Brevet FR2563804A1 — publié le 19851108

Dispositif de soulagement à régulation automatique des surfaces portantes d'avions L'invention concerne un dispositif de soulagement à régulation au- tomatique des surfaces portantes d'avions, disposé entre la structure des surface portantes et les gouvernes et/ou déflecteurs et volets afin d'actionner ces derniers. Ce dispositif est destiné à être monté sur les surfaces portantes de l'avion afin d'obtenir une diminution des charges de rafales et de manoeuvres qu'elles supportent. Un dispositif de ce type est connu de la demande de brevet alle- mand DE-32 41 456. Ce dispositif connu présente des canaux d'écoule- ment en genre de fentes qui sont orientés du côté inférieur vers le côté supérieur de la partie extérieure de l'aile, et qui sont norma- lement fermés par des volets qui ouvrent les canaux d'écoulement en présence d'une rafale ascendante. L'inconvénient de cette solution connue est que, le dispositif étant exclusivement placé dans la partie extérieure de l'aile, il ne peut que soulager en priorité la structure de la partie extérieure; dans le même temps, la résistance de la partie extérieure est amoin- drie par les découpures importantes que constituent les canaux. Outre le fait que ce dispositif connu n'est efficace qu'en cas de rafales ascendantes, la résistance élevée ainsi que le bruit et le risque con- nexe de vibrations de l'entrée de tuyère orientée dans le sens du vol pose de nombreux problèmes au dispositif lorsque les vitesses de vol sont élevées. I1 n'est pas prévu d'adaptation fonctionnelle du dispo- sitif au poids total de l'avion qui se modifie en cours de vol. Par ailleurs, la demande de brevet allemand DE-33 10 510 décrit un frein de vibrations aéroélastiques ou "frein de flutter" pour avions qui est constitué de volets formant déflecteurs ou de générateurs de turbulences qui peuvent être rentrés et sortis, et dont l'action est commandée par des capteurs répartis sur l'aile. L'inconvénient de ce dispositif connu est qu'un grand nombre de - 2 - 1 capteurs est nécessaire pour déterminer des plages aérodynamiques li- mite -lesquels capteurs fournissent des signaux de commande pour as- servir le dispositif d'actionnement des organes aérodynamiques auxi- liaires susmentionnés. En cas de défaillance ou de rupture de ce cir- cuit de commande, le dispositif ne fonctionne plus, ou fournit des ordres erronés qui risquent de mettre en danger l'avion. En outre, le système de commande des organes aérodynamiques auxiliaires ne tient pas compte du poids total et du nombre de Mach de l'avion. L'invention a pour objectif de proposer un dispositif qui commande automatiquement, en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion, les gouvernes et/ou les déflecteurs et volets sur déter- mination directe des états de sollicitation de ces derniers, et qui ce faisant réduit les charges de rafales et de manoeuvres là o elles se produisent le long des surfaces portantes, tout en étant à même d'augmenter localement ou sur toute la surface la vitesse à laquelle se produisent des vibrations. Cet objectif est atteint de manière fiable au moyen d'un disposi- tif remarquable en ce qu'il est affecté, individuellement ou sous la forme d'une multiplicité de dispositifs répartis le long des ailes, à chaque gouverne et/ou déflecteur ou volet, qu'il est constitué d'un circuit d'amortissement comprenant un cylindre de travail avec un pis- ton et une tige de piston reliée à son extrémité éloignée de la charge à un mécanisme à bielles chargé par ressort et s'appuyant sur la structure des surfaces portantes, et que le cylindre de travail est pourvu d'un clapet antiretour et de soupapes d'admission et d'échap- pement, les forces d'ouverture ou de fermeture de ces dernières pou- vant, au moyen d'un régulateur de vol, être commandées automatique- ment en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le dis- positif est monté sur un servomoteur hydraulique ou électrique destiné à l'actionnement des gouvernes et/ou déflecteurs et volets et dés- accouplable du dispositif. Selon une nouvelle caractéristique, la soupape d'admission ou d'é- chappement est commandée de sorte telle qu'elle revient de la position d'échappement à la position fermée en un laps de temps de 0,5 à 10 -3- 1 secondes. Selon une autre caractéristique, le mécanisme. à bielles est ins- tallé dans une chambre qui peut être remplie de liquide et qui est munie d'une autre soupape d'admission ou d'échappement ainsi que de réservoirs flexibles de gaz sous pression, les forces d'ouverture ou de fermeture de cette autre soupape d'admission ou d'échappement