Brevet FR2699637A1 — publié le 19940624

"Servovalve fluidique à déviation de jet" La présente invention concerne, d'une façon générale, la technique des servovalves et, plus particulièrement, des servovalves du type fluidique à déflexion de jet. Les servovalves électrohydrauliques peuvent être des dispositifs avec un seul étage ou deux étages Le premier étage de telles valves peut prendre différentes formes com- me des tiroirs coulissants, des tubes de flexion, des pla- ques de déviation, des injecteurs ou un déflecteur de jet. La présente invention concerne les valves du type à déflec- teur de jet, comme décrit dans le brevet américain N 03 542 051 Cette invention est une amélioration du premier étage de la servovalve divulguée dans le brevet NI 3 542 051 et, par conséquent, le contenu de ce brevet est incorporé ici par cette référence. Une servovalve à déflecteur de jet inclut une pluralité de lames empilées les unes sur les autres et liées ensemble pour former une structure feuilletée monobloc La structure feuilletée monobloc définit une buse fixe et une paire de récepteurs placés en vis-à- vis de celle-ci, un déflecteur mobile étant placé entre la buse et les récepteurs pour dé- vier un jet de vapeur qui sort de la buse Un moyen formant conduit est défini par la structure feuilletée monobloc pour amener du fluide sous pression à la buse et recevoir toute sortie différentielle de fluide provenant des récepteurs Le déflecteur mobile est couplé à un moyen formant moteur ac- tionné électriquement pour déplacer le déflecteur en réponse à des signaux électriques appliqués au moteur. La présente invention va maintenant être décrite en se rapportant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe du premier étage d'une servovalve construite d'après les principes de la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une partie de la structure de la figure 1, prise suivant les lignes 2- 2, la figure 3 est une vue en coupe partielle prise sui- vant les lignes 3-3 de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe d'une servovalve à deux étages construite d'après les principes de la présente invention, et la figure 5 est une vue en coupe prise suivant les li- gnes 5-5 de la figure 4. Comme souligné ci-dessus, la présente invention est une amélioration de la servovalve à déflecteur de jet divulguée dans le brevet américain n'3 542 051 incorporé ici à titre de référence Comme on le voit dans le brevet 3 542 051, un déflecteur qui répond de façon mobile à un signal de comman- de est disposé dans la servovalve pour dévier un jet libre de fluide émis par une buse fixe par rapport à une paire de passages récepteurs fixes Une telle déviation produit une sortie différentielle de fluide dans les passages récepteurs fixes, qui est une réponse au signal de commande La rela- tion fixe entre la buse et les passages récepteurs est four- nie de façon précise par formation de surfaces de paroi dans un élément unique recouvert sur ses côtés opposés par des éléments d'extrémité dans un desquels sont formés des con- duits par lesquels s'écoule le fluide Les conduits sont interreliés avec la buse et les passages récepteurs L'élé- ment unique recouvert par les éléments d'extrémité, pris comme un tout, est emboîté à force dans un évidement du corps de la servovalve pour éliminer la nécessité d'avoir un moyen d'étanchéité spécial là o le fluide est transféré en- tre le corps de valve et l'élément d'extrémité L'orifice d'émission de la buse et les orifices d'entrée dans les pas- sages récepteurs sont rectangulaires et donnent donc une li- néarité à la sensibilité de la réponse Les orifices d'en- trée dans les passages récepteurs ne sont séparés que par une arête d'apex qui est placée de façon centrale, à l'op- posé de l'orifice d'émission. Comme représentée dans les figures 1 à 3, la servovalve à déflecteur de jet de la présente invention comprend un premier étage 10 avec un moteur couple 12 Comme c'est bien connu dans la technique antérieure, le moteur-couple 12 in- clut une palette 14 