Brevet FR2815089A1 — publié le 20020412

SYSTEME D'ALIMENTATION HYDRAULIQUE D'AU MOINS UN ORGANE HYDRAULIQUE TEL QU'UN FREIN D'AERONEF DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un système d'alimentation hydraulique, conçu pour assurer, de façon redondante, la mise en oeuvre d'au moins un organe hydraulique. L'invention s'applique notamment, bien que non exclusivement, à la mise en oeuvre d'un frein ou d'un groupe de freins équipant un aéronef. Etat de la technique Pour des raisons de sécurité, les freins d'avions sont habituellement mis en oeuvre par des systèmes de commande redondants. Dans la pratique, on connaît essentiellement deux types de systèmes de commande permettant d'assurer cette redondance. Un premier type de systèmes de commande redondants, notamment implanté sur certains avions de la famille"Boeing", comprend deux circuits hydrauliques différents capables d'actionner, indépendamment l'un de l'autre, un unique ensemble de pistons équipant chaque frein de roue. Plus précisément, chacun des deux circuits hydrauliques est apte à actionner cet ensemble de pistons au travers d'un clapet navette. En l'absence de défaillance, un premier des deux circuits hydrauliques, dit"normal", assure la mise en oeuvre du frein. En cas de défaillance de ce premier circuit, la mise en oeuvre du frein est assurée par le second circuit hydraulique, dit "alternatif". Dans le second type de systèmes de commande redondants, utilisé notamment sur certains avions de la famille"Airbus", chaque frein de roue est équipé de deux ensembles de pistons indépendants, susceptibles d'être actionnés séparément l'un de l'autre respectivement par un circuit hydraulique normal et par un circuit hydraulique alternatif. Dans les systèmes de commande du premier type, les deux circuits hydrauliques agissent sur le même ensemble de pistons par l'intermédiaire d'un clapet navette. Par conséquent, une ségrégation totale entre les circuits n'est pas assurée. En effet, il se produit inévitablement un mélange entre les fluides des deux circuits au niveau du clapet navette. Même si ce mélange est relativement limité, il constitue un inconvénient significatif de ces systèmes. Dans les systèmes de commande du deuxième type, la ségrégation entre les deux circuits hydrauliques est totale, du fait du doublement des pistons d'actionnement des freins. Cependant, ces systèmes sont pénalisés par l'augmentation de poids et de taille des freins qui découle de l'utilisation de deux ensembles de pistons indépendants. Exposé de l'invention L'invention a précisément pour objet un système d'alimentation hydraulique d'au moins un organe hydraulique tel qu'un frein d'aéronef, dont la conception originale lui permet de bénéficier des avantages des deux types de systèmes de commande existants, sans en présenter les inconvénients. En d'autres termes, l'invention a pour objet un système d'alimentation redondant, de masse et de taille limitées, dont la conception originale lui permet de ne pas être confronté aux problèmes de ségrégation des fluides découlant de l'utilisation de deux circuits hydrauliques distincts. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un système d'alimentation hydraulique d'au moins un organe hydraulique, ledit système comprenant une source principale d'énergie hydraulique, apte à actionner prioritairement ledit organe et une source de secours d'énergie hydraulique, apte à actionner ledit organe en cas de défaillance de la source principale, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend un circuit hydraulique unique reliant la source principale à l'organe hydraulique, la source de secours étant une source locale montée dans ledit circuit hydraulique unique. Dans un système d'alimentation ainsi réalisé, la redondance est assurée sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à deux circuits hydrauliques distincts. De ce fait, un seul fluide hydraulique est utilisé et il n'existe pas de problème de ségrégation. Par ailleurs, quelles que soient les conditions dans lesquelles la commande est réalisée (conditions normales ou conditions de secours) c'est le même organe hydraulique ou le même groupe d'organes hydrauliques qui est actionné. Par conséquent, la masse et l'encombrement restent limités. