Brevet FR2666787A1 — publié le 19920320

i L'invention concerne un actionneur hydraulique de haute fiabilité, destiné notamment mais pas exclusive- ment à la manoeuvre d'organes mécaniques aéronautiques tels que gouvernes, ailerons ou déflecteurs au sein d'un système de commandes de vol, voire d'orientation de train avant d'avion. Ainsi qu'on le sait, dans les systèmes de commandes de vol connus, les exigences de fiabilité s'appliquant en particulier aux avions de transport civil rendent nécessaire de prévoir, pour les actionneurs hydrauliques, plusieurs (en pratique trois) circuits hydrauliques dont l'un au moins permet de prendre le relais d'un autre en cas de défaillance Cette redondance se traduit par un supplément sensible en masse, en encombre- ment; en pratique on recherche en outre à obtenir des fiabilités élevées pour chacun des circuits. L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités en permettant, tout en restant au même niveau de fiabilité, de réduire le nombre de circuits hydrauliques nécessaire, en combinant à au moins une servocommande électrohydraulique un groupe de pompage local, spécifique à cette servocommande, ou susceptible de coopérer avec plusieurs servocommandes voisines, destiné à n'intervenir qu'en cas de secours, en agissant sur un volume de fluide limité, de préférence contenu dans sa majorité dans la (ou les) servocommande(s) considérées, prélevé sur le circuit hydraulique principal considéré, au travers d'éventuels clapets, vannes ou valves. Plus généralement l'invention vise à pouvoir agir sur un ensemble à vérin à double effet (vérin à double effet, ou vérins à simple effet en opposition), linéaire ou rotatif, au choix, de façon hydraulique ou hydrostatique, le mode hydraulique étant de préférence, mais pas nécessairement, un mode nominal. L'invention propose ainsi un actionneur hydraulique comportant au moins un système de vérin à double effet, un organe mobile de commutation, monté dans un logement connecté hydrauliquement, d'une part à ce vérin, d'autre part, au travers d'un organe de distribution hydraulique, à des conduits d'alimentation et d'évacuation de fluide équipés de clapets d'isolation, une réserve de fluide connectée au conduit d'évacuation, pilotage adapté à commander cet organe mobile de commutation entre une configuration neutre, dans laquelle le vérin est isolé hydrauliquement vis a vis de l'organe de distribution hydraulique et une configuration active de service dans laquelle le vérin communique avec ledit organe de distribu- tion hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un groupe de pompage commandé à vitesse variable, connecté par un circuit auxiliaire de dérivation, d'une part avec le logement du tiroir, d'autre part avec la réserve de fluide, l'organe mobile de commutation étant à trois positions et étant muni d'un moyen de pilotage complémentaire adapté à commander ledit organe mobile de commutation entre ladite configuration neutre et une seconde configuration active dans laquelle le vérin communique avec ce circuit auxiliaire, grâce à quoi le vérin, le groupe de pompage et le circuit auxiliaire constituent une transmission hydrostatique. On appréciera que, au choix, un tel module de secours, sous réserve de prévoir des connections hydrauli- ques appropriées, (ce qui est à la portée de l'homme de métier) peut commander plusieurs vérins au travers de leurs tiroirs distributeurs associés, l'individualisation de la commande de chaque vérin étant obtenue par action ou non sur le tiroir associé. Selon des dispositions avantageuses de l'invention, éventuellement combinables: le groupe de pompage est spécifique dudit système de vérin (il s'agit de préférence d'un vérin à double effet). le groupe de pompage fait partie d'un module auxiliaire assujetti à un module de base comportant le système de vérin, l'organe mobile de commutation, l'organe de distribution hydraulique, l'organe de pilotage de l'organe mobile de commutation, la réserve de fluide et les conduits d'alimentation et d'évacuation de fluide. l'actionneur comporte un conduit de court- circuit ou bipasse, adapté à mettre le système de vérin en court-circuit en configuration neutre de l'organe mobile de commutation. dans le conduit de court-circuit est prévu