pou- vant, au moyen du régulateur de vol, être commandées automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. Ladite au- tre soupape d'admission ou d'échappement peut alors être reliée à un accumulateur de pression dont la pression peut, au moyen du régulateur de vol, être commandée automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. Selon une nouvelle caractéristique, les forces d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission et d'échappement et de ladite autre soupape d'admission ou d'échappement, de même que la pression de l'accumulateur, peuvent être réglées manuellement. Le mécanisme à bielles susmentionné peut en outre être fixé par son extrémité éloignée du piston sur un élément d'appui qui peut être déplacé automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion au moyen du régulateur de vol, ou manuellement dans le sens axial par rapport à la tige de piston. Selon un mode de réalisation avantageux, le mécanisme à bielles a une configuration de type similaire à celle d'un parallélogramme arti- culé à raccourcissement sous l'action d'une force, les éléments char- gés par ressort de ce mécanisme présentant pour le déclenchement du mouvement de coulissement une forme infléchie vers l'extérieur et é- tant reliés à l'extrémité d'introduction de la force par un élément d'articulation de bielles. Selon une nouvelle configuration avantageuse de l'invention, le circuit d'amortissement comporte, outre le cylindre de travail, un cylindre de refoulement relié à des conduites d'alimentation communes et muni d'un autre piston et d'une autre tige de piston ainsi que d'un tiroir de distribution, l'autre tige de piston étant reliée par l'une de ses extrémités à une tringlerie menant à un levier et au tiroir de distribution, et par son autre extrémité au mécanisme à bielles chargé -4i par ressort. Le cylindre de refoulement peut alors être relié mécaniquement à un cylindre d'amortissement muni d'un autre piston et d'une valve à ressort à section variable. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la carac- téristique force/trajet du mécanisme à bielles est réglable au moyen de l'élément d'appui déplaçable manuellement ou à l'aide d'un servomo- teur par le fait que des ordres de mouvement peuvent être transmis par un élément de liaison reliant l'élément d'appui au levier. On peut alors monter une bobine magnétique radiale sur l'élément d'appui de sorte que ladite autre tige de piston puisse se déplacer dans l'é- videment central de la bobine, et être immobilisée à l'aide du champ magnétique induit. Selon une dernière caractéristique enfin, le rapport de transmis- sion de la tringlerie entre le tiroir de distribution et le levier peut être commandé automatiquement en fonction du poids total de l'a- vion au moyen du régulateur de vol, ou être modifié manuellement. La description qui suit présente en détail un exemple de réalisa- tion de l'invention figuré sur le dessin annexé. Ce dessin montre: à la figure 1 une vue en représentation schématique du dispositif à l'état sorti, à la figure 2 une vue du dispositif selon la figure 1 à l'état sorti, avec de nouvelles caractéristiques améliorant l'invention. En général, les dispositifs d'actionnement des gouvernes, déflec- teurs et volets disposés sur les surfaces portantes sont, en ce qui concerne les forces d'actionnement à appliquer, dimensionnés de maniè- re à suffire à l'actionnement des surfaces de commande soumises à la sollicitation maximale prévue, cette dernière se composant de charges de manoeuvres et de charges de rafales, qui peuvent se superposer. I1 est possible de prédéterminer, par exemple dans le régulateur de vol et par son intermédiaire, une charge limite fiable-inférieure au ni- veau de sollicitation maximal, et ce en fonction du nombre de Mach et conformément au poids total de l'avion et à la sollicitation des sur- faces qui en résulte, cette charge limite se présentant sous la forme d'un seuil de charge momentanément admissible. En cours de vol, la consommation de combustible et les modifications de la vitesse de - 5 - 1 l'avion entraînent une variation continue de l'ordre de grandeur de ce seuil de charge. En cas de dépassement du seuil de charge, la sollicitation supplé- mentaire au-delà du niveau de charge limite peut, en cas de dépasse- ment du seuil de charge momentané, être réduite ou ramenée au niveau de charge de base en faisant momentanément céder aux forces dues à l'air et s'affaisser les gouvernes, déflecteurs ou volets. L'impor- tance de la déviation d'affaissement des surfaces de commande, qui doit être variable de façon limitée