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la source de secours locale comprend des moyens de pompage locaux reliés à une bâche hydraulique locale. Dans ce cas, le circuit hydraulique unique comprend avantageusement une tuyauterie principale haute pression reliant la source principale d'énergie hydraulique audit organe, et une tuyauterie de secours haute pression reliant les moyens de pompage locaux à la tuyauterie principale haute pression, des premiers et des deuxièmes moyens anti-retour étant montés respectivement dans la tuyauterie de secours haute pression et dans la tuyauterie principale haute pression, pour s'opposer à toute circulation de fluide hydraulique autre que vers ledit organe. De préférence, le circuit hydraulique unique comprend de plus des moyens de commutation occupant normalement un premier état, dans lequel ledit organe est relié à la source principale d'énergie hydraulique par une tuyauterie de retour principale, lesdits moyens de commutation étant sensibles à un mise en pression de la tuyauterie de secours haute pression, en amont des premiers moyens anti-retour, pour basculer dans un deuxième état, dans lequel ledit organe est relié à la bâche hydraulique par une tuyauterie de retour de secours. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la bâche hydraulique est complètement étanche et communique avec la tuyauterie principale haute pression, en amont des deuxièmes moyens anti-retour, par une tuyauterie d'alimentation incorporant des moyens de détente, normalement fermés, aptes à s'ouvrir automatiquement lorsque la pression de la tuyauterie d'alimentation est en dessous d'un seuil déterminé. Pour des raisons de sécurité, la tuyauterie d'alimentation incorpore alors également, de préférence, des moyens de limitation de débit dont la fonction est de limiter le débit vers la bâche hydraulique en cas de blocage accidentel des moyens de détente en position ouverte. Le dispositif permet de suppléer la perte du circuit principal même si son indisponibilité est due à une fuite extérieure. En outre, des moyens anti-retour sont aussi placés, de préférence, dans la tuyauterie d'alimentation, afin de s'opposer à toute circulation accidentelle de fluide hydraulique de la bâche vers la tuyauterie principale haute pression. Avantageusement, une tuyauterie de reprise de fuites, dotée de préférence de moyens anti-retour, relie les moyens de pompage à la bâche hydraulique. Par ailleurs, afin de protéger la partie haute pression du circuit, un premier clapet de surpression est monté de préférence sur la tuyauterie principale haute pression, en aval des deuxièmes moyens anti-retour, et débouche sur une tuyauterie basse pression du circuit hydraulique unique. De façon comparable, afin de protéger la partie basse pression du circuit, un deuxième clapet de surpression est monté de préférence sur une tuyauterie basse pression du circuit hydraulique unique et débouche dans le retour principal. En outre et comme on l'a déjà mentionné, le système d'alimentation hydraulique selon l'invention s'applique avantageusement au cas où l'organe commandé est un frein d'aéronef. Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un système d'alimentation hydraulique conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue comparable à la figure 1, illustrant le même système d'alimentation complété par des éléments supplémentaires imposés par les règles de l'art. Description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'invention La figure 1 représente un mode de réalisation préféré du système d'alimentation hydraulique selon l'invention, dans sa forme la plus générale. Sur cette figure, la référence 10 désigne un organe hydraulique dont la mise en oeuvre est assurée par le système d'alimentation de l'invention. Dans l'application privilégiée au freinage d'un aéronef, l'organe hydraulique 10 est constitué par un ensemble de pistons hydrauliques actionné par un organe de pilotage non décrit, équipant un frein de roue de l'aéronef. Il est à noter que le système d'alimentation selon l'invention peut assurer la mise en oeuvre d'un organe hydraulique unique, comme on l'a représenté, ou de plusieurs organes hydrauliques, sans sortir du cadre de l'invention. Le système d'alimentation conforme à l'invention comprend une source principale d'énergie hydraulique, représentée schématiquement en 12 sur la figure 1. Dans l'application au freinage d'un aéronef, cette source principale 12 d'énergie hydraulique est comparable au circuit hydraulique normal servant à assurer le freinage sur les avions existants. Les différentes caractéristiques et formes possibles d'un tel circuit sont bien connues de l'homme du métier, de sorte qu'aucune description détaillée n'en sera faite. Conformément à l'invention, la source principale 12 d'énergie hydraulique est reliée à l'organe hydraulique 10 par un circuit hydraulique unique qui va être décrit en détail par la suite. Le circuit contient un seul et même fluide hydraulique. Selon un autre aspect de l'invention, une source locale de secours d'énergie hydraulique, désignée de façon générale par la référence 14, est montée dans ce circuit hydraulique unique. Le circuit hydraulique unique conforme à l'invention comprend une tuyauterie principale haute pression 16 qui relie la source principale 12 d'énergie hydraulique à l'organe hydraulique 10. Par ailleurs, la source locale de secours 14 comprend des moyens de pompage locaux tels qu'une pompe 