Brevet FR2624093A1 — publié le 19890609

L'invention concerne un dispositif de commande en orientation. dans leur ensemble, des éléments transversaux de voilure d'un avion que l'on désigne sous l'appellation de "plan déformable" de commande. La notion de "plan" digne, dans le domaine aéranautique, des éléments de voilure transversaux parfois appelés stabilisateurs ou "plan horizontal", en général articulés sur le fuselage de l avion considére autour d axes transversaux, et qui se raccordent prés de leurs bords de fuite à des volets orientables, appelé gouvernes, articulés selon les cas, directement sur le fuselage, ou sur les stabilisateurs. D'autres volets, en arrière des gouvernes, sont parfois prevus pour compléter les surfaces de commande. Ces notions, bien connues en soi, sont décrites par exemple dans les documents US-3.109.614, US-3.178.133, üS-3.207.458, 3.363.862, US-3.949.95B, et US-4.043.5Z3 qui visent à satisfaire à des impératifs techniques plus ou moins compatibles. Ainsi qu'on le sait le contrâle en profondeur des avions de transport civil récents est généralement réalisé par des gouvernes asservies en position à partir des ordres transmis par l'intermédiaire de manches manoeuvrés par les pilotes et par un "plan horizontal" réglable asservi à partir d'organes séparés (leviers ou volants). Ce plan réglable assure principalement une fonction de positionnement et d'équilibrage en assiette (fonction de "trim") mais il est également capable d'assurer le pilotage de l'avion à lui seul en cas de perte de la commande des gouvernes, comme celles-ci suffisent à contrôler l'avion en cas de panne de la commande du plan. Cette disposition est la plus courante (avions BOEING, DOUGLAS, AIRBUS). Plus rarement (avions de type HSA Trident ou LOCKHEED tu11) la commande en profondeur est réalisée par un plan déformable, c'est-à-dire un ensemble plan horizontal et gouvernes que l on commande en bloc, le plan étant asservi en position à partir des manches et de la commande d'assiette (trim) et les gouvernes entant mécaniquement entrainées par le plan lui même. Ainsi les gouvernes ne sont utilisées que pour assurer une cambrure de 1' ensemble plan-gouverne, variable avec le braquage du plan.On ne dispose donc plus de deux commandes indêpendantes manches-gouvernes et commande d' assiette-plan mais de deux commandes à partir des manches et de la commande d'assiette aboutissant toutes à l'asservissement en position du plan horizontal. L'avantage de cette dernière position est qu'elle permet, grâce à l'effet de cambrure, de réduire la taille de l'empennage horizontal ; mais il est impératif que cette commande qui aboutit à une seule surface mobile soit d'une grande fiabilité. Pour cela il faut pouvoir faire face à deux types de pannes dans les liaisons de commande : les déconnexions et les blocages. La prévention des déconnexions est réalisée par duplication, mais la prévention des blocages est plus délicate à assurer, Selon une premiére solution, utilisée sur le Trident, la commande comporte deux voies (manches et volants d assiette "trim") indépendantes jusqu'à un mangeur. Tout blocage d'une voie amont du mélangeur se traduit par la perte de cette voie mais n'empêche pas le pilotage par la voie restante. En revanche la partie commune de ces voies entre mélangeur et servocommande n'est pas protégée et serait probablement difficile à certifier aujourd'hui. Selon une autre solution, utilisée sur le LOCKHEED 1011, la commande comporte deux voies (pilote et copilote) actionnant chacune deux servocommandes. Ces voies sont normalement solidarisées. En cas de blocage, des éléments élastiques et des dispositifs de découplage associés à des micro-contacts de détection permettent à l équipage de commander la déconnexion, ce qui permet ensuite d'utiliser la voie saine. L'invention vise un dispositif de commande d'un plan déformable adapté à l'utilisation de manches latéraux, en commande normale, et de volants d'assiette (trim) e secours mécanique' et qui puisse surmonter tous les cas de blocage, à l'exception des blocages des verins de puissance associés au plan horizontal (synchronises mécaniquement) dont il semble possible et raisonnable d'admettre, le caractére extrêmement improbable. Cet objectif doit autant que possible s'accompagner d' une réduction de masse par rapport aux dispositifs connus. Les qualités de vol de l'avion sont supposes telles que le pilotage au- moyen d'une commande mécanique actionne par des volants d'assiette (trim) et de profondeur est possible On se fixe comme objectif que la perte de toute commande électrique, nécessitant la poursuite du vol et l'atterrissage au volant d'assiette est Extrêmement Rare et que la perte totale de la commande est Extrêmement Improbable. L'invention propose à cet effet un dispositif de commande en inclinaison d'un plan déformable de commande d'un avion, pris dans son ensemble, par rapport à une portion porteuse de fuselage. comportant une voie de commande normale et une voie de commande de secours indépendantes