Brevet FR2686310A1 — publié le 19930723

La présente invention concerne un système pour la commande d'une surface aérodynamique d'un aéronef, telle que aileron, gouverne de profondeur et gouverne de direction. On sait que les systèmes connus de ce type, compren- nent: un organe d'actionnement volontaire à la disposition du pilote, par exemple un manche ou un palonnier, ledit organe d'actionnement étant associé à un trans- ducteur pour délivrer un signal électrique représen- tatif d'un braquage commandé de ladite surface aéro- dynamique; un vérin hydraulique destiné à braquer ladite surface aérodynamique sous la commande d'une servovalve et d'une servocommande; et des moyens de calcul recevant ledit signal électrique représentatif d'un braquage commandé et élaborant un ordre de braquage adressé à ladite servovalve. Pour élaborer un tel ordre de braquage, lesdits moyens de calcul reçoivent, en plus dudit signal électrique représentatif d'un braquage commandé, une pluralité d'informations anémométriques et inertielles Il en résulte que lesdits moyens de calcul sont complexes et coûteux. La présente invention a pour objet la réalisation d'un système pour la commande d'une surface aérodynamique d'un aéronef, qui soit simple, sûr et relativement peu coûteux. A cette fin, selon l'invention, le système pour la commande d'une surface aérodynamique d'un aéronef, comprenant: un organe d'actionnement volontaire, associé à un transducteur pour délivrer un signal électrique représentatif d'un braquage commandé de ladite surface aérodynamique; un vérin hydraulique destiné à braquer ladite surface aérodynamique sous la commande d'une servovalve et d'une servocommande; et des premiers moyens de calcul recevant ledit signal électrique représentatif d'un braquage commandé et élaborant un ordre de braquage adressé à ladite servovalve; est remarquable en ce qu'il comporte des moyens pour détecter la différence des pressions existant dans ledit vérin, de part et d'autre du piston de celui-ci; et en ce que lesdits premiers moyens de calcul compor- tent: un calculateur délivrant des valeurs d'un coeffi- cient qui est une fonction décroissante de ladite différence des pressions; et un multiplicateur recevant ledit signal électrique représentatif d'un braquage commandé et ledit coefficient et adressant à ladite servovalve un premier ordre de braquage formé par le produit dudit signal par ledit coefficient. Ainsi, dans le système conforme à la présente invention, on utilise la différence de pression entre les deux chambres du vérin agissant sur la surface aérodynamique comme information sur la situation aérodynamique de l'aéronef et on met en oeuvre une loi de pilotage selon laquelle la position commandée de la surface aérodyna- mique est proportionnelle à la position de l'organe d'actionnement volontaire, le facteur de proportionna- lité (constitué par ledit coefficient) étant fonction de la vitesse de l'aéronef pour offrir une qualité de pilotage acceptable En effet, ladite différence de5 pression dans le vérin est représentative de l'effort aérodynamique appliqué à ladite surface aérodynamique, lui-même fonction de la vitesse de l'aéronef. On voit ainsi que le système de commande selon l'inven- tion, qui se contente de la seule information de diffé-10 rence de pression, peut être d'une très grande simpli- cité Le calculateur qu'il comporte peut être analogique ou numérique. Ledit calculateur peut calculer en temps réel les valeurs dudit coefficient en fonction de la valeur15 instantanée de ladite différence des pressions Toute- fois, il peut être suffisant que ledit calculateur délivre une valeur fixe dudit coefficient pour chacune de quelques plages subdivisant le domaine des variations possibles de ladite différence des pressions, domaine20 qui est représentatif de celui des variations possibles de la vitesse de l'aéronef. De préférence, afin de garder une marge entre les contraintes acceptables par la structure de l'aéronef et les sollicitations qui résulteraient d'une manoeuvre25 optimale commandée par le système conforme à l'invention, on prévoit, de plus, un détecteur de braquage de ladite surface aérodynamique et des moyens de limitation de braquage recevant ledit premier ordre de braquage et relié audit détecteur de braquage. Par ailleurs, pour éviter des fluctuations gênantes de la mesure de ladite différence des pressions par lesdits moyens de détection, il est avantageux que lesdits premiers moyens de calcul comportent un dispositif pour le moyennage de ladite différence des pressions adressée audit calculateur Un tel moyennage est de préférence réalisé