Brevet FR2718102A1 — publié le 19951006

L'invention concerne un procédé pour réaliser une loi d'effort antagoniste au mouvement d'un levier de commande de vol et son application à un vérin de trim. Le vérin de trim est un boîtier électromécanique monté dans les circuits de commande de vol d'un aéronef et qui rend compatible l'action d'un pilote automatique avec celle de l'homme. Lors du pilotage par calculateur le déplacement des commandes de vol est rendu possible par la mise en service de vérins série (10% d'autorité seulement mais avec un déplacement rapide 20%/s) et de vérins de trim (100% d'autorité mais avec un déplacement lent 5%/s). Lors du pilotage par l'homme, le déplacement des commandes de vol s'effectue par des actions sur les manches (cyclique et collectif) et sur les pédales. Dans ce cas, le vérin série suit le déplacement de la commande de vol alors que le vérin de trim fait ressentir à l'homme des efforts simulant le comportement d'un aéronef non équipé de commandes assistées. Le nombre de vérins de trim dépend du nombre d'axes à asservir, chaque axe possédant des spécificités en matière de sensation à reproduire. La fig. 1 du dessin joint est une vue synoptique d'une chaîne de tangage et de roulis sur laquelle on a schématisé le calculateur de pilotage automatique 1, le manche 2, les vérins série tangage et roulis 3,4 et les vérins de trim tangage et roulis 5,6, et la fig. 2 est un schéma typique d'une conception connue des vérins de trim tangage. de roulis. éventuellement collectif. Sur cette figure les actions qui ne s'exercent que dans un sens sont signalées par des flèches simples tandis que les actions qui peuvent s'exercer dans un sens ou un sens contraire sont signalées par les flèches doubles. Dans un vérin de trim conventionnel tel que représenté sur la fig. 2, le pilote automatique 1 actionne l'axe de sortie 7 par l'intermédiaire d'une chaîne qui comprend un moteur à courant continu 8, un réducteur irréversible 9. un embrayage 10. un amortisseur visqueux 11, un réducteur 13. un dispositif 14 réalisant une loi d'effort et un moyen de sécurité 15 permettant, en cas de disfonctionnement de la chaîne, de libérer l'axe de sortie 7. Lors d'une commande normale au manche. par contre, l'axe de sortie subit la contrainte du dispositif 14 que le pilote doit vaincre pour exercer un déplacement de la commande de vol. Dans une conception mécanique, schématisée sur la fig. 3, le dispositif 14 est essentiellement constitué par une boîte à ressort qui crée une loi d'effort en fonction de la raideur du ressort et de sa précontrainte. On a également proposé un trim à friction dans lequel la résistance est créee par une action magnétique (FR-A-2 667 044). L'invention vise à obtenir la loi d'effort par des moyens essentiellement électroniques, notamment pour réaliser un vérin adaptable à chacun des axes de l'aéronef. comportant un nombre de pièces mécaniques réduit, de maintenance simplifiée et d'un coût d'exploitation réduit. Selon l'invention. on réalise la loi d'effort au moyen d'un moteur ayant une caractéristique de couple indépendante de la position fonctionnelle de l'arbre du moteur et variable en fonction de la commande du moteur. on détecte ladite position fonctionnelle et on calcule en conséquence l'ensemble des signaux à appliquer au moteur pour obtenir l'effort désiré. On peut ainsi réaliser directement la loi d'effort en utilisant le moteur en mode frein. La position fonctionnelle" de l'arbre est la position angulaire de cet arbre ou la position axiale de l'arbre, selon qu'il s'agit d'un moteur rotatif ou d'un moteur linéaire. Dans son application à un vérin de trim, l'invention particularise ce vérin par le fait que le moteur qui entraîne l'axe de sortie est un moteur ayant une caractéristique de couple indépendante de la position fonctionnelle de son arbre et variable en fonction de la commande du moteur et par le fait que le moteur est commandé par des moyens associés qui comprennent des moyens pour détecter la position fonctionnelle de l'arbre du moteur et des moyens pour calculer en conséquence l'ensemble des signaux à appliquer au moteur pour obtenir l'effort désiré. On décrira ci-après des exemples de mise en oeuvre de l'invention, en référence au dessin joint sur lequel - la fig. 1 décrite ci-dessus est une vue synoptique d'une chaîne de tangage et de roulis de conception connue; - la fig. 2 décrite ci-dessus est un schéma d'un vérin de trim tangage, roulis et collectif de conception connue; - la fig. 3 décrite ci-dessus est un schéma d'un vérin de trim de conception connue essentiellement mécanique; - la fig. 4 est un schéma d'un vérin de trim conforme à l'invention, à comparer au schéma de la fig. 2; - la fig 5 est un schéma synoptique général d'un vérin de trim électronique conforme à la présente invention, à comparer au schéma de la fig 3; - la fig. 6 est un schéma de principe de la commande électronique dans le cas d'un moteur synchrone triphasé toroïdal, et - la fig. 7 est un schéma synoptique d'un logiciel de commande