une restriction. l'organe mobile de commutation est un tiroir a mouvement linéaire, l'organe de distribution hydraulique est une servovalve. l'organe de pilotage de l'organe mobile de commutation est une électrovanne connectée aux conduits d'alimentation et d'évacuation de fluide et à une extrémité du logement de l'organe mobile de commutation. l'organe de pilotage complémentaire, distinct de l'organe de pilotage, est à commande électromagnétique, et est adapté à agir sur le tiroir en sens opposé au sens dans lequel agit l'organe de pilotage. le groupe de pompage comporte un moteur électrique entraînant une pompe hydraulique bidirection- nelle connectée à un conduit de drainage raccordé à la réserve de fluide et à deux conduits de refoulement ou d'aspiration, suivant le sens de rotation, raccordés au logement du tiroir. dans chaque conduit de refoulement ou d'aspiration peut être disposé un double clapet piloté par les pressions des dits conduits, admettant une configura- tion neutre d'obstruction et deux positions extrêmes dans lesquelles les conduits d'aspiration et de refoulement sont mis en communication avec les chambres du vérin via l'organe mobile de commutation lorsque celui-ci est commandé en sa seconde configuration. L'invention propose également une utilisation de cet actionneur dans laquelle la mise en oeuvre du groupe de pompage est réservée à un mode de fonctionnement de secours. Elle propose également un système de commande de vol comportant au moins un actionneur du type précité. On appréciera que l'actionneur permet une grande standardisation de composant, le module de servocom- mande pouvant avoir la même constitution quelque soit son montage futur (si aucun module auxiliaire de secours n'est nécessaire, il suffit d'obturer les conduits qui débou- chent). Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue simplifiée en plan d'un actionneur selon l'invention, en configuration neutre de service, la figure 2 en est une vue similaire, en configuration active de service, la figure 3 en est une autre vue similaire, en configuration de secours, et la figure 4 est le schéma hydraulique de cet actionneur. Les figures 1 à 3 représentent un actionneur hydraulique à secours électrique conforme à l'invention, désigné sous la référence générale 1. Cet actionneur 1 est formé d'un module principal de servocommande hydraulique 2, susceptible d'être utilisé isolément, et d'un module électrohydrostati- que auxiliaire 3, ici destiné à un fonctionnement en secours. Le module principal 2 comporte un vérin à double effet 10 formé d'un piston 11 dont la tige de piston 12 commande en position un organe extérieur non représenté. Le piston 10 est monté coulissant dans un cylindre de vérin 13 raccordé en ses extrémités à des conduits de circulation de fluide 14 et 15 qui débouchent à l'intérieur du logement 16 d'un tiroir de commutation 17 à trois positions. Le tiroir de commutation 17 comporte trois corps 18 à 20 reliés par des tiges 21 et 22 coulissant de façon étanche dans le logement 16 en y ménageant quatre chambres 23 à 26, à savoir de première et seconde chambres extrêmes 23 et 24 et de première et seconde chambres intermédiaires 25 et 26. Dans les chambres extrêmes 23 et 24 sont disposés des organes de rappel élastique (ici des ressorts 27 et 28 sollicités en compression) tendant conjointement à maintenir le tiroir 17 en une configuration médiane neutre. Dans le logement 16 de ce tiroir débouche également un conduit de courtcircuit (bipasse) 27 adapté, dans la configuration médiane neutre du tiroir, à mettre les chambres intermédiaires en communication l'une avec l'autre; les embouchures de ce conduit sont donc espacées d'une distance sensiblement égale à la dimension axiale du corps central 19. Dans ce conduit 27 est avantageusement prévue une restriction 28 destinée à freiner la circulation de fluide entre les chambres intermédiaires 25 et 26, donc entre les chambres du vérin 10, grâce à quoi le vérin agit en amortisseur En fait cet effet d'amortisseur peut être aussi obtenu en choisissant une section de passage réduite pour l'un des orifices de communication du conduit 27 avec le logement 16. Dans le logement 16 du tiroir débouchent en outre, deux paires de conduits 29 et 30, et 31 