par une méthode de moyenne glissante. Le système conforme à la présente invention peut compor- ter, de plus: des seconds moyens de calcul recevant également ledit signal électrique représentatif d'un braquage commandé et élaborant un second ordre de braquage pour ladite surface aérodynamique; et un commutateur à deux positions susceptibles d'adres- ser à ladite servovalve l'un ou l'autre desdits premier ou second ordres de braquage. Ledit commutateur peut adresser de préférence à ladite servovalve le second ordre de braquage engendré par lesdits seconds moyens de calcul, le premier ordre de braquage engendré par lesdits premiers moyens de calcul n'étant adressé à ladite servovalve par l'intermédiaire dudit commutateur que lorsque lesdits seconds moyens de20 calcul sont défaillants. Ainsi, lesdits seconds moyens de calcul, qui peuvent élaborer le second ordre de braquage à partir d'une pluralité d'informations anémométriques et inertielles comme cela est usuel, font office de système de commande normal, tandis que lesdits premiers moyens de calcul font office de système de commande de secours. On remarquera que le système de commande de secours ainsi obtenu par la mise en oeuvre de l'invention est plus évolué que les systèmes de secours connus généra- lement mis en oeuvre, qui asservissent la position de la surface aérodynamique à celle de l'organe d'actionnement volontaire, sans correction en fonction de la vitesse de l'aéronef ou d'un autre paramètre aérodynamique En effet, le, système de secours formé par les premiers moyens de calcul de l'invention prend en compte la vitesse de l'aéronef, de sorte que le fait de perdre le5 système normal à la suite d'une défaillance de celui-ci, est moins critique qu'avec les systèmes de secours connus. Par ailleurs, on remarquera que lesdits premiers moyens de calcul peuvent être différents desdits seconds moyens10 de calcul, de sorte que la sécurité en est accrue. De plus, lesdits premiers moyens de calcul, formant le système de secours, n'ont pas besoin d'être auto- surveillés, ce qui simplifie leur réalisation. En effet, leur probabilité de donner un ordre anarchique est de l'ordre de 10 5/h Or, ils ne sont amenés à délivrer un tel ordre anarchique qu'après la défaillance du système normal, qui présente également une proba- bilité de défaillance de l'ordre de 10-5/h, de sorte que la combinaison des deux événements a une probabilité20 inférieure à 10 9/h. Afin de détecter les éventuelles pannes du détecteur de différence des pressions, du transducteur associé à l'organe d'actionnement volontaire, du détecteur de braquage et de l'électronique associée, il est avanta-25 geux que lesdits premiers moyens de calcul adressent de façon périodique à un dispositif de maintenance les valeurs de la différence des pressions, du signal électrique représentatif du braquage commandé et du braquage mesuré Ainsi, le dispositif de maintenance peut comparer les mesures transmises par lesdits pre- miers moyens de calcul aux mesures correspondantes fournis par lesdits seconds moyens de calcul Les pannes des autres éléments, tels que la servovalve ou la liaison entre lesdits premiers moyens de calcul et la servovalve, peuvent être mises en évidence par un test périodique; par exemple, on coupe l'alimentation électrique desdits seconds moyens de calcul, on solli- cite l'organe d'actionnement volontaire et on vérifie que la surface aérodynamique bouge dans le bon sens. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sembla- bles. La figure 1 montre le schéma synoptique d'un système conforme à l'invention pour la commande d'une surface aérodynamique d'un aéronef. La figure 2 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation du calculateur du système de la figure 1. Le système de commande, conforme à la présente invention et représenté schématiquement sur la figure 1, est destiné à commander une surface aérodynamique 1 d'un aéronef (non représenté), cette surface aérodynamique étant par exemple un aileron, une gouverne de profondeur ou une gouverne de direction dudit aéronef La surface aérodynamique 1 est susceptible de pivoter autour d'un axe X-X, sous l'action d'un vérin hydraulique 2 comman- dé, de façon usuelle, par l'intermédiaire d'une servo- valve 3 et d'une servocommande 4. A cette fin, ledit système de commande comporte un organe mobile d'actionnement volontaire, tel qu'un manche pivotant 5, à la disposition du pilote Le manche 5 est relié à un transducteur 6, délivrant, à sa sortie 7, un signal électrique dp représentatif du déplacement angulaire imposé par le pilote audit manche 5 et donc du sens et de