Brevet FR2580038A1 — publié le 19861010

SYSTEME D'ACTIONNEMENT HYDRAULIQUE A FLUIDE PERDU La présente invention a pour objet un systè- me hydraulique d'actionnement d'un organe dans un en- semble dont Le fonctionnement est autonome tout au moins pendant une durée Limitée, par exemple un véhi- cule ou un aéronef et parmi ceux-ci en particulier une fusée. L'invention concerne donc les industries méca- niques et tes véhicuLes. Dans un tel ensemble autonome iL existe des organes ou accessoires qui doivent être actionnés par des moyens embarqués dans L'ensembLe lui-même, pour être utilisés par exemple en voL. Ainsi pour une fu- sée, c'est Le cas de vérins qui orientent le ou Les moteurs à réaction pour piLoter l'ensemble. L'énergie nécessaire à ces vérins est habi- tuellement fournie par une pompe hydraulique à haute pression qui est entraînée par un moteur à gaz ou électrique, le tout formant un groupe embarqué dans la fusée. Avant le fonctionnement autonome, de nom- breux essais doivent être effectués. Dans l'art anté- rieur l'énergie nécessaire à la commande des divers organes à tester est délivrée par des sources d'éner- gie non embarquées, gaz sous pression ou courant élec- trique, pour entraîner le groupe embarqué tout en évi- tant de mettre en oeuvre les sources d'énergie embar- quées, tant pour ne pas augmenter la masse embarquée que parce que ces sources embarquées peuvent n'être pas encore disponibles. L'inconvénient de cette technique est que le groupe de pompage embarqué est cher, lourd et de mau- vaise fiabilité. La présente invention résout le problème de réaliser un système de haute fiabilité, de faible masse et de maintenance réduite. Ces buts sont at- teints grâce à une organisation nouvelle du système de commande hydraulique. Celui-ci est essentiellement caractérisé par le fait que le fluide hydraulique est évacué hors de l'ensemble après que, ayant rempli sa fonction d'actionnement, il sort à faible pression de l'organe actionné, lors du fonctionnement autonome. D'une façon résumée on dit que c'est un pro- cédé à fluide perdu. Pour le mettre en pratique, le système com- porte essentiellement, et embarqués dans l'ensemble: un réservoir du fluide hydraulique, un moyen de mise en pression de ce fluide, un conduit d'introduction du fluide sous pression dans l'organe et un conduit éva- cuant hors de l'ensemble le fluide à basse pression sorti de l'organe actionné. Dans la plupart des cas d'application les essais préalables sont réalisés, selon un complément de l'invention, au moyen d'une installation non embar- quée, avec une jonction, ou interface, séparable. L'installation comporte au moins une source de fluide hydraulique non embarquée, la partie embar- quée de l'interface correspondante étant en connexion avec le conduit d'introduction du fluide dans l'orga- ne. La mise en pression du fluide hydraulique peut se faire soit par une pompe embarquée entre le réservoir et l'organe, soit par une source hydraulique sous pression non embarquée, soit par mise en pression du réservoir au moyen d'un gaz comprimé introduit dans celui-ci. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront plus précisément après la des- cription qui suit d'exemples de réalisation, appliqués à des fusées et correspondant aux dessins annexés, o - la figure 1 représente un premier mode de réalisation utilisant un réservoir d'hélium sous pres- sion et un échangeur de fluide, - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation correspondant à une fusée à hydrogène liquide, - la figure 3 illustre un troisième mode de réalisation dans lequel le fluide hydraulique de com- mande est l'eau, - la figure 4 est un quatrième mode de réa- lisation, adjoint à un groupe motopompe embarqué du type habituel. Le système représenté sur la figure I com- prend des moyens 100 embarqués à bord de la fusée, des moyens 200 situés au sol et une interface bord-soL 300. Les moyens 100 embarqués comprennent une bouteil- le d'hélium sous pression 110 (sur la partie droite de la figure), un réservoir de fluide 130 (sur la partie gauche) et une électronique de contr8le 150 (au cen- tre). La pression du réservoir 110 est par exemple de MPa et celle du réservoir 130 de 30 MPa. L'hélium contenu dans la bouteille 110 est dirigé dans le ré- servoir 130 par un conduit 111 muni d'un filtre 112. On trouve ensuite deux conduits en parallèle 113 et 114 munis chacun d'électrovanne de régulation de pression 115 et 116. La première est en outre associée à un détendeur 117. La bouteille 110 est également équipée d'un capteur de pression 118. Le réservoir de fluide 130 reçoit, à sa partie supérieure, l'hélium sous pression par un con- duit d'arrivée 131, il comprend un diaphragme-flotteur 