et 32 dont les embouchures sont obturées par le tiroir en configura- tion de repos de celui-ci: les conduits 29 et 30 de l'une des paires sont respectivement obturés par le corps central 19 et l'un 18 des corps extrêmes, tandis que les conduits 31 et 32 de l'autre paire sont obturés par le corps central et l'autre des corps extrêmes Les embouchures des conduits de chaque paire sont espacées axialement d'une distance égale à la somme des dimensions axiales du corps central et de l'une des chambres intermédiaires associées, grâce à quoi un déplacement du tiroir dans l'un ou l'autre sens dégage simultanément les conduits d'une paire tout en maintenant obturés les conduits de l'autre paire. L'une 29 30 des paires de conduits aboutit à une servovalve 33 à laquelle parviennent par ailleurs des conduits d'arrivée et d'évacuation de fluide 34 et 35: Cette servovalve détermine celui des conduits de ladite paire qui est mis en communication avec l'arrivée de fluide tandis que l'autre conduit est mis en communication avec l'évacuation de fluide. Les conduits 34 et 35 débouchent hors du module principal par des orifices 36 et 37 adaptés à être connectés à des lignes extérieures non représentées. Une paire de clapets d'isolation 38 et 39 est avantageusement disposée au travers des conduits 34 et 35 en sorte de ne dégager ceux-ci qu'en présence, à l'orifice 37, d'une pression d'alimentation suffisante Un élément de filtrage 40 est avantageusement disposé au travers du conduit 35 d'arrivée de fluide. Dans le conduit 34 d'évacuation de fluide débouche un conduit auxiliaire d'échappement ou de fuite 41 communiquant avec l'une 23 des chambres extrêmes du logement 16 du tiroir de commutation 17 et une chambre 42 dans laquelle pénètre un prolongement 43 de la tige de piston 12. Dans cette chambre 42 est par ailleurs prévu un capteur 44 destiné à relever la position instantanée du piston 11. Le conduit auxiliaire d'échappement 41 communique en outre avec les conduits 14 et 15 au travers de clapets anti-retour 45 et 46. De façon avantageuse ce conduit auxiliaire communique avec un accumulateur 47 comportant une réserve de fluide destinée à compenser les variations de volume du fluide hydraulique résultant d'éventuelles dilatations thermiques En pratique, cet accumulateur participe au maintien d'une pressurisation du fluide contenu dans l'actionneur. Dans l'une 23 des chambres extrêmes du logement du tiroir 17 pénètre axialement le doigt 48 d'un organe 49 de pilotage complémentaire du tiroir, ici de type électrom- agnétique, tandis que l'autre 24 des chambres extrêmes communique par un conduit de pilotage 50 avec un organe de pilotage 51, ici une électrovanne, à laquelle parviennent également des conduits de dérivation 34 ' et 35 ' provenant des conduits 34 et 35 d'arrivée et d'évacuation de fluide. Dans l'une 24 des chambres extrêmes pénètre un capteur de position 52 destiné à relever la position instantanée du tiroir. Le module auxiliaire de secours 2 comporte un moteur électrique 60, de préférence du type à courant continu sans balais, ainsi que ses équipements électroni- ques de commutation (non représentés). Le moteur 60 entraine une pompe hydraulique bidirectionnelle 61 munie d'un conduit de drainage 62 et de deux conduits d'aspiration ou de refoulement 63 et 64 Ces conduits d'aspiration ou de refoulement débouchent dans le logement 65 d'un double clapet coulissant 66 comportant deux corps de clapet 67 et 68 solidaires l'un de l'autre et obturant normalement les conduits de sortie 63 et 64 Dans les extrémités du logement 65 débouchent des conduits de pilotage 63 ' et 64 ' communiquant avec lesdits conduits de sortie Des organes de rappel élastique 69 et 70 tendent à maintenir le double clapet en une configuration médiane neutre. Dans le logement 65 du double clapet débouchent un conduit médian 71, ainsi que deux paires de tronçons raccordés chacune à une même conduite de communication 72 ou 73 Les tronçons de chaque paire ont une position et un écartement tels que, en configuration neutre du double clapet, ils soient tous obturés par l'un ou l'autre des corps de clapet mais que, dès que le double clapet se déplace dans l'un ou l'autre sens, celui des conduits de sortie 63 ou 64 ou règne la pression la plus