l'amplitude du pivotement désiré pour la surface aérodynamique 1 autour de l'axe X-X. La sortie 7 du transducteur 6 est reliée à des moyens de calcul 8, qui, à partir du signal dp et d'informations anémométriques et inertielles, élaborent un ordre de commande CI La sortie 9 du système de commande 8 adresse l'ordre de commande Cl à la servovalve 3, qui, par l'intermédiaire de la servocommande 4, actionne en10 conséquence le vérin 2 pour faire pivoter la surface aérodynamique 1 autour de l'axe X-X. Entre la sortie 9 du système de commande 8 et la servo- valve 3 est disposé un commutateur 10 à deux positions et l'ordre Cl est transmis à la servovalve 3 par l'inter-15 médiaire de la position repos (en traits pleins sur la figure 1) du commutateur 10. Par ailleurs, en parallèle sur les moyens de calcul 8, sont disposés d'autres moyens de calcul 11, conformes à la présente invention. Les moyens de calcul 8 sont prévus pour exercer de façon principale la commande de la surface aérodynamique 1. Les moyens de calcul 11 constituent des moyens de secours, intervenant lorsque les moyens de calcul 8 deviennent défaillants Dès l'apparition d'une panne des25 moyens de calcul 8, le commutateur 10 bascule pour prendre sa position de travail (en pointillés sur la figure 1) afin de mettre en relation la sortie 12 des moyens de calcul 11 avec la servovalve 3, celle-ci étant alors isolée de la sortie 9 des moyens de calcul 8. Les moyens de calcul de secours 11 reçoivent: le signal dp engendré par le transducteur 6 et dispo- nible sur la sortie 7 de celui-ci; un signal AP provenant de la sortie 13 d'un capteur 14 mesurant la différence de pression régnant dans les chambres 2 A et 2 B du vérin 2 délimitées par le piston 2 C de celui-ci; et un signal G provenant de la sortie 15 d'un détecteur 16 mesurant l'angle de pivotement de la surface aérodynamique 1 autour de l'axe X-X. Comme le montre la figure 2, les moyens de calcul de secours 11 comportent un dispositif de moyennage 17, auquel est adressé le signal de différence de pression AP mesuré par le capteur 14 et qui délivre un signal de différence de pression moyenné A Pm Le moyennage du15 signal AP peut être réalisé de différentes façons Par exemple, il peut être effectué en tenant compte de deux mesures antérieures de AP. Dans ce cas, si à des instants successifs ti-2, ti-1 et ti, les mesures du signal AP sont respectivement égales20 à A Pi-2, A Pi-1 et A Pi, le dispositif de moyennage 17 peut délivrer, pour l'instant ti, une valeur moyennée A Pmi égale à A Pmi = A Pl + A Pi-1 + A Pi-2 / 3 Bien entendu, selon les besoins, il peut être avantageux de faire varier le nombre de mesures antérieures A Pi-1, A Pi-2, A Pi-3, etc prises en compte pour le calcul de A Pi Eventuellement, il est possible d'appliquer des coefficients multiplicateurs à certaines desdites mesures A Pi, A Pi-1, etc Quoi qu'il en soit, le dispositif 17 fournit à chaque instant une moyenne glissante A Pm du signal AP. Les moyens de calcul de secours 11 comportent de plus un calculateur 18 qui, à chaque valeur A Pmi, fait corres- pondre une valeur d'un coefficient K, la valeur dudit coefficient K étant d'autant plus petite que la valeur A Pmi est plus grande. Les valeurs du coefficient K peuvent être calculées par le calculateur 18 au f ur et à mesure de l'arrivée des valeurs A Pmi En variante, les valeurs du coefficient K peuvent être préétablies et stockées en mémoire et le calculateur 18 délivre une telle valeur préétablie en fonction de la valeur A Pmi qu'il reçoit du dispositif de moyennage 17. La correspondance entre les valeurs du coefficient K et celles de la moyenne A Pmi peut être du type suivant: si la moyenne A Pmi est inférieure ou égale à une valeur Pi, alors le coefficient K prend une valeur Kl; si la moyenne A Pmi est supérieure à la valeur Pl et inférieure ou égale à une valeur P 2, alors le coeffi- cient K prend une valeur K 2; si la moyenne A Pmi est supérieure à la valeur P 2 et inférieure ou égale à une valeur P 3, alors le coeffi- cient K prend une valeur K 3; si la moyenne A Pmi est supérieure à une valeur Pn, alors le coefficient K prend une valeur Kn+l, avec Pl et Kl > K 2 > > Kn+l. Les valeurs du coefficient K engendrées par le calcula- teur 18 sont adressées à un multiplicateur 19 qui, par ailleurs, reçoit le signal dp de la sortie 7 du trans- ducteur 6 Le multiplicateur 19 fournit à sa sortie le signal ldp Le signal Kxdp est adressé sur la sortie 12 des moyens de calcul 11 pour former un signal de commande de secours C 2, transmis à la servovalve 3. Entre le multiplicateur 19 et sa sortie 12, est de préférence disposé