du moteur. La fig. 4 montre le schéma de la commande électronique d'un moteur rotatif 8 qui entraîne un axe 7 par l'intermédiaire d'un réducteur 13. Conformément à l'invention, la chaîne cinématique est réversible alors que le réducteur 9 utilisé dans la conception antérieure la rendait irréversible. La position angulaire de l'axe de sortie est détectée en 12 et la position angulaire de l'arbre du moteur est détectée en 16, et les signaux résultants sont envoyés au dispositif électronique de commande E (figs. 6,7) qui calcule et applique au moteur l'ensemble des courants nécessaire à la restitution du couple voulu. Dans une réalisation simplifiée, lorsqu'il n'y a pas de risque de glissement de l'axe de sortie par rapport à l'arbre de moteur, le dispositif de sécurité 15 et la recopie de position 12 peuvent être supprimés. La fig. 5 est un schéma d'un vérin de trim appliquant les enseignements de la présente invention. Sur cette figure ont été représentés, avec les mêmes références que sur les figures précédentes les éléments essentiels de ce vérin, à savoir le moteur 8, le réducteur 9, le capteur 12, l'axe de sortie 7, ainsi que la commande électronique E du moteur et le capteur 16. L'invention apporte une simplification considérable sur le plan mécanique par rapport au vérin de trim classique, comme on peut le voir en comparant le schéma de la fig. 5 à celui de la fig. 3. La fig. 6 est une vue de principe de la commande autosynchrone à haute résolution dans le cas ou le moteur 8 est un moteur triphasé toroïdal, de type en soi connu, à quatre pôles et douze enroulements connectés. Ce moteur délivre un couple instantané constant quand on lui applique trois courants triphasés. On a schématisé en 7 sur cette figure l'axe de sortie qui entraîne la charge, et en 16 le capteur de type resolver qui donne un signal représentatif de la position angulaire courante de l'arbre du moteur. Le capteur pourrait être d'un autre type connu en soi, par exemple optique ou RVDT. Le signal du capteur 16, après conversion dans un convertisseur analogique-numérique 21 est envoyé dans un processeur de signal numérique 22 dont les signaux de sortie, après conversion dans un convertisseur numérique-analogique 23 et amplification en 24 alimentent les enroulements de commande du moteur 8. La fig. 7 est un diagramme fonctionnel du logiciel du processeur 22 qui calcule le couple à appliquer sur l'axe 7 en fonction des signaux du resolver 16 représentant la position instantanée de l'arbre du moteur, éventuellement de l'écart par rapport à une valeur de consigne de position angulaire mémorisée ou fournie par le pilote automatique 1 et de la loi d'effort à réaliser. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser une loi d'effort antagoniste au mouvement d'un levier de commande de vol, dans lequel on utilise un moteur (8) pour réaliser cette loi, caractérisé en ce qu'on utilise un moteur ayant une caractéristique de couple indépendante de la position fonctionnelle de l'arbre du moteur et variable en fonction de la commande du moteur, en ce qu'on détecte (16) ladite position fonctionnelle de l'arbre du moteur, et en ce qu'on calcule (22) en conséquence l'ensemble des signaux à appliquer au moteur pour obtenir l'effort désiré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détecte également (12) la position fonctionnelle de l'axe de sortie pour déterminer s'il y a eu un glissement de l'axe de sortie par rapport à l'arbre du moteur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un moteur synchrone toroïdal (8), on détecte (16) la position fonctionnelle de l'arbre du moteur et on calcule (22) en conséquence l'ensemble des courants électriques à appliquer aux différents enroulements du moteur pour obtenir le couple correspondant à l'effort désiré. 4. Vérin de trim comprenant un moteur (8) d'entraînement d'un axe de sortie (7) associé à des moyens pour créer une loi d'effort antagoniste à un changement de position de cet axe détecté par un capteur (12). caractérisé en ce que ledit moteur (8) est un moteur ayant une caractéristique de couple indépendante de la position fonctionnelle de son arbre et variable en fonction de la commande du moteur et en ce que lesdits moyens associés comprennent des moyens (16) pour détecter la position fonctionnelle de l'arbre du moteur et des moyens (E) pour calculer en conséquence l'ensemble des signaux à appliquer au moteur pour obtenir le couple correspondant à l'effort désiré. 5. Vérin de trim selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12) pour détecter la position fonctionnelle de l'axe de sortie. 6. Vérin de trim selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit moteur (8) est un moteur synchrone toroïdal et en ce que lesdits moyens associés comprennent des moyens (12) pour détecter la position fonctionnelle de l'axe de sortie et des moyens (22) pour calculer en conséquence l'ensemble des courants électriques à appliquer aux différents enroulements du moteur pour obtenir le couple correspondant à l'effort désiré.