jusqu'à un dispositif-de combinaison, ce plan déformable -comportant un caisson inclinable commandé en orientation par l'une quelconque desdites voies et un volet mobile formant gouverne articulé sur le caisson et commandé en orientation par rapport à celui-ci par un dispositif de cambrure, caractérisé en ce que le caisson mobile est commandé en inclinaison par au moins un vérin hydraulique à double effet alimenté en fluide hydraulique par un circuit hydraulique au travers d'un bloc de distribution hydraulique formant dispositif de combinaison articulé sur le caisson et commande en inclinaison par rapport à celui-ci par lesdites voies de commande de part et d'autre d'une position angulaire neutre pour laquele ce bloc de distribution hydraulique isole le vérin vis-à-vis du circuit hydraulique. Cette solution s s'apparente au dispositif adopté pour le TRIDENT, à ceci prés, et ceci en constitue une originalité essentielle que le role de mélangeur est joué par des blocs distributeurs distincts et redondants, directement associés au plan déformable. Cela supprime toute panne commune aux deux voies de commande et offre une grande protection contre les blocages, sans adjonction d'éléments élastiques ou autres dispositifs compliqués impliquant un supplément de poids. Cette solution est par ailleurs bien adaptée à l'utilisation en régime normal, d'une commande électrique contrôlée par les manches latéraux. Selon des caractéristiques préférées de l'invention, éventuellement combinées - ce bloc de distribution hydraulique est relié, d'une part, par une première tringlerie articulée à un premier arbre rotatif attelé au caisson et parallèle à l'articulation caisson/bloc et, d'autre part, par une seconde tringlerie articulée à un second arbre rotatif attelé à la portion porteuse de fuselage et parallèle au premier arbre rotatif, l'un de ces arbres rotatifs étant commande en rotation par la voie de commande normale et l'autre de ces arbres étant commandé par la voie de commande de secours, l'une de ces tringleries comportant une bielle elastique. la la premiére tringlerie comporte un levier solidaire du premier arbre rotatif et une bielle de liaison de ce levier au bloc de distribution hydraulique, tandis que la deuxième tringlerie comporte une bielle articulée en ses extrémités à deux leviers sensiblement parallèles respectivement solidaires du second arbre rotatif et d'un arbre attelé au bloc de distribution hydraulique, ce dernier étant en outre solidaire d'un second levier articulé sur un tiroir coulissant dans une chambre de distribution à deux zones respectivement connectées par deux tubulures a deux chambres complémentaires du vérin à double effet, cette chambre a' deux zones étant en communication- avec le circuit hydraulique d'alimentation. - ladite bielle élastique fait partie de la seconde tringlerie. Des objets, caractéristiques et avantages de 2 'invention ressortent de la description qui suit, donnée titre d'exemple illustratif non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe, selon une vue en élévation latérale, d'un plan déformable équipe d'un dispositif de commande conforme a 7'invention; et - la figure 2 en est une vue partielle plus dHtaillee Les figures 1 et 2 représentent de manie schématique un plan déformable monté transversalement à un fuselage dont les contours sont matérialisés par des lignes 1, 1. avion se déplaçant vers la gauche. Le plan déformable comporte un caisson de plan horizontal 2 articulé à sa partie arriere sur le fuselage 1 autour d'un axe horizontal transversal au moyen de paliers 3, ainsi que des volets de bord de fuite mobiles 4, formant gouvernes, articulés sur le caisson en arrière des paliers 3 autour d un axe transversal 5. Ces gouvernes sont entrainées en mouvement par rapport au caisson par des mécanismes schématisés en 6 déterminant la cambrure du plan déformable pris dans son ensemble. Ces mécanismes sont de tout type connu à grande fiabilité (fail safe). Ne faisant pas directement partie de l'invention, ces mécanismes ne seront pas détaillés plus avant. Le caisson 2 est commande en inclinaison par une pluralité de vérins hydrauliques de puissance 7, décalés perpendiculairement au plan des figures, et fonctionnant en parallèle, dont un seul est représenté. Le piston B de ces vérins est articulé sur une structure rigide solidaire du fuselage autour d'axes, schématisés en 9, tandis que le cylindre 7A de ces vérins est articule en 7B à l avant du caisson 2. Chaque vérin de puissance 7 est connecté hydrauliquement par des tubulures souples 10, à un bloc de distribution hydraulique 11 lui-même connecte à un circuit hydraulique représenté de tout type connu par l'intermédiaire de tubulures haute et basse pression (HP et BP) respectivement notés 12 et 13. Le bloc de distribution 11 est articulé en 14 sur le caisson 2, sous la face inférieure de celui-ci. prés des paliers d'articulation 3. Cette disposition permet la commande d'une grande course de vérin avec une timonerie usuelle, sans dispositif de réduction