18 entraînée par un moteur 20, ainsi qu'une bâche hydraulique locale 40 reliée à un orifice d'aspiration de la pompe 18. Un orifice de refoulement constituant la sortie de la pompe 18 est relié à la tuyauterie principale haute pression 16 par une tuyauterie de secours haute pression 22. Un premier clapet anti-retour 24 est placé dans la tuyauterie de secours haute pression 22, à proximité de son raccordement sur la tuyauterie principale haute pression 16. Ce clapet anti-retour 24 a pour fonction de permettre la circulation du fluide hydraulique de la pompe 18 vers le circuit principal haute pression 16, tout en s'opposant à toute circulation du fluide hydraulique en sens inverse. Un deuxième clapet anti-retour 26 est placé dans la canalisation principale haute pression 16, en amont et à proximité du point de raccordement de la tuyauterie de secours haute pression 22 sur cette tuyauterie principale 16. Ce deuxième clapet anti-retour 26 a pour fonction de permettre la circulation du fluide hydraulique de la source principale 12 vers l'organe hydraulique 10, tout en s'opposant à toute circulation en sens inverse du fluide hydraulique. De préférence, un filtre 28 est également placé dans la tuyauterie de secours haute pression 22, à la sortie de la pompe 18, c'est-à-dire entre celle-ci et le premier clapet anti-retour 24. En plus des tuyauteries haute pression qui viennent d'être décrites et qui sont représentées par un trait simple sur la figure 1, le circuit hydraulique unique conforme à l'invention comprend des tuyauteries de retour basse pression, illustrées par des traits doubles. Ces tuyauteries de retour basse pression comprennent un tronçon de tuyauterie 30 raccordé sur la sortie de l'organe hydraulique 10 et susceptible d'être mis en communication, par l'intermédiaire de moyens de commutation 32, soit avec une tuyauterie de retour principale 34 ramenant le fluide hydraulique vers la source principale 12, soit avec une tuyauterie de retour de secours 36, ramenant le fluide hydraulique vers la bâche hydraulique 40. Dans la pratique, les moyens de commutation 32 peuvent notamment être constitués par une vanne d'aiguillage de type tiroir, rotative, ou autre. Les moyens de commutation 32 occupent normalement un premier état, illustré sur la figure 1, dans lequel l'organe hydraulique 10 communique avec la source principale 12 par le tronçon de tuyauterie 30 et la tuyauterie de retour principale 34. L'extrémité de la tuyauterie de retour de secours 36 raccordée sur les moyens de commutation 32 est alors fermée. Les moyens de commutation 32 peuvent également occuper un deuxième état (non illustré) dans lequel l'organe hydraulique 10 communique avec la source de secours matérialisée par la pompe 18, au travers du tronçon de tuyauterie 30 et de la tuyauterie de retour de secours 36. L'extrémité de la tuyauterie de retour principale 34 raccordée sur les moyens de commutation 32 est alors fermée. La commande du passage des moyens de commutation 32 de leur premier état dans leur deuxième état peut être hydraulique, électrique ou autre. Cette commande, schématisée par le trait discontinu 38 sur la figure 1, est sensible à la pression régnant dans la tuyauterie de secours haute pression 22, en amont du premier clapet anti-retour 24. Plus précisément, tant que la pompe 18 n'est pas actionnée, les moyens de commutation 32 restent dans leur premier état. Lorsque la pompe 18 est actionnée, la pression dans la tuyauterie de secours haute pression 22 dépasse un seuil prédéterminé, au-delà duquel la commande schématisée par le trait discontinu 38 sur la figure 1 déclenche le basculement des moyens de commutation 32 dans leur deuxième état. Pour compléter la description du circuit hydraulique unique illustré sur la figure 1, on voit que la bâche hydraulique 40 est reliée à l'orifice d'aspiration de la pompe 18 au travers d'un tronçon de tuyauterie basse pression 41. La bâche hydraulique 40 contient un volume de fluide hydraulique suffisant pour permettre la mise en oeuvre de l'organe hydraulique 10. De préférence, un filtre 42 est placé dans la tuyauterie de retour de secours 36, en amont de la bâche 40. Dans les conditions normales de fonctionnement du système d'alimentation qui vient d'être décrit en référence à la figure 1, les moyens de commutation 32 occupent leur premier état tel qu'illustré sur cette figure. Par ailleurs, le moteur 20 de la pompe 18 est à l'arrêt. Ainsi, lorsqu'un actionnement de l'organe hydraulique 10 est commandé, cet organe est alimenté en fluide hydraulique haute pression par la tuyauterie principale 16, à partir de la source principale 12. Le retour du fluide hydraulique vers cette dernière s'effectue par le tronçon de tuyauterie 30 et la tuyauterie de retour principale 34, au travers des moyens de commutation 32. Lorsque la mise en oeuvre de l'organe hydraulique 10 est