supportée sur un tube de flexion 16 La palette 14 se déplace en réponse à des signaux électriques provenant d'une source (non représentée) et appliqués aux enroulements 18 Des aimants permanents et des dispositifs de réglage appropriés sont présents, comme c'est bien connu dans la technique antérieure. Selon une caractéristique de la présente invention, la buse, les passages de réception et les conduits d'intercon- nexion sont fournis par une pluralité de lames 20 liées en- semble au niveau de leurs interfaces La pluralité de lames inclut une lame centrale 22 avec des lames intermédiaires 24 et 26 placées sur ses côtés opposés Des lames d'extré- mité ou extérieures 28 et 30 sont placées respectivement sur les surfaces extérieures des lames 24 et 26 Comme indiqué ci-dessus, pendant l'opération de fabrication, cette plura- lité de lames 22 à 30 sont empilées les unes sur les autres après avoir été correctement nettoyées Elles sont alors soumises à une pression de l'ordre d'approximativement 3448 k Pa ( 500 livres par pouce carré) et sont ensuite amenées à une température de l'ordre de 10930 C ( 20000 F) dans une at- mosphère inerte en y étant maintenues pendant une durée de 5 à 10 minutes Il en résulte que la pluralité de lames 22 à sont liées ensemble par diffusion pour former une struc- ture stratifiée monobloc 20 qui loge le composant fluidique définissant la buse et les passages récepteurs ainsi que les conduits correctement reliés à ceux-ci Selon une autre pos- sibilité, les lames peuvent être brasées pour être liées les unes aux autres et, si on le souhaite, plaquées d'une couche de cuivre avant le brasage ou la liaison par diffusion On pense que le cuivre, dans l'opération de liaison par diffu- sion, remplit simplement des imperfections mineures (s'il y en a) qui peuvent exister dans les surfaces des lames Une telle liaison par diffusion élimine les fuites de fluide en- tre les récepteurs et entre les lames, ce qui améliore par conséquent la récupération de l'écoulement d'extrémité de pression. Avant l'empilement et la liaison, on forme dans la lame centrale 22 ou intérieure une ouverture désignée globalement par 32 (figure 2) ayant la configuration bien connue d'un amplificateur fluidique On forme dans la lame intermédiaire 26 des voies de passage, comme représentées en 34, 36 et 38. La voie de passage 34 se termine dans une ouverture 40 tan- dis que les voies de passage 36 et 38 se terminent respecti- vement dans des ouvertures 42 et 44 On forme dans la lame extérieure 30 des ouvertures 46 et 48 qui, lors de l'assem- blage final, coïncident avec les ouvertures 42 et 44 ména- gées dans la lame intermédiaire 26 Les ouvertures 46 et 48 fournissent des embouchures du premier étage 10 pour permet- tre l'écoulement de fluide sous pression depuis le premier étage jusqu'à un dispositif d'utilisation approprié, dont une forme sera en outre discutée ci-dessous Dans la lame , on ménage également une ouverture supplémentaire (non représentée) qui coïncide avec l'ouverture 40 Cette ouver- ture est reliée à une source de fluide sous pression (non représentée) pour donner un jet de fluide à utiliser dans l'amplificateur fluidique 32 L'ouverture traversante 32 fournit une fente ou compartiment 46 ayant une paire de pa- rois latérales convergentes 48 et 50 qui définissent une buse ou éjecteur 52 duquel émane du fluide sous pression provenant de la source reliée à l'ouverture 40 L'ouverture traversante 32 fournit également des fentes ou compartiments allongés supplémentaires 52 et 54 Le compartiment 52 défi- nit une paire de parois latérales convergentes 56 et 58 qui se terminent dans un récepteur 60 Le compartiment 54 défi- nit une paire de parois latérales convergentes 62 et 64 qui définissent un récepteur 68 Les ouvertures 60 et 68 de ré- cepteur sont séparées par un apex ou arête verticale 70 qui est disposé directement en vis-à-vis de la buse d'éjecteur 52 Ainsi, sans rien d'autre, du fluide sortant de l'éjec- teur 52 frappe l'apex 70, se divise de façon égale et pénè- tre dans