Brevet FR2767112A1 — publié le 19990212

La présente invention concerne un dispositif de commande hydraulique notamment pour commander l'angle d'incidence des pales d'un hélicoptère comprenant: - un actionneur hydraulique, - un dispositif à vannes assistées reliant sélectivement cet actionneur à la source de pression hydraulique au retour, ce dispositif étant commandé par un chemin de commande mé- canique comprenant un organe de retour agissant entre un actionneur hydraulique et un dispositif d'asservissement et par ailleurs par un chemin de commande électrique, - ainsi qu'un premier et un second embrayage de commutation, qui s'embrayent et se débrayent en opposition l'un par rap- port à l'autre par actionnement par un signal de commuta- tion, et qui relient l'organe de retour solidairement au boîtier en mode de commande électrique ou dans une position prédéterminée avec le dispositif à vannes d'asservissement, en mode de commande mécanique. Les dispositifs de commande hydraulique de ce type appliqués à la commande de l'angle d'incidence des pales de rotor d'hélicoptère, à renforcement de puissance compor- tent généralement pour des raisons de sécurité, un double circuit hydraulique avec un double actionneur hydraulique au- quel est associé un dispositif de vannes assistées, doublées, normalement commandé par un chemin de commande électrique, assisté par ordinateur et le cas échéant par un levier de commande, mécanique, relié à l'entrée du chemin de commande. La commutation entre la commande électrique et la commande mécanique se fait à l'aide de deux circuits de commutation actionnés par voie hydraulique, et de façon opposée, le pre- mier embrayage de commutation étant engagé en mode de com- mande électrique puis freine et bloque l'élément de rappel du chemin de commande mécanique au niveau du boîtier, pour transmettre en retour les mouvements de réglage de l'actionneur hydraulique, par un chemin mécanique au levier de commande; le second embrayage mis en mode de commande mé- canique, relie l'organe de rappel au corps de la vanne du dispositif à vannes asservies. Les deux embrayages de commu- tation doivent être réalisés de manière à fonctionner de fa- çon autocentrée pour que l'élément de rappel soit relié indé- pendamment de sa position instantanée, précisément par rap- port au boîtier ou au corps de la vanne assistée et qu'en outre, les embrayages permettent de court-circuiter mécani- quement la commande électrique pour permettre au pilote de corriger rapidement une erreur de commande du chemin de com- mande électrique par une intervention manuelle sur le levier de commande du pilote. Dans les dispositifs de commande con- nus, correspondant au type défini ci-dessus, les fonctions de O10 commutation sont assurées par un mécanisme d'embrayage à ga- lets de blocage, relativement compliqué, dont la fiabilité est limitée par rapport aux exigences de sécurité strictes appliquées principalement à la construction des hélicoptè- res; en outre, cette solution présente l'inconvénient de ne pas toujours permettre la commutation en retour pour passer du mode de commande mécanique au mode de commande électrique (par exemple après une défaillance brève du système d'alimentation électrique). La présente invention se propose de remédier à cette situation et de développer un dispositif de commande hydraulique correspondant au type défini ci-dessus, dont les fonctions de commutation, de dérivation et de centrage puis- sent être réalisées d'une manière constructive plus simple et avec une très grande fiabilité. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que - l'organe de retour est réglable pour l'embrayage et le dé- brayage réciproque des deux embrayages de commutation transversalement au mouvement de retour, par commande par signal de commutation, - et chaque embrayage se compose de deux surfaces de contact dont la prise réciproque augmente pour un réglage transver- sal de l'organe de retour, ces surfaces de contact prévues respectivement sur l'organe de retour et sur le corps des vannes d'asservissement ou sur le boîtier, assurant leur centrage réciproque dans une position relative prédétermi- née, - et la paire de surfaces de contact formant le premier em- brayage présente une liaison par la forme située en dehors de l'angle d'autoblocage, et cette liaison s'ouvre sous l'effet d'une entrée d'ordre de commande mécanique dépas- sant la force de réglage de l'actionnement par signal de commutation et déplace l'organe de retour dans la position d'embrayage opposée. Selon l'invention, la réalisation particulière du mécanisme d'embrayage avec des angles de liaison par la forme, différents, directement et sans interposition d'autres surfaces de contact coopérant avec des éléments d'embrayage mobiles, en liaison avec la disposition transversale assurant la commutation de l'embrayage de l'élément de retour, aboutit à une simplification constructive considérable et augmente la fiabilité de la commutation du dispositif de commande de ma- nière significative, c'est-à-dire au moins d'une puissance de de sorte que le dispositif de commande selon l'invention correspond parfaitement aux critères de sécurité stricts ap- pliqués aux commandes d'hélicoptère. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention l'organe de retour est actionné hydrauliquement par un signal de commutation. Cet organe de retour qui con- firme de manière hydraulique le signal de commutation intègre la cinématique de commutation dans le système hydraulique du dispositif de commande. Suivant une autre caractéristique avantageuse l'organe de retour est actionné de manière hydraulique en di- rection d'une position d'embrayage et par un ressort dans la direction de l'autre position d'embrayage. Cet organe de re- tour est avantageusement actionné hydrauliquement dans une direction de la position d'embrayage et par ressort en direc- tion de l'autre position d'embrayage ce qui d'une part réduit les moyens constructifs à mettre en oeuvre pour commuter l'organe de retour et assure d'autre part que cet organe en cas de perte de pression hydraulique, prenne une position de couplage déterminée. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'organe de retour est actionné par ressort en direction du mode de commande mécanique. Cet organe de retour est actionné par ressort d'une manière préférentielle en di- rection du mode de commande mécanique, pour qu'en cas de dé- faillance du système hydraulique, il garantisse que le chemin de commande mécanique soit couplé par la force avec le dispo- sitif de vannes asservies et permette de transmettre ainsi les actions sur le manche à balai en parcourant la plage de réglage du dispositif à vannes asservies, de manière conforme au mouvement en transmettant à l'actionneur hydraulique pour qu'en cas de perte de pression globale, il soit possible de disposer d'au moins une commande de secours pour la sortie de l'actionneur (même si cela se fait sans amplification de la force). Suivant une autre caractéristique avantageuse,la course de réglage de l'organe de retour est limitée en butée en direction de l'actionnement assisté. La course de réglage de l'organe de retour en direction de l'actionnement de la vanne asservie est de préférence limitée en bout de course pour éviter une surcharge du dispositif à vannes asservies dans le mode de commande mécanique, avant tout dans le cas d'une commande mécanique de secours. Suivant une autre caractéristique constructive particulièrement simple des surfaces de contact des embraya- ges de commutation, les surfaces de contact des deux embraya-25 ges de commutation sont en forme de coin et l'angle entre les surfaces du coin du premier embrayage est supérieur à l'angle d'accrochage et l'angle du second embrayage est inférieur à cet angle d'accrochage. Ainsi, les surfaces de contact sont en forme de coin avec un angle supérieur pour la première paire de surfa- ces de contact que pour la seconde paire de surfaces de con- tact et dans ce dernier cas l'angle est inférieur à l'angle de frottement. Si le dispositif de commande est réalisé sous la forme d'un système double pour des raisons de sécurité comme cela a été évoqué ci-dessus, l'organe de retour est avanta- geusement réalisé de sorte que l'organe de retour est relié mécaniquement d'une part à la sortie commune des deux parties d'actionneur et d'autre part à l'état embrayé du second em- brayage avec les deux vannes d'asservissement. Ainsi, de manière préférentielle, l'organe de re- tour est relié à la sortie des deux parties d'actionneur et d'autre part pour l'état replié du second embrayage, on a une liaison en commun avec les deux vannes asservies du disposi- tif d'asservissement de sorte que l'ensemble du système se suffit d'un seul chemin de commande mécanique pour les deux moitiés du système. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels l'unique figure est un schéma par blocs d'un dispositif de commande selon l'invention représenté d'une manière fortement schématisée. Le dispositif de commande selon la figure est un système hydraulique double avec comme partie principale un actionneur hydraulique 2 formé de deux parties d'actionneur 2A, 2B, de deux circuits hydrauliques séparés l'un de l'autre et associés chaque fois à une moitié de système ainsi qu'une source de pression hydraulique 4A, 4B et un retour 6A, 6B de même qu'un dispositif à double vannes asservies 8 monté dans le circuit hydraulique avec deux vannes d'asservissement 8A, 8B reliées par un élément de liaison 10 avec une liaison de mouvement, commandant chaque fois une partie d'actionneur 2A, 2B. Les deux parties d'actionneur 2A, 2B fonctionnent simultanément et leur tige de piston 12, commune est reliée en sortie (comme cela est représenté très schématiquement dans le dessin) à la commande d'inclinaison de pales 14 d'un rotor principal d'hélicoptère. Les parties d'actionneur 2A, 2B sont conçues pour que la commande de l'angle de pales 14 puisse être assurée en cas de défaillance de l'une des moi- tiés de système uniquement par la partie d'actionneur de l'autre moitié de système encore apte à fonctionner, et que la partie d'actionneur qui n'est plus apte à fonctionner con- tinue de tourner à vide. Pour introduire les ordres, le dispositif de com- mande comprend un chemin de commande mécanique 16 avec un le- vier d'entrée 18 relié