132, séparant l'hélium d'avec le fluide hydraulique pour éviter sa dissolution. Il est équipé d'un capteur de niveau de liquide 133 et d'un capteur de pression B 8504 RS 134. L'ensemble constitué par les électrovannes , 116, les capteurs de pression 118, 134 est relié à une électronique de contrôle 150, qui effectue diverses comparaisons entre les grandeurs mesurées et des valeurs de référence et délivre, en conséquence, des ordres de commande d'ouverture ou de fermeture des vannes. A la partie inférieure du système embarqué 100, on trouve côté bouteille 110 un conduit d'intro- duction d'hélium 119 dans la bouteille, ce conduit étant muni d'un filtre 121 relié à une électrovanne de gonflage 122 et à un conduit d'entrée 123. Côté réser- voir de fluide, on trouve un' conduit d'introduction de 1-5 fluide 136 dans le réservoir, ce conduit étant relié à un filtre 137, une électrovanne 138, un filtre 139 et un conduit d'entrée de fluide hydraulique 140. Le réservoir 130 comprend encore, - à sa partie inférieure, un conduit de refoulement 141 muni d'un filtre 142 et d'une électrovanne de mise en oeuvre 143. Cette dernière vanne est reliée à l'organe à commander 168, schématisé sur cette figure 1. L'interface bord-sol 300 comprend une jonc- tion d'introduction de fluide hydraulique 310 (clapets auto-obturables ou manchons de type connu), qui per- mettent de relier le conduit d'entrée de fluide hy- draulique 140 à une source de fluide hydraulique 230 située au sol. Dans l'exemple illustré, l'interface comprend encore une jonction d'entrée d'hélium 320 reliant le conduit 123 à une source d'hélium 210 sous pression élevée. - L'interface 300 comprend aussi diverses connexions électriques classiques permettant de relier l'organe de contrôle 150 et les vannes de gonflage 122 et de remplissage 138 à un circuit de commande 250 situé au B 8504 RS sol. Avec un tel système, Lorsqu'on veut comman- der un organe de La fusée, alors que celLe-ci est en- core au sol, on introduit le fluide hydraulique (par exempLe de l'huile) dans le réservoir 130 en ouvrant l'électrovanne 138. Le fluide sous pression est trans- mis à L'organe à commander par la vanne de mise en oeuvre 143, sa pression pouvant provenir soit de la source 230, soit de la bouteille 110 par l'intermé- diaire de L'hélium comprimé. Après usage le fluide est évacué à L'air libre et sans pression par Le conduit 171 issu de l'organe 168. En vol, l'interface 300 est séparée (au décoLLage toutes les connexions sont arrachées et les liaisons sont interrompues). La commande de l'organe s'effectue toujours par le même fluide hydraulique mais, cette fois, grâce à la pression d'hélium intro- duite dans le réservoir de fluide 130. Le fluide de commande est transmis à l'organe à travers la même vanne 143 qui a servi aux essais au sol. On observera accessoirement que le fluide hydraulique introduit à la partie inférieure du réser- voir 130, tors d'une commande au sol, se trouve dégazé par son passage à travers ce réservoir. C'est la rai- son pour laquelle on préfère cette disposition à celle - qui consisterait à relier directement l'électrovanne 138 à l'électrovanne 143 sans passer par le réservoir , disposition qui est néanmoins possible (en tireté sur la figure 1). Le système qui vient d'être décrit est très fiable (tant du fait du très faible nombre d'organes actifs que du fait des redondances présentes dans le système de transfert d'hélium vers l'échangeur). Par ailleurs, des éléments permettant la commande des or- ganes au sol n'ajoutent que très peu de poids au sys- tème embarqué, puisqu'il s'agit seulement d'une jonc- tion 310, d'une vanne 138 et d'un conduit d'introduc- tion 136. La figure 2 illustre un mode de réaLisation plus simple dans Lequel les moteurs de La fusée sont supposés être alimentés par de l'hydrogène Liquide. On retrouve encore des moyens embarqués 100, des moyens au sol 200 et une interface bord-soL 300. La fusée comprend, à bord, une pompe 160 reliée, d'une part, à un réservoir d'hydrogène Liquide non représenté et, d'autre part, à un conduit de refouLement d'hydrogène 161, lequel est relié à un moteur de La fusée (non représenté). Le système comporte une dérivation 162 qui est piquée sur le conduit 161 et est munie d'un moyen 163 pour réchauffer Le fLuide dérivé et Le vapo- riser. Le conduit 162 comporte une vanne anti-retour 164 et débouche dans un réservoir de fLuide 165 (du type du réservoir 130 ilLustré sur La figure 1). A La sortie de ce réservoir se trouve une vanne de mise en oeuvre 166 à commande électrique ou pneumatique. Cette dernière est reliée, par un conduit 167, à L'organe à commander 168 qui est, dans L'exempLe iLlustré, cons- titué par une servovalve reliée