élevée communique avec l'une des conduites de communication 72 ou 73 tandis que l'autre de ces conduites communique avec l'autre conduite de communication et avec le conduit médian 71. Le module auxiliaire de secours 3 est assujetti au module principal 2 (par tous moyens connus appropriés non représentés) de manière à ce que le conduit médian 71 soit mis en communication avec la réserve de fluide 47, ici par l'intermédiaire du conduit auxiliaire 41, tandis que les conduits de communication 72 et 73 soient raccordés aux conduits 31 et 32 débouchant dans le logement du tiroir distributeur. Lorsqu'aucun des modes "normal" ou "secours" n'est activé, le tiroir 17 reste dans sa configuration neutre de la figure 1 Ainsi que cela a été exposé plus haut, le conduit 27 assure un amortissement des variations parasites de la position du piston 11 de vérin. En mode de fonctionnement "normal", on active l'électrovanne 51 en sorte de déplacer le tiroir vers la configuration de la figure 2: la servovalve 33 détermine alors, par sa position, de quel côté du piston 11 doit être appliquée la pression de la conduite 35, pour retracter ou au contraire déployer la tige de piston 12. En cas de fonctionnement de "secours", en cas de panne dans l'alimentation hydraulique du module principal 2 ou dans la commande de ses composants électri- ques on active l'organe 49 en sorte d'amener le tiroir dans la configuration de la figure 3 et on fait tourner le moteur 60 en sorte de débiter du fluide dans celui des conduits 63 ou 64 qui communique avec la chambre du vérin que l'on souhaite mettre en pression. On appréciera que, n'étant ici prévu qu'en cas de secours, le module 3 est, lorsqu'il est intégré à un système de commande de vol d'un avion, soumis à des exigences de fiabilité compatibles avec une faible masse et un faible encombrement pour ce module; cela est dû au fait que ce module doit pouvoir effectuer des cycles de travail peu sévères (vitesse de braquage réduite, com- parable à celle que l'on admet en cas de double panne hydraulique sur les avions connus; pas de vols exception- nels à prendre en considération; faible durée de fonction- nement par rapport à la durée de service de l'avion; exigences d'étanchéité limitées à la durée d'un seul vol). La structure hydraulique générale de l'action- neur est schématisée à la figure 4 o l'on retrouve, affectés d'un indice prime, les principaux éléments définis à propos de la figure 1. On voit ainsi un vérin 10 ', un organe mobile de commutation à 3 positions 17 ', un organe de distribution hydraulique 33 ' de préférence à commande progressive, connecté à un circuit hydraulique extérieur au travers de clapets d'isolation 38 ' et 39 ' et déterminant, au travers du tiroir 17 ', la répartition des pressions dans le vérin ', une réserve de fluide 47, un organe de pilotage 51 ', adapté à commander le tiroir 17 ' dans deux de ses posi- tions, un groupe de pompage 60 ' + 61 ' à vitesse variable et à commande électrique déterminant avec le clapet 66 ' le régime des pressions dans le vérin 10 ', et un organe auxiliaire 49 ' de pilotage du tiroir adapté à l'amener dans la troisième de ses positions, établissant la communication hydraulique entre le groupe de pompage et le vérin qui constituent ainsi une transmission hydrostatique Cet actionneur fonctionne en mode nominal (signal 51 appliqué à l'organe de distribution 33 ' et signal H appliqué à l'organe de pilotage 51 ' agissant de façon hydraulique sur le tiroir 17 ') ou en mode de secours (signal de vitesse 52 appliqué au moteur 60 ' et signal E appliqué à l'organe de pilotage 49 '). Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention Ainsi notamment le vérin (ou groupe de vérins en opposition) peut être linéaire ou rotatif; le tiroir 17 peut être remplacé par un organe mobile rotatif de tout type connu approprié et les organes 49 ' et 51 ' peuvent être, de toute façon connue appropriée, confondus en un même dispositif de pilotage de l'organe mobile de commutation. 