les récepteurs 60 et 68 en quantité égale, sans différence entre eux L'écoulement par les voies de passa- ge 36 et 38 et hors des ouvertures 42 et 44 sera dans ces circonstances égal. Un élément déflecteur 72 est placé à l'intérieur de la fente 74 formée dans l'ouverture traversante 32 et se dépla- ce transversalement à la buse et aux récepteurs le long de la ligne 76, en réponse au mouvement de la palette 14 Une ouverture 78 est ménagée dans le déflecteur 72 Lorsque le déflecteur 72 se déplace vers la gauche ou vers la droite comme vu sur la figure 2, en réponse à des signaux appliqués au moteur-couple 12, du fluide émanant de la buse 52 est amené à être dévié, provoquant ainsi un écoulement différen- tiel de pression dans les récepteurs 60 et 68 et hors des ouvertures 46 et 48 (Figure 1). Chaque lame est également pourvue d'une ouverture cen- trale, comme représentée en 80, par laquelle le déflecteur passe et qui sert aussi comme retour pour l'amplificateur fluidique Si le premier étage 10 doit être relié à un se- cond étage, comme représenté dans les figures 3 et 4, un ressort d'asservissement 81 approprié peut lui être relié, comme représenté à la figure 1. Une caractéristique supplémentaire de la présente in- vention est que la structure stratifiée monobloc 20 liée est utilisée comme la base à laquelle est fixé l'ensemble de pa- lette, comme représenté à la figure 4 à laquelle il est fait référence ici, et est également utilisée comme la structure permettant de fixer le premier étage au boîtier de second étage, comme c'est également représenté à la figure 4. A cause de l'opération de liaison par diffusion décrite ci-dessus, l'ensemble stratifié monobloc 20 est recuit et, par conséquent, peut être facilement percé et taraudé De ce fait, à la fin de la liaison, les ouvertures filetées repré- sentées en 82-88 sont respectivement formées pour recevoir des dispositifs de fixation 90-96 Evidemment, des disposi- tifs de fixation supplémentaires peuvent également être uti- lisés si on le souhaite en d'autres positions pour fixer correctement la structure stratifiée monobloc 20 au boîtier 98 o l'ensemble de palette 100 à la structure stratifiée monobloc 20, comme cela peut être nécessaire Ensuite, un traitement thermique approprié est effectué pour durcir l'ensemble stratifié afin de contrôler l'érosion. Si l'on se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 3, le second étage 102 de la valve est représenté et comprend un boîtier 98 à l'intérieur duquel est placée une chemise 104 et un tiroir 106, de manière bien connue Les ouvertures 46 et 48 dans la lame extérieure 30 fonctionnent comme orifices pour fournir l'écoulement différentiel, à travers des conduits 107 et 108, aux extrémités extérieures du tiroir 106, afin de l'amener à aller et venir à l'inté- rieur de la chemise 104, de manière bien connue Le ressort d'asservissement 81 est placé à l'intérieur d'une fente ou ouverture appropriée dans l'appui central 110 du tiroir 106. Le tube d'isolement 16 est formé à partir d'une pièce unique en matériau métallique et comprend une base massive 112 qui est utilisée pour recevoir les fixations 90 et 92, comme représenté à la figure 4. Grâce à l'utilisation de la structure de l'ensemble de palette et de la structure stratifée monobloc 20 qui sup- porte l'ensemble de palette, on peut apparier l'amplifica- teur fluidique au moteur-couple pour que le zéro hydrauli- que du premier étage et le zéro magnétique et mécanique du moteur-couple soient alignés de façon précise On réalise cela en montant le sous-ensemble de moteur-couple sur la structure stratifiée monobloc 20, en insérant les fixations et 92 dans les ouvertures filetées 82 et 84 et en les serrant à la main Du fluide est alors envoyé à l'amplifi- cateur fluidique et le sous-ensemble de moteur-couple se déplace légèrement à l'intérieur des tolérances permises par les fixations 90 et 92 et les ouvertures par lesquelles elles passent dans la base 112, jusqu'à ce que l'on ait ob- tenu un zéro magnétique, mécanique et hydraulique