens des aiguilles d'une montre (sur le dessin); il pénètre dans ledit 20 dispositif par l'orifice d'entrée 23, passe successivement dans lescompartiments 26 et 27, puis sort du dispositif par l'orifice de sortie 24 Des tensions électriques égales et de signes opposés sont appliquées entre les bornes 43/44 et 44/45 de façon à faire varier 25 dans des sens opposés la résistance au cisaillement du fluide électrovisqueux s'écoulant dans les deux compartiments 26 et 27 du restricteur Des différences de pression de fluide égales et en sens opposés se trouvent ainsi développées entre les faces des deux dia30 phragmes 30 et 33 de façon à les faire dévier tous deux vers l'intérieur ou vers l'extérieur à partir de l'arbre de sortie 39, ce qui a pour effet de faire tourner cet arbre dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre selon la polarité des tensions électriques d'entrée appliquées. Les deux bornes 43 et 45 peuvent être respectivement connectées aux deux bornes de sortie d'une source de tension (non représentée), cependant que la borne 44 est connectée au curseur d'un potentiomètre (non représen5 té) lui aussi connecté à la source de façon à faire varier dans des sens opposés la tension électrique appliquée aux restricteurs d'écoulement supérieur et inférieur Etant donné que ces restricteurs sont essentiellement des charges capacitives sur la source de tension, un tel mode de 10 connexion garantit que le courant de décharge d'un restricteur contribue toujours au courant de charge de l'autre, ce qui a pour effet d'améliorer l'allure de réponse globale du dispositif de mise en action A titre de variante, on peut remplacer le potentiomètre par une paire 15 de dispositifs de sortie fonctionnant en push-pull (non représentés), avec un effet similaire Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux en raison du fait qu'il fournit deux restricteurs d'écoulement de faible section transversale et 20 de grande longueur de parcours, adéquats pour des systèmes à fluide sous haute pression, en combinaison avec des organes de transmission de pression de fluide de grande section transversale et de court déplacement, ce qui minimise les effets d'inertie de fluide qui sans 25 cela influeraient d'une manière défavorable sur la durée du temps de réponse En outre, parce qu'aucune différence de pression de fluide n'est exercée sur les plaques-électrodes 28 elles-mêmes, celles-ci peuvent être extrêmement minces, ce qui minimise leur poids. La configuration annulaire du dispositif de mise en action permet de le monter dans un espace facilement disponible à proximité immédiate de la surface extérieure d'une arme guidée, le fluide électrovisqueux sous haute pression nécessaire pour faire fonctionner le dispositif de mise en action étant commodément fourni à partir d'un réservoir au moyen d'un système d'extraction de l'efflux d'un moteur-fusée classique. Bien entendu, il apparait clairement que les parcours d'écoulement des restricteurs du mode de réalisation décrits ci-dessus peuvent également bien s'adapter à d'autres configurations convenables en vue d'applications particulières. En vue d'applications nécessitant plus d'un 10 dispositif de mise en action, comme dans le cas des multiples surfaces de commande d'une arme guidée, une certaine répartition des restricteurs d'écoulement est possible, ce qui économise l'espace et abaisse les prix de revient Un tel agencement multiple est repré15 senté figure 4 Dans cet agencement multiple, trois organes de sortie 50, 51 et 52 sont entraînés par trois paires de moyens 53 à 58 de transmission de pression de fluide agencées, en ce qui concerne le raccordement d'écoulement de fluide, en parallèle avec des 20 paires successives et à recouvrement de restricteurs d'écoulement de fluide électrovisqueux 59 à 62 Une corrélation des tensions électriques à appliquer à chaque restricteur d'écoulement de fluide électrovisqueux à partir d'une source de tension 63 est établie par des 25 moyens logiques 64 en réponse à l'entrée de signaux électriques de demande E Il apparaît clairement que l'agencement peut être étendu de manière à comprendre un nombre quelconque "n" d'organes de sortie servis par "n+ 1 " restricteurs d'écoulement, et qu'une économie supplémentaire est réalisable en utilisant des restricteurs d'écoulement fixes alternant avec des restricteurs d'écoulement variables Il est possible aussi d'établir diverses inter-relations mutuelles entre les "n" organes de sortie en couplant chacun d'entre eux avec deux restricteurs d'écoulement choisis quelconques et leurs moyens de transmission de pression de fluide associés. Les dispositifs de mise en action de tels agencements en série "à recouvrement" ont inévitablement 5 une action inter-dépendante qui doit être évaluée par les moyens logiques 64 afin d'en déduire les signaux électriques de tension de commande nécessaires, destinés à être appliqués aux restricteurs d'écoulement individuels Dans le mode de réalisation illustré figure 4, 10 si Sp représente la pression d'alimentation appliquée entre les extrémités de la chaîne entière de restricteurs d'écoulement, si p 59 à P 62 représentent la chute de pression (ou perte de charge) réelle dans les restricteurs d'écoulement respectifs 59 à 62, et si D 50 15 à -D 52 représentent la chute de pression demandée au travers des organes de sortie respectifs 50 à 52, alors les quatre conditions suivantes doivent être simultanément satisfaites: P 59 + P 60 + P 61 + P 62 = Sp + 2 -P 59 P 60 D 