Brevet FR2807007A1 — publié le 20011005

La présente invention est relative à un dispositif servocommande de gouverne pour aéronef équipé d' timonerie de commande manuelle de ladite gouverne. Au sens du présent brevet, on entend par "gouverne tout élément de la structure d'un aéronef, tel qu' aileron, une gouverne de profondeur, etc... présentant une surface aérodynamique mobile dont un déplacement induit un couple autour de l'un des axes d'inertie de l'aéronef. Pour manoeuvrer une telle gouverne on connaît des dispositifs de servocommande agissant par l'intermédiaire d'actionneurs tels que des vérins hydrauliques formant partie de systèmes hydrauliques centralisés complexes comprenant des générateurs de fluide hydraulique sous pression, des accumulateurs de pression, des réservoirs de fluide, capteurs, des électrovannes, des tuyauteries etc... soumis à de hautes pressions, de l'ordre de 200 bars par exemple. La fabrication, l'installation et maintenance d'un tel système sont coûteuses du fait de la complexite même du système, des opérations de remplissage et de vidange du système qui sont alors nécessaires, de la nécessité d'assurer au système une fiabilité maximale pour des raisons de sécurité, notamment en éliminant ou en contrant toute cause de fuite du liquide hydraulique utilisé, etc... Il existe donc clairement un besoin réduction des coûts évoqués ci-dessus, en particulier matière maintenance. Dans cette perspective on a conçu des dispositifs servocommande électrique de gouverne basés sur l'utilisation d'actionneurs électrohydrauliques ou électromécaniques asservis a une consigne de position de gouverne choisie par le pilote de l'aéronef. Un tel dispositif prend la forme d'un bloc localisé à proximité de la gouverne à actionner, ce bloc n'étant relié au poste de pilotage que par des fils électriques servant à l'alimentation et à la commande d'un moteur électrique formant partie de l'actionneur. Quand l'actionneur est du électrohydraulique, en particulier, il n'existe alors aucun circuit ou organe hydraulique en dehors du bloc et maintenance de la partie hydraulique du dispositif s' trouve considérablement simplifiée, au bénéfice de son coût. De tels dispositifs à commandes de vol électriques sont 'ourd'hui incorporés à des aéronefs tels que des avions gros porteurs, pour lesquels une commande manuelle de secours des gouvernes, par une timonerie classique, n'est pas envisageable. Dans des avions plus petits, tels que des avions d'affaire, pour lesquels on souhaite, pour des raisons de coût, conserver une telle commande manuelle puisqu'elle est alors possible, tout en profitant des avantages apportés par actionneurs électromécaniques ou électrohydrauliques, la seule commande décrite ci-dessus pour des avions gros porteurs, ne convient évidemment pas. La présente invention a précisément pour but de realiser un dispositif de servocommande de gouverne à actionneur électromécanique ou électrohydraulique pour un aéronef équipé d'une timonerie de commande manuelle de ladite gouverne, cette timonerie étant capable d'entraîner la gouverne à travers la servocommande en cas de panne de cette dernière. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de servocommande de gouverne pour aéronef équipé d'une timonerie de commande manuelle de ladite gouverne, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend a) au moins un actionneur agissant sur ladite gouverne pour assister ladite commande manuelle, cet actionneur comportant une partie mobile active agencée pour établir une liaison mécanique entre ladite gouverne et ladite timonerie, et b) une unité de commande dudit actionneur propre à asservir l'effort exercé par ladite partie mobile sur ladite gouverne à un signal délivré par un capteur sensible à l'effort 'exerçant entre ladite partie mobile et ladite timonerie. Comme on le verra plus loin, outre que le dispositif suivant l'invention permet associer une servocommande à actionneur électromécanique électrohydraulique à une commande manuelle classique par timonerie, la position choisie pour le capteur d'effort permet de prendre en compte automatiquement tout effort d'origine aérodynamique s'exerçant sur la gouverne, en plus de celui développé par la timonerie, dans l'asservissement de la gouverne à une position fixée par le pilote. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, l'actionneur est à alimentation électrique et commande mécanique et ladite unité de commande comprend des moyens sensibles à une panne d'alimentation électrique pour rétablir une commande purement manuelle dudit actionneur par la timonerie. Selon encore une autre caractéristique de ce dispositif, l'unité de commande comprend en outre des moyens pour activer des moyens d'amortissement de battements de ladite gouverne, quand celle ' est sous commande purement manuelle. Ces moyens d'amortissement réduisent ou suppriment des battements de la gouverne résultant des efforts aérodynamiques qui lui sont appliqués. Ces battements peuvent entraîner, s'ils ne sont pas correctement amortis, une destruction de la gouverne pouvant conduire à la perte de l'aéronef. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - les figures 1 et représentent schématiquement des premier et deuxième modes de réalisation du dispositif suivant l'invention, respectivement. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où le dispositif représenté est conçu pour commander une gouverne 1 d'aéronef articulée autour d'un axe X perpendiculaire au plan de la figure 1. On a schématisé par un simple trait 2 un mécanisme de liaison reliant la gouverne 1 à une partie mobile active 3 d'un actionneur qui sera décrit en détail dans la suite, propre à régler l'angle que fait la gouverne avec une position de référence, cet angle étant asservi à une valeur d'angle commandée par le pilote l'aéronef. En réalité, pour des raisons de fiabilité chaque gouverne est reliée à deux actionneurs fonctionnant en parallèle et associés chacun à un dispositif de commande individuel. Ces deux dispositifs étant de structure et de fonctionnement identiques, on ne décrira dans la suite que l'un deux. Ce dispositif comprend essentiellement une unité de commande électronique 4 alimentée par un bloc d'alimentation électrique 5 (lui-même raccordé au réseau distribution énergie électrique de l'aéronef) et conçu pour commander moteur électrique 6, à travers un bloc de commande spécifique 4'. Ce moteur électrique 6 fait partie un actionneur electrohydraulique 7. Celui-ci comprend en outre un vérin hydraulique constitué d'un piston 8 fixé par une extrémité 9 à la structure de l'aéronef et coulissant dans la partie mobile 3 qui prend alors la forme d'un cylindre dont l'intérieur est divisé en deux chambres 101, 102, par le piston 8. Le moteur électrique 6 anime une pompe 11 propre à faire circuler un liquide hydraulique entre les deux chambres 10,, 102 dans l'un ou l'autre sens la circulation du liquide provoquant un glissement correspondant du cylindre mobile 3 sur le piston fixe et donc un déplacement de la gouverne 1 mécaniquement reliée à ce cylindre mobile. Le circuit hydraulique qui va de l'une des chambres 101, à l'autre en passant par la pompe 11, passe aussi par électrovanne 12, ou distributeur, à quatre voies et deux positions, cette électrovanne étant commandée par 1'unite de commande 4. Dans la première position de l'électrovanne 12 représentée à la figure 1, la circulation du liquide hydraulique à travers la pompe 11 est autorisée. Dans la deuxieme position de cette électrovanne, au contraire, la pompe 1 est isolée des chambres 101, 102. Du liquide peut encore passer d'une des chambres dans l'autre, mais seulement à travers un orifice de laminage 13, ou "restriction", pour un but que l'on décrira plus loin. pilote de l'aéronef peut agir sur la position de la gouverne en actionnant un organe (non représenté) de commande d'une timonerie classique 14. Suivant l'invention, la timonerie déplace la partie mobile 3 de 1 actionneur 7 connectee à la gouverne 1, pour transmettre à cette dernière l'angle de gouverne choisi par le pilote. La liaison entre la timonerie 14 et la partie mobile 3 de l'actionneur est réalisée par exemple, au niveau d'une patte solidaire d'une extrémité de la partie mobile 3, dont l'autre extrémité est connectée à la gouverne 1. Suivant l'invention encore, un capteur d'effort 16 est monté sur la patte 15. Ce capteur, peut être exemple du type à jauge extensométrique ou du type piézo résistif. Il est alors, du fait de son implantation, sensible aux efforts qui s'exercent entre la partie mobile 3 de l'actionneur et la timonerie 14 man#uvrée par le pilote Le signal représentatif de ces efforts, fourni par le capteur 16 est délivre à l'unité de commande 4 pour un but l'on décrira plus loin. En l'absence de tout autre effort exercé sur la gouverne, ce signal est représentatif d'une consigne de position angulaire pour la gouverne, choisie par le pilote, l'unite 4 commandant alors classiquement l'effort assistance développé par l'actionneur sur la gouverne, pour réduire celui que le pilote doit exercer sur la timonerie 14. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus opère alors comme suit. En vol, des forces aérodynamiques s'exercent sur les surfaces de la gouverne 1. Ces forces sont transmises à la partie mobile 3 de l'actionneur par le mécanisme de liaison partie mobile qui est également soumise à des efforts exercés par le pilote au moyen de la timonerie 14, et par la pression différentielle du liquide hydraulique entre les chambres 101 et 102 de l'actionneur. En disposant, suivant la présente invention, la partie mobile 3 de l'actionneur entre la timonerie 14 et la gouverne 1 et en montant le capteur d'effort 16 sur patte on rend le capteur d'effort 16 sensible non seulement efforts exercés par la timonerie 14 et par l'actionneur sur la gouverne, mais aussi aux efforts aérodynamiques reçus par cette gouverne et transmis à la partie mobile 3 de l'actionneur par le mécanisme de liaison 2. Ainsi le signal délivré par le capteur d'effort 16 à l'unité de commande tient-il compte des efforts aerodynamiques subis par la gouverne, qui fausseraient autrement l'assistance développée par l'actionneur. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, des moyens de rétablissement d'une commande purement manuelle sont prévus dans l'unité de commande 4, en de panne de l'alimentation électrique 5. moyens commandent le passage de l'électrovanne 12 dans deuxième position où elle isole l'actionneur de la pompe 11. Celui-ci ne développe alors plus aucun effort d'assistance sur la gouverne 1. Cependant le pilote dispose alors d'une commande manuelle de cette gouverne, par l'intermédiaire de la timonerie 14, conformément au but poursuivi par la présente invention. Dans ce cas on observe que la gouverne, sous l'effet des efforts aérodynamiques qu'elle subit et des couplages aéroélastiques avec la structure la supporte, peut prendre un mouvement oscillatoire "battement", autour de son axe de rotation X. Ce battement s'il n'est pas convenablement amorti, peut provoquer la destruction de la gouverne. Ce battement provoque des flux des reflux de liquide hydraulique entre les deux chambres 10,, 10î avec forçage du liquide déplacé à travers l'orifice de laminage 13. Les pertes de charge du liquide qui traverse cet orifice assurent l'amortissement recherché battements de la gouverne. Des clapets 181, 182, protègent les composants de l'actionneur en cas de surpression dans le circuit hydraulique, lors des flux et reflux liquide évoqué ci- dessus. Une bâche 19 et un clapet-navette 20 assure un remplissage automatique du circuit, compensant d'éventuelles fuites de ce circuit, sans intervention d'une opération de maintenance. On a représenté à la figure 2 du dessin annexé, un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, où des références numériques identiques, éventuellement affectées d'un "prime repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues. Dans ce deuxième mode de réalisation, l'actionneur électrohydraulique est remplacé par un actionneur électromécanique comprenant, comme est bien connu, une vis à bille (non représentée) passée dans un écrou mobile en rotation et fixe en translation, couplé au moteur électrique 6, à travers un embrayage 22 et engrenage 23, pour déplacer en translation la partie mobile 3' du vérin, solidaire de la vis à bille, de manière à commander la position angulaire de la gouverne 1. Bien entendu on pourrait aussi utiliser un actionneur dans lequel la vis serait fixe et l'écrou mobile, en translation. Le dispositif de la figure 2 fonctionne essentiellement comme celui de la figure 1, à ceci près que l'énergie mécanique d'assistance est fournie directement par le moteur electrique 6, ce qui réserve a priori cette solution à des gouvernes requérant des efforts de manceuvre moindres que ceux que peut développer le dispositif hydraulique de la figure 1. En cas de panne électrique, l'unité de commande 4 ouvre 'embrayage 22 pour découpler le moteur 6 de l'actionneur active un amortisseur électromécanique 24 par exemple, couplé à l'actionneur à travers un engrenage 25 engrenant avec l'engrenage 23, cet agencement d'amortissement jouant fonctionnellement le rôle de l'orifice de laminage 13 mode de réalisation de la figure 1. Dans les deux modes de réalisation des figures 1 et 2, on peut encore améliorer la précision de la commande d'assistance en délivrant à l'unité 4, outre le signal formé par le capteur d'effort 16, un signal représentatif de l'élongation de la partie mobile 3, 3' du vérin. Un tel signal peut être délivré par un capteur 26, du type à bobinage à inductance mutuelle variant avec ladite élongation, par exemple, ou du type potentiométrique. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés à titre d'exemple. C'est ainsi que l'on pourrait encore améliorer la précision et l'ergonomie de la commande développée par l'unité 4 en lui délivrant un signal représentatif de la vitesse ou de la configuration de de l'aéronef. REVENDICATIONS 1. Dispositif de servocommande de gouverne (1) pour aéronef équipé d'une timonerie (14) de commande manuelle de ladite gouverne (1), caractérisé en ce qu'il comprend a) au moins un actionneur (3, 8; 3', 21) agissant sur ladite gouverne (1) pour assister ladite commande manuelle, cet actionneur comportant partie mobile active (3; 3') agencée pour établir une liaison mécanique entre ladite gouverne (1) et ladite timonerie (14), et b) une unité de commande (4) dudit actionneur propre à asservir l'effort exercé ladite partie mobile (3; 3') sur ladite gouverne (1) à signal délivré par un capteur sensible (16) à l'effort 'exerçant entre ladite partie mobile (3; 3') et ladite timonerie (14). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit actionneur (3, 8; 3', 21) est à alimentation électrique et commande mécanique et en ce que ladite unité de commande (4) comprend des moyens sensibles à une panne d'alimentation électrique pour rétablir une commande purement manuelle dudit actionneur par la timonerie (14). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit actionneur (3, 8) est un vérin électrohydraulique comprenant un piston fixe (8) délimitant deux chambres (10_, 10@) dans un cylindre constituant ladite partie mobile (3), ladite unité (4) commandant un moteur électrique (6) animant pompe (11) propre à faire circuler un fluide moteur dans un circuit hydraulique reliant les deux chambres ( , 102) dudit cylindre, pour déplacer ce dernier sur le piston fixe (8) (Figure 1). 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de rétablissement d'une commande purement manuelle ladite gouverne (1) à travers ladite timonerie (14) comprennent une électrovanne (12) commandée par ladite unité de commande (4) et mobile entre une première position dans laquelle la pompe (11) est en circuit entre lesdits chambres (101, 1 dudit cylindre (3) et une deuxième position dans laquelle ladite pompe (11) est hors circuit, lesdits moyens d'amortissement étant alors constitués par une restriction (13) mise en circuit entre lesdites chambres (101, 102) . 5. Dispositif conforme à revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de compensation (19, 20) de fuites éventuelles dans ledit circuit hydraulique. 6. Dispositif conforme à revendication 2, caractérisé en ce que ledit actionneur ', 21) est un vérin électromécanique à vis à bille animé par un moteur électrique (6) commandé par ladite unité de commande (4) (Figure 2). 7. Dispositif conforme à revendication 6, caractérisé ce que lesdits moyens de rétablissement d'une commande purement manuelle de ladite gouverne à travers ladite timonerie (14) comprennent des moyens, actionnés par ladite unité de commande (4), pour découpler le moteur électrique dudit actionneur. 8. Dispositif conforme à 1 une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en que ladite unité de commande (4) comprend des moyens pour activer des moyens d'amortissement (13; 24) de battements de la gouverne (1), quand celle-ci est sous commande purement manuelle. 9. Dispositif conforme à 1 une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (26) sensible aux déplacements de la partie mobile (3; 3')dudit actionneur pour délivrer à ladite unité de commande (4) un signal représentatif ces déplacements. 10. Dispositif conforme à 1 une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en qu'il comprend des moyens de mesure de la vitesse de l'aé"ronef pour fournir un signal représentatif de ladite vitesse à ladite unité de commande. 11. Aeronef équipé du dispositif conforme à l'une quelconque revendications 1 à 10.