1 1 REVENDICATIONS 1 Actionneur hydraulique ( 1,1 ') comportant au moins un système de vérin à double effet ( 10,10 '), un organe mobile de commutation ( 17,17 X '), monté dans un 5 logement ( 16) connecté hydrauliquement, d'une part à ce vérin, d'autre part, au travers d'un organe de distribution hydraulique ( 33,33 '), à des conduits d'alimentation et d'évacuation de fluide ( 34,35) équipés de clapets d'isola- tion ( 38, 39,38 ',39 ') une réserve de fluide ( 47,47 ')10 connectée au conduit d'évacuation, et un organe de pilotage ( 51,51 ') adapté à commander cet organe mobile de commuta- tion entre une configuration neutre, dans laquelle le vérin est isolé hydrauliquement vis à vis de l'organe de distribution hydraulique et une configuration active de service dans laquelle le vérin communique avec ledit organe de distribution hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un groupe de pompage commandé à vitesse variable ( 60, 61,60 ',61 ') connecté par un circuit auxiliaire de dérivation ( 71,72, 73,31,32,41), d'une part avec le logement ( 16) du tiroir, d'autre part avec la réserve de fluide ( 47), l'organe mobile de commutation étant à trois positions et étant muni d'un moyen de pilotage complémen- taire ( 49,49 ') adapté à commander ledit organe mobile de commutation entre ladite configuration neutre et une seconde configuration active dans laquelle le vérin communique avec ce circuit auxiliaire, grâce a quoi le vérin, le groupe de pompage et le circuit auxiliaire constituent une transmission hydrostatique. 2 Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe de pompage ( 60,61,60 ',61 ') est spécifique dudit système de vérin. 3 Actionneur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le groupe de pompage fait partie d'un module auxiliaire ( 3) assujetti à un module de base ( 2) comportant le système de vérin, l'organe mobile de commutation, l'organe de distribution hydraulique, l'organe de pilotage de l'organe mobile de commutation, la réserve de fluide et les conduits d'alimen- tation et d'évacuation de fluide. 4 Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un bipasse ( 27) adapté à mettre le système de vérin en court- circuit en configuration neutre de l'organe mobile de commutation. 5 Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans le bipasse est prévue une restriction ( 28). 6 Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe de distribution hydraulique ( 33,33 ') est une servovalve. 7 Actionneur selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe de pilotage est une électrovanne ( 51) connectée aux conduits d'alimentation et d'évacuation de fluide ( 34,35) et à une extrémité du logement de l'organe mobile de commutation. 8 Actionneur selon l'une quelconque des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de pilotage complémentaire ( 49,49 '), distinct de l'organe de pilotage, est à commande électromagnétique, et est adapté à agir sur le tiroir en sens opposé au sens dans lequel agit l'organe de pilotage. 9 Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le groupe de pompage comporte un moteur électrique ( 60,60 ') entrainant une pompe hydraulique bidirectionnelle connectée à un conduit de drainage ( 62) raccordé à la réserve de fluide et à deux conduits d'aspiration et de refoulement ( 63,64) raccordés au logement du tiroir. Actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans les conduits d'aspiration et de refoulement est disposé un double clapet ( 66,67) piloté par les pressions desdits conduits, admettant une configura- tion neutre d'obstruction et deux positions extrêmes dans lesquelles lesdits conduits d'aspiration et de refoulement sont mis en communication avec les chambres du système à vérin via l'organe mobile de commutation lorsque celui-ci est dans sa seconde configuration active 11 Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le système à vérin est un vérin à double effet. 12 Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'organe mobile de commutation est un tiroir à mouvement linéaire. 13 Utilisation de l'actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle l'organe mobile de commutation est commandé, en fonctionne- ment normal, entre sa configuration neutre et ladite configuration de service et, en fonctionnement de secours, entre cette configuration neutre et ladite seconde configuration de service.25 14 Système de commandes de vol comportant des actionneurs dont l'un au moins est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13.