à un vérin. La servo- valve est reliée à un conduit d'évacuation 169 muni d'un clapet antiretour 170 et d'une évacuation 171 hors de la fusée. Le système comprend encore, dans L'interfa- ce bord-sol 300, une jonction 310 reliée à une source de fluide sous pression 230 située au soL. La jonction 310 communique avec un conduit 172 muni d'un filtre 173 relié au conduit 167 en aval de la vanne 166. Pour les essais au sol, le fluide hydrauli- que est introduit par la jonction 310 jusqu'à l'organe 168 par les conduits 172 et 167, La vanne 166 étant fermée. Ce fluide est identique au fluide utilisé en &0038 vol, délivré par le réservoir échangeur de pression 165. Le fluide hydraulique est évacué après usage à travers le conduit 171. Au sol l'effluent est ren- voyé à la source 230, qui est une centrale hydraulique classique. La figure 3 correspond à une fusée équipée d'une pompe à eau 175 alimentée par un réservoir 174 et refoulant l'eau sous forte pression dans un conduit 176, par exemple pour refroidir des gaz de combustion qui actionnent une turbine entraînant la pompe 175 entre autres. Selon L'invention, une dérivation 177 du conduit 176, munie d'un clapet antiretour 178, est re- liée au conduit d'introduction 179 du fluide moteur sous pression dans l'organe 168 qui est encore du type servovalve et vérin. A titre facultatif les moyens embarqués peuvent comprendre en outre un petit accumu- lateur d'eau 180, sous pression de gaz introduit par le clapet 186, qui peut actionner transitoirement l'organe avant mise en route de la pompe, et qui, étant placé en position haute, peut servir de déga- zeur. En effet, la mise en route de la pompe 175 peut s'accompagner d'un certain entraînement de bulles. Après usage dans l'organe 168 l'eau à basse pression est évacuée à l'atmosphère par le conduit 182, à travers un clapet antiretour 187 appuyé par un faible ressort 183 pour éviter une vidange de l'organe 168 par un écoulement libre. Les moyens permettant les essais au sol com- prennent une jonction antiretour 310 reliée à une source 230 de fluide sous pression alimentant l'organe 168 par un conduit 184, un filtre 185 et le conduit 179. Au sol le fluide évacué par le conduit 182 est ramené à la source 230 par l'interface séparable 330. La figure 4 se rapporte à une fusée de même type que celle de la figure 3, mais déjà équipée d'un groupe embarqué 190 de pompage en circuit fermé, par exemple de type étanche en basse pression. Ici l'in- vention est appliquée en redondance pour assurer un fonctionnement de l'organe 168 en cas de panne du groupe de pompage 190 lequel délivre normalement une pression d'huile plus grande que celle de l'eau issue de la pompe 175. La même dérivation 177 que celle de la figu- re 3 communique avec Le conduit 179 d'introduction haute-pression dans l'organe 168, et en outre un pi- quage 191, issu du retour basse-pression 192 du groupe de pompage, est séparé du conduit d'évacuation 193 par un obturateur 194 qui n'est ouvert qu'en cas de panne du groupe de pompage 190, ce qui permet alors la mise en oeuvre de l'eau sous pression. L'ouverture peut être obtenue par l'augmen- tation anormale de la basse pression agissant sur l'obturateur 194 luimême, puisqu'en cas d'arrêt du groupe 190 la pression de l'eau ouvre le clapet 178 et se communique rapidement à tous Les circuits au tra- vers de la servovalve. Dans ce but L'obturateur 194 peut être une vanne à ouverture totale par excès de pression forçant un ensemble de retenue avec un res- sort 195 sur une rampe 196, comme schématisé figure 4. Plus simplement, il peut consister en une simple mem- brane dont la rupture est déterminée par la pression voulue. La présence d'une installation non embar- quée 230, comme dans les exemples des figures 1, 2 et 3 permet d'y disposer le maximum des instruments de mesure et de contrôle nécessaire, allégeant et simpli- fiant d'autant l'ensemble autonome. Dans Les cas des figures 2 et 3 en particu- Lier, cet ensemble peut n'emporter aucun instrument, vanne ou filtre autre que ceux figurés, Les vannes de remplissage, manomètres et débit-mètres faisant par- tie de la source 230. Ainsi La mise en oeuvre du mode de réaLisa- tion décrit au regard de La figure 2 peut comporter: - La réaLisation par Le fabricant d'une Livraison in- dissociable, étanche et purgée d'air, constituée du système d'actionnement et de l'organe 168 actionné, - le transport et montage du tout sur l'ensemble auto- nome, - La jonction avec les moyens non embarqués 200 au moyen de L'interface 300, La vanne 231 de retour au groupe de pompage 230 étant fermée et La vanne 166 ouverte, - le remplissage en fluide hydraulique au moyen du groupe de pompage non embarqué 230, - le contrôLe du