en fonction du seuil de charge, détermine le degré de réduction de la charge. A la différence de la déviation de soulagement, le retour des surfaces de commande affais- sées à leur position initiale s'effectue lentement, soit dans un laps de temps de 0,5 à 10 secondes. Comme la sollicitation supplémentaire susmentionnée doit être réduite localement, là o elle se produit le long des ailes, il faut disposer plusieurs surfaces de commande asser- vissables (un nombre important de préférence) sur la surface portante de l'avion, chaque surface de commmande étant dotée d'un dispositif de soulagement. Le dispositif 1, qui selon la figure 1 est monté sur un servomo- teur 12 entre la surface portante la de l'avion et les gouvernes et/ou déflecteurs et volets 12a, est constitué d'un circuit d'amortissement fermé 2 comprenant un cylindre de travail 3 avec un piston 3a monté sur une tige de piston 4. Lors de l'actionnement de la tige de piston 4 par la sollicitation des gouvernes ou autres surfaces de commande 12a, la tige de piston 4 refoule, au moyen du piston 3a, du liquide hydraulique dans une conduite d'alimentation 24, après ouverture d'une soupape d'admission ou d'échappement 9. Lors de la course ascendante du piston 3a, suite à la pression interne, un clapet antiretour 8 ferme une conduite d'alimentation 25 qui est pourvue d'une soupape d'admission ou d'échappement 10. A l'extrémité 5 éloignée de la charge de la tige de piston 4 qui rentre dans une chambre 15, on a monté un mécanisme à bielles 7 qui s'appuie sur la structure 6 de la surface portante la de l'avion. La chambre 15 peut être remplie de liquide et elle est munie, aux fins d'amortissement et de retour en position initiale du mécanisme à biel- -6- 1 les 7, de réservoirs flexibles 14 de gaz sous pression; elle est éga- lement dotée d'une autre soupape d'admission ou d'échappement 13, qui est reliée à un accumulateur de pression 16. Les forces d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission ou d'échappement 9, 10 et 13, de même que la pression de l'accumulateur 16, peuvent être réglées manuellement, ou, au moyen d'un régulateur de vol 11 et de manière en soi connue, être commandées automati- quement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. Ce faisant, ladite autre soupape d'admission ou d'échappement 13 est commandée de sorte telle qu'elle revient de la position d'échappement à la position fermée en un laps de temps de 2 à 10 secondes. Le mécanisme à bielles 7 a une configuration de type similaire à celle d'un parallélogramme articulé ayant une forme inversement symé- trique qui peut être au choix simple ou -de manière non figurée- double. Les éléments 19, l9a, 20, 20a chargés par un ressort monté sur les articulations lBa- présentent, en vue du déclenchement du mouvement de coulissement raccourcissant le parallélogramme articulé dans son sens de déplacement, une forme infléchie vers l'extérieur, et ils sont reliés à la tige de piston 4 -soit donc à l'extrémité 21 d'introduction de la forcepar un élément d'articulation de bielles 22. Le mécanisme à bielles 7 peut être fixé à son extrémité 17 éloi- gnée du piston sur un élément d'appui 18 qui peut être déplacé auto- matiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion au moyen du régulateur de vol 11, ou bien manuellement dans le sens axial par rapport à la tige de piston 4. La figure 2 présente une amélioration avantageuse du dispositif 1, selon laquelle un circuit d'amortissement fermé 39 comporte, outre le cylindre de travail 3, un cylindre de refoulement 26 relié à des conduites d'alimentation communes 24, 25 et muni d'un autre piston 27 monté sur une autre tige de piston 28, ainsi qu'un tiroir de distri- bution 29. Ladite autre tige de piston 28 est reliée à l'une de ses extrémités (30) à une tringlerie 32 menant à un levier 31 et au tiroir de distribution 29, et à son autre extrémité 33 au mécanisme à bielles 7 chargé par ressort. Au niveau du cylindre de refoulement 26, on a - 7 - 1 disposé un cylindre d'amortissement 3 alimenté en fluide de type connu, muni d'un autre piston 35 et d'une valve à ressort 36 à section variable. La figure 2 présente le cylindre de travail 3 et le tiroir de distribution 29 en position sortis, sans déviation en vue de diminuer la charge. L'entrée en action d'une force sur l'oeil 40 de raccorde- ment de la charge entraîne la constitution dans le cylindre de tra- vail 3 d'une pression qui est transmise par la conduite d'alimentation 24 audit autre piston 27, o elle produit une force correspondante. La force imprimée au piston 27 se répercute sur l'enveloppe de cylindre 41 