supplémentaire. Chaque bloc 11 est relié par articulation à une bielle 15 à un levier de commande 16 solidaire d'un arbre commun 17 engagé dans des paliers 18 portés par le caisson 2. Chaque bielle 15 est articulée en ses extrémités sur le bloc 11, et sur le levier 16, respectivement. L'arbre commun 17 porte par ailleurs des leviers de manoeuvre 19 qui en sont solidaires et qui sont articulés sur les tiges 20 de vérins électrohydrauliques de commande 21 dont les cylindres sont articulés sur le caisson 2 au moyen de paliers 22. Ces vérins électrohydrauliques reçoivent des signaux de pilotage selon une liaison normale de pilotage 23 de tout type connu provenant de la cabine de pilotage. L'un de ces vérins 21 est actif tandis que les autres sont en attente, neutralisés par une valve de contournement (by-pass) non représentée. Chacun de ces vérins comporte une servovalve, deux ensembles électrovanne/tiroir à valve de contournement (by-pass) tels que la dèsexcitation de l'un d'entre eux neutralise le vérin grâce à la valve de contournement. un manocontact surveillant la position des tiroirs à valve de contournement, et un capteur de position linéaire, par exemple de type inductif (Linear Variable Differential Transforme) transmettant la position de la tige. Ces éléments non représentes. sont de type connu. L'arbre commun 17 comporte un dispositif à friction (non représenté) de tout type connu qui participe à son immobilisation lorsque les vérins de commande 21 sont tous neutralisés. Sur chaque bloc distributeur 11 est par ailleurs articulé en 24 un levier d'entrée 25 relié par une bielle 26 à ressort 27 à un levier de manoeuvre de secours 28 sensiblement parallèle au levier d'entrée 25 et solidaire d'un arbre commun de secours 29 monte sur des paliers 30 solidaires du fuselage 1. Les bielles 15 et 26 sont ici sensiblement parallèles, de même que les leviers 16, 25 et 28, tandis que le levier 38 est perpendiculaire au tiroir 37. D'autre part, tous les axes d'articulation sont paralléles. Les bielles à ressort 26 sont du type à seuil dont la -course (retraction) est au moins égale à la course linéaire de l'extrémité libre des leviers 28. Leur fonction est de permettre aux vérins 21 d'agir à l'encontre de l'un d'entre eux en cas de blocage du bloc distributeur associé et de limiter les efforts dans I'embiellage en cas de saturation des vérins de puissance. L'arbre commun de secours 29 destine à transmettre les mouvements de commande de secours est entrainé en rotation par un réducteur irréversible manoeuvre par un servomoteur 31 comportant une pluralité de moteurs électriques dont l'un est actif et les autres en attente, et par une timonerie à câbles 32 à travers un système redondant destiné au surpassement des moteurs électriques. Cette timonerie est elle-même entrain par des servomoteurs non représentés, dont un servomoteur d' assiette ("trim") qui permet notamment de contrer un blocage de la voie normale de commande (via les vérins 21) par exemple par un éventuel corps étranger mis en mouvement par rotation. La position de cet arbre est relevée par une pluralité de capteurs rotatifs de position, de préférence inductifs ("Rotary Variable Differential Transformer" ou RVDT). Un boitier 33 contenant plusieurs capteurs du même type est installé prés de l'axe d'articulation 3 du caisson 2 pour en relever la position angulaire. Ainsi qu'il ressort plus précisément de la figure 2, chaque verin de puissance 7 est à double effet et comporte deux chambres 34 et 35 séparées par un piston solidaire de la tige 8 et connectées chacune par une tubulure 10 (10 A et 10 B, respectivement) à l'une des deux zones d'une chambre de distribution 11 ménagée dans le bloc et dans laquelle coulisse un tiroir 37 articulé en son extrémité droite à un levier 38 solidaire du levier d'entrée 25. Dans sa position neutre (voir figure 2) ce tiroir isole les tubulures 10 vis à vis des conduits BP et HP tandis qu'il les met en communication des qu'il se déplace vers la droite ou vers la gauche. Un clapet de surpression 39 est prévu pour mettre si nécessaire en communication les tubulures 10. Ce clapet assure, avec les bielles 26 à ressort, une protection contre les risques de blocage d'un tiroir. Du fait de la liaison des blocs distributeurs 11, d'une part au caisson 2, d'autre part au levier d'entrée associé, le déplacement de ce caisson peut être commandé par l'un ou l autre des arbres 17 et 29, ces arbres étant à haute fiabilite ("fail safe"). Cette disposition permet une commande du plan déformable 2-4 par l'une ou l'autre des voies de commande, normale ou de secours, avec un minimum de points communs, tout en conservant une bonne synchronisation entre les divers systèmes comportant chacun, un vérin 7, un bloc 11, un vérin 21, une bielle à ressort 26... Ces systèmes sont de préférence au nombre de trois pour assurer une redondance optimale. Chaque bloc disributeur est muni d'un capteur de position linaire ainsi que d'une valve active de contournement (by-pass) en cas de perte de pression, ce