un dispositif de limitation 20, qui reçoit le signal 8 du détecteur 16 de la position de la surface aérodynamique 1 Ainsi, le signal C 2 peut être limité à une valeur appropriée, dans le cas o la valeur Kxdp risquerait de provoquer un braquage trop important10 de la surface aérodynamique 1 autour de l'axe X-X. Par ailleurs, par une liaison 21, les moyens de calcul 11 sont aptes à adresser périodiquement les signaux dp, AP et 8 à un dispositif de maintenance non représenté, qui reçoit des mesures correspondantes provenant des15 moyens de calcul 8 Ainsi, par comparaison, ledit dispositif de maintenance est susceptible de vérifier l'état des moyens de calcul 11, alors que les moyens de calcul 8 sont en fonctionnement. On voit ainsi que, grâce à l'invention, on obtient une chaîne de commande de vol 5,6,11,10,3,4,2,14,16 parti- culièrement rustique et économique (en masse et en coût), quoique capable d'assurer une sécurité élevée. Une telle chaîne de commande de vol ne nécessite qu'une quantité d'informations réduite (AP, O), lui permettant d'assurer une fonction pratiquement complète même en l'absence d'informations aérodynamiques et inertielles, sans entraîner une charge de travail importante pour l'équipage. Bien que non exclusivement, une telle chaîne de commande de vol est donc tout particulièrement destinée à être mise en oeuvre comme secours d'une chaîne de commande de vol principale plus sophistiquée. REVENDICATIONS 1 Système pour la commande d'une surface aérodynamique ( 1) d'un aéronef, comprenant: un organe d'actionnement volontaire ( 5), associé à un transducteur ( 6) pour délivrer un signal électrique (dp) représentatif d'un braquage commandé de ladite surface aérodynamique ( 1); un vérin hydraulique ( 2) destiné à braquer ladite surface aérodynamique ( 1) sous la commande d'une servovalve ( 3) et d'une servocommande ( 4); et des premiers moyens de calcul recevant ledit signal électrique (dp) représentatif d'un braquage commandé et élaborant un ordre de braquage adressé à ladite servovalve ( 3) caractérisé: en ce qu'il comporte des moyens ( 14) pour détecter la différence des pressions (AP) existant dans ledit vérin ( 2), de part et d'autre du piston ( 2 C) de celui-ci; et en ce que lesdits premiers moyens de calcul ( 11) comportent: un calculateur ( 18) délivrant des valeurs d'un coefficient (K) qui est une fonction décroissante de ladite différence des pressions (AP); et un multiplicateur ( 19) recevant ledit signal élec- trique (dp) représentatif d'un braquage commandé et ledit coefficient (K) et adressant à ladite servo- valve un premier ordre de braquage (C 2) formé par le produit dudit signal par ledit coefficient. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur ( 18) calcule en temps réel les valeurs dudit coefficient (K) en fonction de la valeur instantanée de ladite différence des pres- sions (AP). 3 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur ( 18) délivre une valeur fixe (Kl K 2,,Kn+ 1) dudit coefficient (K) pour chacune de quelques plages subdivisant le domaine des5 variations possibles de ladite différence des pressions (AP) 4 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de bra- quage ( 16) de ladite surface aérodynamique et des moyens de limitation de braquage ( 20) recevant ledit ordre de braquage et relié audit détecteur de braquage ( 16). Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de calcul ( 11) comportent un dispositif ( 17) pour le moyennage de ladite différence des pressions adressée audit calcula- teur ( 18). 6 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit calculateur ( 18) est du type analogique. 7 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que ledit calculateur ( 18) est du type numérique. 8 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des seconds moyens de calcul ( 8) recevant également ledit signal électrique (dp) représentatif d'un braquage commandé et élaborant un second ordre de braquage supplémentaire (Cl) pour ladite surface aérodynamique; et un commutateur ( 10) à deux positions susceptibles d'adresser à ladite servovalve ( 3) l'un ou l'autre desdits premier ou second ordres de braquage (Cl ou C 2). 9 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit commutateur ( 10) adresse de préférence à ladite servovalve ( 3) ledit second ordre de braquage (Cl) engendré par lesdits seconds moyens de calcul ( 8), ledit premier ordre de braquage (C 2) engen- dré par lesdits premiers moyens de calcul ( 11) n'étant adressé à ladite servovalve par l'intermédiaire dudit15 commutateur que lorsque lesdits seconds moyens de calcul ( 8) sont défaillants.