par l'intermédiaire de ladite autre tige de piston 28 et du mécanisme à bielles 7 précontraint par ressort. En cas de croissance de la force externe agissant sur l'oeil 40 de raccordement de la char- ge, on finit par atteindre un seuil de charge auquel le mécanisme à bielles 7 dont les éléments 19, 19a, 20, 20a sont précontraints par ressort cède brusquement, ledit autre piston 27 libérant alors un vo- lume de cylindre permettant un reflux de liquide hydraulique. Le cy- lindre de travail 3 cède à sa charge, et se rétracte proportionnelle- ment au trajet dudit autre piston 27. Simultanément, la tringlerie 32 articulée à ladite autre tige de piston 28, au tiroir de distribution 29 et au levier 31 entre automatiquement en action pour augmenter le trajet d'affaissement du cylindre de travail, le tiroir de distribu- tion 29 ouvrant l'apport de liquide par la conduite d'alimentation 25. Pendant le processus d'affaissement décrit, le levier 31 est immo- bilisé. Une fois que le mouvement dudit autre piston 27 s'est arrêté, le cylindre de travail 3 ne continue à se déplacer que jusqu'à ce qu' il ferme luimême, par l'intermédiaire de la tringlerie 32,le tiroir de distribution 29. Le processus de retour à la position initiale s'effectue de maniè- re analogue, étant supposé que la charge agissant de l'extérieur sur l'oeil 40 est revenue au bout de quelque temps au niveau de charge de base, et que le levier 31 reste immobilisé à sa position initiale. Le ressort 42 précontraint sur le mécanisme à bielles 7 introduit un mouvement de retour de ladite autre tige de piston 28, qui est ren- -8 - 1 forcé par l'accouplement avec la tringlerie 32. Le blocage de la diminution de charge s'effectue par l'intermé- diaire d'une bobine magnétique 38 qui est montée sur l'élément d'appui déplaçable 18. Ladite autre tige de piston 28 se déplace dans le noyau de la bobine, et peut à tout moment être immobilisée sur commande -du moins dans sa position initiale- au moyen d'un champ magnétique induit. En ce qui concerne la variation du seuil de charge, on peut, à l'aide de l'élément d'appui déplaçable 18, modifier la position ini- tiale de ladite autre tige de piston 28. Une position initiale modi- fiée modifie la géométrie du mécanisme à bielles 7, et par suite la pré-charge transmise à ladite autre tige de piston 28. Outre la possibilité d'intervention du pilote ou du régulateur de vol 11, on peut faire varier le seuil de charge par l'intermédiaire d'un élément de liaison 37 assurant une répétition d'ordre du levier 31 au servomoteur 43 de l'élément d'appui 18. L'invention présente notamment les avantages suivants: le dispo- sitif de diminution des charges de rafales et de manoeuvres ainsi que d'accroissement de la vitesse à laquelle se produisent des vibrations répond de manière simple aux exigences qui lui sont posées, et ce d'une part avec des moyens électro-hydrauliques, mais également et prioritairement par voie hydraulique. La détermination de la charge supplémentaire due aux rafales, dont le seuil inférieur par rapport à la charge de base constitue le seuil de charge admissible, s'effectue mécaniquement et directement (à savoir à partir des gouvernes ou au- tres surfaces de commande) sur le dispositif ou sur le fluide de tra- vail, sans qu'il faille employer des appareils mécaniques ou électro- niques susceptibles de se détériorer. Le seuil de charge admissible peut, tant au sol qu'en vol, être déterminé manuellement ou automatiquement et en continu en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'appareil, et l'on peut ainsi, par l'intermédiaire de la sollicitation des surfaces portantes, ajuster précisément, à tout moment, le montant de force de commande nécessaire pour la diminution de charge momentanément requise. En outre, par l'affectation de plusieurs, voire d'un nombre important de -9 1 dispositifs selon l'invention à un même nombre de gouvernes ou autres surfaces de commande réparties le long des ailes, cette charge supplémentaire est supprimée localement, à l'endroit même o elle se produit, ce qui permet d'obtenir une structure de surface porteuse ayant une plus grande longévité et un poids réduit au vu des sollici- tations dynamiques et statiques. - 10 - 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif de soulagement à régulation automatique des surfaces portantes d'avions, disposé entre la structure des surface portantes et les gouvernes et/ou déflecteurs et volets afin d'actionner ces derniers, caractérisé en ce que le dispositif (1) -qui est affecté, individuellement ou sous la forme d'une multiplicité de dispositifs répartis le long des