qui réalise un amortissement de la gouverne au sol. Ouatre calculateurs de commande de vol non représentés (de type ELAC : "Elevator and aileron computer" ou SEC : "Spoiler and elevator computer") assurent la commande et la surveillance des vérins de commande et du servomoteur d'assiette-trim. Un calculateur de type FCDC ("Flight control data concentrator") surveille par un test quotidien l'intégrité de la boucle de puissance (vérification de la synchronisation des trois distributeurs) en cas d'indisponibilité du FCDC ; le fonctionnement circuit par circuit permet de s'assurer du bon fonctionnement de la boucle de puissance. Cet arrangement, associé à des precautions d'installation permet de tenir les objectifs de l'invention notamment en ce qui concerne les risques de blocage qui sont limites aux vérins de puissance. En fonctionnement, la rotation de l'arbre 29, l'arbre 17 étant tenu, suivant la flèche F provoque le déplacement des tiroirs 37 dans le sens qui fait communiquer les chambres 34 des vérins 7 avec la pression HP et les chambres 35 avec le retour BP. Il en résulte un mouvement du plan horizontal dans le sens horaire. Ce mouvement entraine les corps des blocs distributeurs dans le sens qui correspond à la refermeture des tiroirs jusqu'à leur fermeture ; de même la rotation de l'arbre 17, l'arbre 29 étant tenu, suivant la flèche F provoque le même effet. En cas de blocage d'un tiroir 37 dans le corps du bloc distributeur, la bielle à ressort 26 associée permet en s'écrasant de commander les deux autres tiroirs. Le clapet de suppression 39 permet de neutraliser le vérin 7 associé qui est alors entraîné par les deux autres vérins. Il apparaît qu'une telle structure permet de supprimer un plus grand poids qu'elle n'en rajoute et permet un allégement par rapport aux dispositifs connus de performances comparables. Il va de soi que la description qui précède n'a té proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent ètre proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande en inclinaison d' un plan déformable (2,4) d'un avion, pris dans son ensemble, par rapport à une portion porteuse de fuselage (1). comportant une voie de commande normale 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ce bloc de distribution hydraulique (11) est relié, d'une part, par une première tringlerie articulée (15, 1S1 à un premier arbre rotatif (17) attelé au caisson et parallèle à l'articulation caisson/bloc et, d'autre part, par une seconde tringlerie articulée (25, 26, 28) à un second arbre rotatif (29) attelé à la portion porteuse de fuselage et parallèle au premier arbre rotatif, l'un de ces arbres rotatifs étant commandé en rotation par la voie de commande normale et l'autre de ces arbres étant commandé par la voie de commande de secours, l'une de ces tringleries comportant une bielle élastique (26). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première tringlerie comporte un levier (16) solidaire du premier arbre rotatif (17) et une bielle de liaison de ce levier au bloc de distribution hydraulique, tandis que la deuxième tringlerie comporte une bielle (26) articulée en ses extrémités à deux leviers (28, 25 ! sensiblement paralléles respectivement solidaires du second arbre rotatif (29) et d'un arbre (24) attelé au bloc de distribution hydraulique, ce dernier étant en outre solidaire d'un second levier (38) articulé sur un tiroir (37) coulissant dans une chambre de distribution à deux zones respectivement connectées par deux tubulures (10) à deux chambres complémentaires (34 et 35) du vérin à double effet (7), cette chambre à deux zones étant en communication avec le circuit hydraulique d'alimentation (12, 13). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé, en ce qu'un clapet de surpression (37) est adapté à mettre en communication les tubulures (10) de connection de la chambre à deux zones avec le vérin à double effet (7). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que ladite bielle élastique (26) fait partie de la seconde tringlerie. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les leviers (16) des deux tringleries sont parallèles entre eux, et les bielles des deux tringleries sont parallèles entre elles. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le premier arbre rotatif (17) est entraîné en rotation par la voie de commande normale tandis que le second arbre rotatif (29) est entrainé en rotation par la voie de commande de secours. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque vérin est forme d'un cylindre (7A) articulé à l'avant du caisson et d'une tige (8) articulee en son extrémité libre (9) sur la portion porteuse de fuselage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'ensembles (vérin - bloc - première et seconde tringleries) relies audit caisson et auxdits premier et second arbres rotatifs 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. caractérisé en ce que l'arbre rotatif (17) attelé à la voie de commande normale est entraîné en rotation par un vérin hydraulique (21).