par un côté au manche à balai (non re- présenté) et de l'autre côté à la tige de piston 12 de l'actionneur hydraulique 2, ainsi qu'avec un organe de retour relié en rotation au levier d'entrée 18 entre le point de raccordement du côté du manche à balai et du côté de la tige de piston, ainsi qu'un chemin de commande 22 en forme d'autopilote ou d'une commande de pilotage guidé assistée par calculateur, avec un capteur de course 24, électrique, pre- nant chaque fois la position respective de la tige de piston ainsi qu'un dispositif de la bobine magnétique 26, actionnant le dispositif à vannes assistées 8 selon l'importance des si- gnaux de commande électriques. L'organe de retour 20 est associé à un mécanisme de commutation muni de deux embrayages par la forme 28, 30, embrayables et débrayables réciproquement par le déplacement transversal de l'organe de retour 20. Le premier embrayage 28 se compose d'une paire de surfaces de contact 32, 34, en forme de coin, avec une surface de contact 32 du côté du boî- tier et une surface antagoniste 34, correspondante, fixée à l'organe de retour 20; le second embrayage 30 se compose également d'une paire de surfaces de contact 36, 38 en forme de coin, avec une surface de contact 36, 38 prévue sur le dispositif à vannes asservies 8, avec un élément de liaison ainsi qu'une surface de contact 36, 38 réalisée sur l'organe de rappel 20. La disposition transversale de l'organe de retour entre les deux positions d'embrayage est obtenue de ma- nière hydraulique à l'aide d'un dispositif à pistons de ré- glage 40, double, pour des raisons de redondance; dans ce dispositif, un piston d'actionnement 40A est relié par une électrovanne 42A au premier circuit hydraulique 4A, 6A et le second piston d'actionnement 40B est relié par une autre électrovanne 42B au second circuit hydraulique 4B, 6B. En cas d'application de la pression au dispositif à pistons d'actionnement 40, l'organe de rappel 20 se met dans l'état protégé représenté dans le dessin dans lequel le premier embrayage 28 est complètement fermé; puis, l'organe de retour 20 est freiné et bloqué dans la direction longitu- dinale, par une liaison de forme au boîtier. En cas de dé- charge de pression des deux pistons d'actionnement 40A, 40B, le premier embrayage 28 est mis en force avec un dispositif à ressort 44 doublement garni pour des raisons de sécurité, pour être dégagé et le second embrayage 30 est embrayé pour que l'organe de retour 20 soit couplé de manière solidaire en rotation dans la direction longitudinal avec l'élément de liaison 20 du dispositif à vannes asservies 8. Les paires de surfaces de contact 32, 34 ou 36, 38 sont conçues pour que les embrayages 28, 30 possèdent un effet d'autocentrage, c'est-à-dire qu'indépendamment de la position instantanée de l'organe de rappel 20 et de l'élément de liaison 10, l'organe de retour 20 arrive automatiquement dans une position longi- tudinale prédéterminée, lorsqu'on engage automatiquement l'embrayage 28, par rapport aux moitiés et en cas d'engagement de l'embrayage 30 automatiquement dans l'une des positions prédéterminées par rapport à l'élément de liaison 10. En outre, l'angle de coin de la paire de surfaces de con- tact 32, 34 se trouve à l'extérieur de l'angle de freinage automatique si bien que le premier embrayage 28 peut être court-circuité en partant du levier d'entrée 18 vers la force du dispositif à pistons de réglage 40 et l'organe de retour est déplacé en position embrayée. L'angle du coin formé par les paires de surfaces de contact 36, 38 se situe dans la plage des angles d'autoblocage de sorte que le second em- brayage 30 peut être débrayé uniquement par le dispositif à pistons de commande 40 et non par une action de commande ma- nuelle exercée sur le levier d'entrée 18. La course longitu- dinale de l'organe de retour 20 nécessaire pour court- circuiter l'embrayage 28 et pour commander mécaniquement le dispositif à vannes d'asservissement 8 est limitée par des butées 46 solidaires du boîtier. Normalement, le dispositif de commande est en mode de commande électrique comme cela est représenté; dans ce mode, les vannes d'asservissement 8 sont commandées sui- vant l'importance des signaux de commande fournis par le che- min de commande électrique 22; l'organe de retour 20 est couplé solidairement au boîtier par mise en oeuvre de l'actionnement par signal de commutation 40, 42 de sorte que les mouvements d'actionnement de l'actionneur hydraulique 2 sont signalés en retour au manche à balai par l'intermédiaire du chemin de commande mécanique 16. Pour commuter sur le mode de commande mécanique, on désactive l'actionnement 40, 42 et on sépare ainsi la surface de contact 34 par rapport à la surface du boîtier et on engage l'embrayage 30 de sorte que le dispositif à vannes 8 peut maintenant se commander à par- tir du manche à balai, par le levier d'entrée 18 et l'organe de retour 20; tous les mouvements de commande de l'actionneur hydraulique 2 passant par le levier d'entrée 18 et l'organe de retour 20 réagissent sur le dispositif à van- nes d'asservissement 8. Le mécanisme d'embrayage et de commu- tation ainsi décrit permet une commutation sans incident entre