50 +D P 60 P 61 = D 51 P 61 P 62 52 La relation entre la chute de pression (p) dans un restricteur d'écoulement électrovisqueux et la ten25 sion électrique (v) appliquée est linéaire au-dessus d'une valeur-seuil donnée (A), c'est-à-dire que p = A + Bv o B est une constante C'est cette relation linéaire, conjointement avec les quatre équations simultanées ci-dessus, qui est utilisée par les moyens logi30 ques 64 pour déterminer les quatre tensions électriques de commande nécessaires en vue de leur application aux restricteurs d'écoulement respectifs. Il apparait clairement aux spécialistes que tout dispositif de mise en action qui dépend de la viscosité de son fluide de commande pour son fonctionnement est inévitablement sensible à des variations de température Ceci revêt une importance particulière dans le cas de missiles guidés o il y a de fortes probabilités de rencontrer d'importantes variations de tem Férature Des modes de réalisation de la présente inven tion qui comportent des restricteurs d'écoulement variables en sens inverses sont spécialement avantageux 10 à cet égard car les variations de viscosité provoquées par des variations de température sont complètement compensées Des modes de réalisation utilisant un restricteur d'écoulement variable et un restricteur d'écoulement fixe ne bénéficient pas de cet effet de com15 pensation inhérent, mais un degré de compensation acceptable est réalisable par l'addition d'un dispositif de commande du débit d'écoulement dépendant de la température monté en série avec le dispositif de mise en action On peut utiliser, par exemple, un dispositif comportant un alésage variable commandé par la dilatation et la contraction d'une capsule flexible scellée. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mise en action fonctionnant à l'aide d'un fluide et caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement: au moins une paire de restricteurs ou étrangleurs d'écoulement ( 1, 2), au moins un restricteur ( 1) de la paire étant variable, agencés de manière à réaliser un raccordement d'écoulement en série dans un circuit de fluide; des moyens de transmission de pression de fluide ( 3, 4) agencés de manière 10 à réaliser un raccordement d'écoulement en parallèle avec chaque restricteur d'écoulement, comportant un organe transmetteur linéairement déplaçable ( 7, 8) en réponse à la pression différentielle de fluide établie en cours d'utilisation au travers du restricteur, les deux 15 organes transmetteurs correspondant à chaque paire de restricteurs étant mutuellement disposés de façon à effectuer un déplacement tangentiel par rapport à un axe commun ( 12); et un organe de sortie ( 11) capable de tourner autour de chaque axe commun, antagonistement 20 couplé aux deux organes transmetteurs respectifs de façon à être angulairement dévié par un déplacement différentiel desdits deux organes. 2 Dispositif de mise en action selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de trans25 mission de pression de fluide comprennent un agencement du type avec cylindre à double action ( 5, 6) et piston ( 7, 8), le piston comprenant l'organe transmetteur déplaçable. 3 Dispositif de mise en action selon la reven30 dication 1, caractérisé en ce que les moyens de transmission de pression de fluide comprennent une chambre ( 29), possédant deux extrémités ouvertes au circuit de fluide, subdivisée par un diaphragme flexible ( 30) agencé entre les deux extrémités, le diaphragme compre35 nant l'organe transmetteur déplaçable. 4 Dispositif de mise en action selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les restricteurs d'écoulement sont des résistances visqueuses. 5 Dispositif de mise en action selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de fluide est électrovisqueux, et en ce que les restricteurs d'écoulement variables sont électriquement variables ( 26, 27). 6 Dispositif de mise en action selon la revendication 5, caractérisé en ce que les restricteurs d'écoulement variables comprennent chacun une multiplicité de parcours d'écoulement parallèles définis par des électrodes laminaires ( 28) entre lesquelles des diffé15 rences de potentiel sont applicables. 7 Dispositif de mise en action selon la revendication 6, dépendant de la revendication 3, caractérisé en ce que les parcours d'écoulement de chaque paire de restricteurs d'écoulement sont annulaires, et 20 en ce que les électrodes comprennent des anneaux ( 28) interrompus par des intervalles agencés en série dans un boîtier annulaire ( 20), les intervalles ménagés dans les électrodes étant alignés de façon à définir une chambre longitudinale ( 29) à l'intérieur du boîtier, et 25 les diaphragmes flexibles respectifs ( 30, 33) étant disposés en série à l'intérieur de ladite chambre. 8 Dispositif de mise en action selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'organes de sortie 30 ( 50, 51, 52) commandés par une série de restricteurs d'écoulement ( 59 à 62), en ce que les restricteurs successifs dans la série sont associés par paires à la fois avec le restricteur précédent et avec le restricteur suivant, de façon telle qu'il ne soit pas néces35 saire que le nombre de restricteurs excède de plus d'une unité le nombre d'organes de sortie. 9 Dispositif de mise en action selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens logiques ( 64) servant à appliquer des tensions 5 électriques de commande à chaque restricteur d'écoulement de la série afin d'actionner individuellement chaque organe de sortie.