ailes, à chaque gouverne et/ou déflecteur ou volet (12a)- est constitué d'un circuit d'amortissement (2) comprenant un cylindre de travail (3) avec un piston (3a) et une tige de piston (4) reliée à son extrémité (5) éloignée de la charge à un mécanisme à bielles (7) chargé par ressort et s'appuyant sur la structure (6) des surfaces portantes, et que le cylindre de travail (3) est pourvu d'un clapet antiretour (8) et de soupapes d'admission et d'échappement (9, ), les forces d'ouverture ou de fermeture de ces dernières pouvant, au moyen d'un régulateur de vol (11), être commandées automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (1) est monté sur un servomoteur (12) hydraulique ou élec- trique destiné à l'actionnement des gouvernes et/ou déflecteurs et volets (12a), et désaccouplable du dispositif (1). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape d'admission ou d'échappement (10) est commandée de sorte telle qu'elle revient de la position d'échappement à la position fermée en un laps de temps de 0,5 à 10 secondes. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme à bielles (7) est installé dans une chambre (15) qui peut être remplie de liquide et qui est munie d'une autre soupape d'admis- sion ou d'échappement (13) ainsi que de réservoirs flexibles de gaz sous pression (14), les forces d'ouverture ou de fermeture de cette autre soupape d'admission ou d'échappement (13) pouvant, au moyen du régulateur de vol (11), être commandées automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la- dite autre soupape d'admission ou d'échappement (13) est reliée à un 1 accumulateur de pression (16) dont la pression peut, au moyen du régu- lateur de vol (11), être commandée automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 4 ou 5, caractérisé en ce que les forces d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission et d'échappement (9, 10) et de ladite autre sou- pape d'admission ou d'échappement (13), de même que la pression de l'accumulateur (16), peuvent être réglées manuellement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que le mécanisme à bielles (7) est fixé par son ex- trémité (17) éloignée du piston sur un élément d'appui (18) qui peut être déplacé automatiquement en fonction du poids total et du nombre de Mach de l'avion au moyen du régulateur de vol (11), ou manuellement dans le sens axial par rapport à la tige de piston (4). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme à bielles (7) a une configuration de type similaire à celle d'un parallélogramme articulé à raccourcissement sous l'action d'une force, les éléments chargés par ressort (19, 19a, 20, 20a) présentant pour le déclenchement du mouvement de coulissement une forme infléchie vers l'extérieur et étant reliés à l'extrémité (21) d'introduction de la force par un élément d'articulation de bielles (22). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le circuit d'amortissement (2) comporte, outre le cylindre de travail (3), un cylindre de refoulement (26) re- lié à des conduites d'alimentation communes (24, 25) et muni d'un au- tre piston (27) et d'une autre tige de piston (28) ainsi que d'un ti- roir de distribution (29), l'autre tige de piston (28) étant reliée par l'une (30) de ses extrémités à une tringlerie (32) menant à un le- vier (31) et au tiroir de distribution (29), et par son autre extrémi- té (33) au mécanisme à bielles (7) chargé par ressort. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le cylindre de refoulement (26) est relié mécaniquement à un cylindre d'amortissement (34) muni d'un autre pis- ton (35) et d'une valve à ressort (36) à section variable. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- 1 tes, caractérisé en ce que la caractéristique force/trajet du mécanis- me à bielles (7) est réglable au moyen de l'élément d'appui (18) dé- plaçable manuellement ou à l'aide d'un servomoteur (43) par le fait que des ordres de mouvement peuvent être transmis par un élément de liaison (37) reliant l'élément d'appui (18) au levier (31). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'une bobine magnétique radiale (38) est mon- tée sur l'élément d'appui (18) de sorte que ladite autre tige de pis- ton (28) peut se déplacer dans l'évidement central de la bobine, et être immobilisée à l'aide du champ magnétique induit. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le rapport de transmission de la tringlerie (32) entre le tiroir de distribution (29) et le levier (31) peut être commandé automatiquement en fonction du poids total de l'avion au moyen du régulateur de vol, ou être modifié manuellement.