la commande électrique et la commande mécanique, à tout moment et dans les deux directions, avec une sécurité de com- mutation élevée. En mode de commande électrique, la procédure décrite ci-dessus crée une possibilité de surpression de sorte que l'embrayage 28 se libère par une intervention de20 commande mécanique et permet de relier l'élément de liaison à l'organe de retour 20 pour permettre de corriger l'ordre de commande électrique par l'intermédiaire du chemin de com- mande mécanique 16. En cas de défaillance de l'un des circuits hy- drauliques, le fonctionnement décrit ci-dessus du dispositif de commande reste conservé pratiquement intégralement. La commutation entre la commande mécanique et la commande élec- trique est alors assurée uniquement par le piston de commande A, 40B appartenant au circuit hydraulique qui continue de fonctionner et la partie d'actionneur 2A, 2B qui subsiste gé- nère une force d'actionnement suffisamment grande pour com- mander l'angle d'incidence des pales 14. Si par contre, les deux circuits hydrauliques sont défaillants, l'organe de re- tour 20 est automatiquement placé dans la seconde position d'embrayage sous l'effet du dispositif à ressort 44 et les mouvements du manche à balai sont transmis une fois atteint les position de fin de course du dispositif à vannes d'asservissement 8 ou après venue en appui du levier d'entrée 18 contre l'une des butées 46, mécaniquement sur la tige de piston 12 de l'actionneur hydraulique 2 et de là le mouvement est transmis à la commande de l'angle d'incidence des pales 14 pour conserver une fonction de commande de secours sans amplification toutefois par l'actionneur hydraulique 2. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif de commande hydraulique notamment pour comman- der l'angle d'incidence des pales d'un hélicoptère compre- nant: - un actionneur hydraulique, - un dispositif à vannes assistées reliant sélectivement cet actionneur à la source de pression hydraulique au retour, ce dispositif étant commandé par un chemin de commande mé- canique comprenant un organe de retour agissant entre un actionneur hydraulique et un dispositif d'asservissement et par ailleurs par un chemin de commande électrique, - ainsi qu'un premier et un second embrayage de commutation, qui s'embrayent et se débrayent en opposition l'un par rap- port à l'autre par actionnement par un signal de commuta- tion, et qui relient l'organe de retour solidairement au boîtier en mode de commande électrique ou dans une position prédéterminée avec le dispositif à vannes d'asservissement, en mode de commande mécanique, caractérisé en ce que - l'organe de retour (20) est réglable pour l'embrayage et le débrayage réciproque des deux embrayages de commutation (28, 30) transversalement au mouvement de retour, par com- mande par signal de commutation, - et chaque embrayage se compose de deux surfaces de contact (32, 34; 36, 38) dont la prise réciproque augmente pour un réglage transversal de l'organe de retour, ces surfaces de contact prévues respectivement sur l'organe de retour et sur le corps (10) des vannes d'asservissement ou sur le boîtier, assurant leur centrage réciproque dans une posi- tion relative prédéterminée, - et la paire de surfaces de contact (32, 34) formant le pre- mier embrayage (28) présente une liaison par la forme si- tuée en dehors de l'angle d'autoblocage, et cette liaison s'ouvre sous l'effet d'une entrée d'ordre de commande méca- nique dépassant la force de réglage de l'actionnement par signal de commutation (40, 42, 44) et déplace l'organe de retour dans la position d'embrayage opposée. 2 ) Dispositif de commande hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de retour (20) est actionné hydrauliquement par un signal de commutation. 3 ) Dispositif de commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de retour (20) est actionné de manière hydraulique en direction d'une position d'embrayage et par un ressort dans la direction de l'autre position d'embrayage. ) Dispositif de commande hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de retour (20) est actionné par ressort en direction du mode de commande mécanique. 5 ) Dispositif de commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la course de réglage de l'organe de retour (20) est limitée en butée en direction de l'actionnement assisté. 6 ) Dispositif de commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces de contact (32, 34; 36, 38) des deux embrayages de commutation (28, 30) sont en forme de coin et l'angle en- tre les surfaces du coin du premier embrayage (28) est supé- rieur à l'angle d'accrochage et l'angle du second embrayage (30) est inférieur à cet angle d'accrochage. 7 ) Dispositif de commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un double actionneur hydraulique avec chaque fois une vanne d'asservissement associée à un actionneur et ali- mentée par un circuit hydraulique distinct, caractérisé en ce que5 l'organe de retour (20) est relié mécaniquement d'une part à la sortie commune (12) des deux parties d'actionneur (2A, 2B) et d'autre part à l'état embrayé du second embrayage (30), avec les deux vannes d'asservissement (8A, 8B).