volume de ce fluide dans le réservoir 165 au moyen du compteur-totalisateur 232 non embar- qué, - un contrôLe supplémentaire de ce volume par le mano- mètre non embarqué 233 qui donne, par communication directe avec le conduit 172, la pression du réser- voir 165. Celle-ci dépend de ce volume et de la pression du gaz de purge au moment de la jonction de l'interface 300, pression de gaz donnée par le mano- mètre 234 non embarqué et piqué sur le retour au groupe de pompage en amont de la vanne 231. -Cette vanne 231 permet par ailleurs la vi- dange d'huile en cas d'essais sans fonctionnement au- tonome de l'ensemble. REVENDICATIONS 1. Système d'actionnement par fluide hy- draulique d'un organe (168) dans un ensemble à fonc- tionnement autonome de courte durée, en particulier une fusée, avec un moyen embarqué (100) lié à cet ensemble, et apte à introduire dans l'organe le fluide hydraulique sous pression par un conduit (141, 167, 179), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison et embarqués dans l'ensemble à fonctionnement autono- me: - un réservoir (130, 165, 174) du fluide hydraulique employé lors du fonctionnement autonome, - un moyen de mise en pression de ce fluide (110, 160, 175), - un conduit (171, 186, 191) évacuant hors de l'ensemble autonome le fluide après qu'il a action- né l'organe. 2. Système selon la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'il comprend un tube (136, 172, 184) reliant le conduit d'introduction hydraulique à une interface séparable (300) dont une partie non em- barquée reçoit un fluide hydraulique issu d'une source (230) non embarquée. 3. Système selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que le tube (136) est relié au conduit (141) d'introduction hydraulique par l'inter- médiaire du réservoir (130). 4. Système selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le conduit d'évacuation (171) est relié par une interface séparable (300) à un élé- ment non embarqué recevant le fluide hydraulique après qu'il a actionné l'organe. 5. Système selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le conduit d'évacuation compor- te un élément anti-retour (170, 187, 194). B 8504 RS 6. Système seLon La revendication 1, carac- térisé par Le fait que Le conduit d'évacuation compor- te un élément (183) occasionnant une perte de pres- sion. 7. Système seLon La revendication 1, carac- térisé par le fait que le moyen d'une mise en pression comporte une pompe hydrauLique (175). 8. Système selon la revendication 7, carac- térisé par Le fait qu'iL comprend un accumulateur (180) entre la pompe et le conduit d'introduction (179). 9. Système selon la revendication 7, carac- térisé par le fait qu'il comprend un anti-retour (164, 178) entre la pompe et le conduit d'introduction (167, 179). 10. Système selon la revendication 7, carac- térisé par le fait que la pompe (175) est reliée au circuit hautepression d'un groupe embarqué (190) de pompage en circuit fermé, et o le conduit d'évacua- tion (191) est fermé par un obturateur (194) ouvert en cas de panne du groupe embarqué, et en outre relié au circuit basse pression (192) de ce groupe. 11. Système selon la revendication 1l carac- térisé par le fait que l'obturateur (194) est soumis à la basse pression pour s'ouvrir sous l'effet de l'aug- mentation de celle-ci due à l'arrêt du groupe de pom- page. 12. Système selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le moyen de mise en pression est un gaz sous pression introduit dans le réservoir (130) par un conduit de gaz (113, 114, 162). 13. Système selon la revendication 12, ca- ractérisé par le fait que le conduit de gaz (113) comporte un détendeur (117). 14. Système selon la revendication 12, ca-, B 8504 RS ractérisé par le fait que Le conduit de gaz (113, 114) comporte une vanne (115, 116) commandée par un organe de contrôle (150). 15. Système selon la revendication 12, ca- ractérisé par Le fait que le gaz est issu d'une bou- teille (110). 16. Système selon la revendication 15, ca- ractérisé par le fait que La bouteille (110) reçoit par un tube (123) et une interface séparable (300) un gaz sous pression issu d'une source non embarquée (210). 17. Système selon la revendication 12, ca- ractérisé par le fait que le réservoir comporte une paroi mobile (132) de séparation entre gaz et fluide hydraulique. 18. Système selon la revendication 12, ca- ractérisé par le fait que le gaz sous pression est issu d'un réchauffeur (163) vaporisant un liquide sous pression. 19. Système selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que la source (230) est équipée de moyen non embarqués (231, 232, 233, 234) pour contrô- ler le moyen embarqué (100) préalablement à son fonc- tionnement autonome.