Les fi- xations *sont alors fermement immobilisées en place pour im- mobiliser le moteur-couple sur l'ensemble stratifié mono- bloc 20 On peut alors utiliser cet ensemble de premier étage avec un second étage en ayant une bonne stabilité du zéro Quand ce premier étage est installé sur le second éta- ge, comme représenté dans les figures 3 et 4, on peut de façon semblable régler le premier étage pour l'aligner avec le zéro hydraulique du second étage, ce qui donne une servo- valve complète à premier et second étages ayant une excel- lente stabilité du zéro. On peut établir l'écoulement à travers l'amplificateur fluidique à tout volume souhaité en fonction de toute appli- cation particulière au moment de la construction de la val- ve Le volume de fluide s'écoulant de la buse 52 est déter- miné par la formule: Q = 0,079 Cd A V 2 t P p dans laquelle: (Q) est le débit en m 3 par seconde (C) le coefficient de décharge (A) la surface de jet en M 2 ( P) la pression différentielle dans le jeten Pa (j) la masse volumique du fluide en kg/m 3 Comme on le voit, si la surface A du jet est agrandie, l'écoulement sera agrandi de façon proportionnelle La sur- face de jet est quant à elle déterminée par la section de la buse d'éjecteur 52 Celle-ci peut être à son tour augmentée si on augmente l'épaisseur de la lame centrale 22 (figure 1) Par conséquent, en augmentant simplement l'épaisseur de la lame 22, on augmente la hauteur de la buse 52 d'une quan- tité semblable tout en conservant toujours les caractéristi- ques correctes de la buse pour fournir un jet libre souhai- té On peut réaliser cela en formant une lame centrale 22 unique plus épaisse ou bien, comme représenté à la figure 3, en prévoyant une pluralité de lames plus minces 118 à 122 avec chacune le trou traversant représenté en 32 (figure 2) et, après alignement approprié, en les liant ensemble par diffusion pour former l'amplificateur fluidique représenté à la figure 2 De cette manière, en empilant des lames plus minces, on peut obtenir un contrôle fin du volume d'écoule- ment à travers le premier étage de valve Il en résulte que l'on peut obtenir une récupération d'écoulement très élevée pour des pressions élevées, supérieure à 60 %. REVENDICATIONS 1 Servovalve ( 10) à déflecteur de jet, comprenant une pluralité ( 22, 26,28,30) de lames empilées les unes sur les autres et liées ensemble pour former une structure stratifiée monobloc ( 20) définissant une buse fixe ( 52) et une paire de récepteurs ( 60,68) placés en vis à vis de ladite buse, ladite structure étant conçue pour envoyer depuis ladite buse un jet de fluide destiné à venir frapper lesdits récepteurs, un moyen ( 72) formant déflecteur mobile placé entre ladite buse et lesdits récepteurs pour dévier ledit jet par rapport auxdits récepteurs, et un moyen formant moteur ( 12) actionné électriquement et couplé audit moyen formant déflecteur pour déplacer ledit moyen formant déflecteur en réponse à des signaux électriques appliqués audit moyen formant moteur, caractérisée en ce que le moyen formant moteur inclut un tube d'isolement ( 16) comportant un élément formant base ( 12) définissant des ouvertures traversantes et ledit moyen formant moteur est monté sur ladite structure stratifiée monobloc à l'aide d'éléments de fixation filetés ( 90,92) reçus dans lesdites ouvertures de l'élément formant base du tube d'isolement et pénétrant dans ladite structure stratifiée monobloc. 2 Servovalve à déflecteur de jet selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un second étage ( 102) comportant un boîtier ( 98), ladite structure stratifiée monobloc étant montée sur ce boîtier. 3 Servovalve à déflecteur de jet selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite structure stratifiée monobloc définit les ouvertures traversantes et ledit moyen formant moteur ainsi que la structure stratifiée monobloc sont montés sur ledit boîtier ( 98) à l'aide d'éléments de fixation filetés ( 94,96) reçus dans lesdites ouvertures traversantes et pénétrant dans ledit boîtier ( 98).