commandée alors que la source principale 12 est défaillante, des moyens classiques (non représentés) bien connus de l'homme du métier, détectent l'indisponibilité due, entre autre, à une baisse de pression de la source principale 12 et déclenchent alors automatiquement le démarrage du moteur 20. La montée en pression à la sortie de la pompe 48 a pour effet d'assurer la mise en oeuvre de l'organe 10 par la tuyauterie de secours haute pression 22 et la partie aval de la tuyauterie 16. La mise en pression de la tuyauterie de secours haute pression 22 a aussi pour effet de faire basculer les moyens de commutation 32 dans leur deuxième état, sous l'action de la commande schématisée par le trait discontinu 38 sur la figure 1. Par conséquent, le fluide hydraulique revient vers la bâche 40 par le tronçon de tuyauterie 30 et la tuyauterie de retour de secours 36, au travers des moyens de commutation 32. On décrira à présent, en se référant à la figure 2, des éléments complémentaires imposés par les règles de l'art, qu'il est avantageux d'adjoindre au système d'alimentation hydraulique préalablement décrit en référence à la figure 1. Etant donné qu'un même fluide hydraulique est utilisé lors de la mise en oeuvre normale et lors de la mise en oeuvre de secours de l'organe hydraulique 10, il est possible de diminuer les opérations de maintenance, de mise à niveau et de contrôle de niveau du fluide hydraulique en utilisant une bâche 40 complètement étanche. A cet effet, on utilisera notamment une bâche hydraulique 40 dans laquelle une membrane métallique 44 sépare le fluide hydraulique d'un gaz tel que de l'azote ou de l'hélium. Dans ce cas, l'alimentation en fluide de la bâche hydraulique 40 est assurée en prélevant ce fluide dans la source principale 12. Cela peut être réalisé au moyen d'une tuyauterie d'alimentation 46 reliant la bâche 40 à la tuyauterie principale haute pression 16, en amont du deuxième clapet anti-retour 26. Plus précisément, cette tuyauterie d'alimentation 46 est raccordée sur la tuyauterie de retour de secours 38, en amont du filtre 42. Comme l'illustre la figure 2, la tuyauterie d'alimentation 46 incorpore alors des moyens de détente 48, tel qu'un détendeur, normalement fermés. Ces moyens de détente 48 s'ouvrent automatiquement lorsque la pression de la tuyauterie d'alimentation 46 est en dessous d'un seuil déterminé. Un clapet anti-retour 50 est placé dans la tuyauterie d'alimentation 46, par exemple entre les moyens de détente 48 et la bâche hydraulique 40, pour permettre la circulation du fluide hydraulique vers la bâche tout en interdisant toute circulation du fluide hydraulique en sens inverse. Des moyens de limitation de débit 52, tel qu'un restricteur, sont également placés avantageusement dans la tuyauterie d'alimentation 46. Ces moyens de limitation de débit constituent une sécurité, limitant le débit dans la tuyauterie 46 dans l'hypothèse où les moyens de détente 48 seraient bloqués dans leur état ouvert. A ces éléments supplémentaires facultatifs s'ajoutent, de préférence, des éléments connus de l'homme du métier dans un tel environnement. Ces éléments connus sont également illustrés sur la figure 2. Parmi ces éléments connus, on trouve une tuyauterie 54 de reprise de fuites reliant la pompe 18 à la bâche hydraulique 40. Cette tuyauterie 54 est équipée d'un clapet anti-retour 56 s'opposant à toute injection de fluide hydraulique dans la pompe par cette tuyauterie. Ces éléments connus comprennent également un premier clapet de surpression 58, destiné à protéger la partie haute pression du circuit. Ce clapet 58 est monté sur la tuyauterie principale haute pression 16, en aval du deuxième clapet anti-retour 26. Le premier clapet de surpression 58 débouche sur une tuyauterie basse pression 60 qui relie les tuyauteries 34 et 16, comme l'illustre la figure 2. Un deuxième clapet de surpression 62 est également monté sur la tuyauterie basse pression 60 du circuit hydraulique unique, afin de protéger la partie basse pression de celui-ci. Lors de son ouverture, ce deuxième clapet de surpression 62 débouche à l'extérieur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. En particulier, le système d'alimentation hydraulique selon l'invention peut être utilisé pour actionner tout organe hydraulique autre qu'un frein d'avion, sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, chacun des éléments décrits peut être remplacé par un élément de forme différente, remplissant la même fonction technique et procurant un même résultat industriel. Enfin, tous les éléments tels que les filtres et les éléments n'apparaissant pas sur la figure 1 ne sont pas essentiels à l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation hydraulique d'au moins un organe hydraulique (10), ledit système comprenant une source principale d'énergie hydraulique, apte à actionner prioritairement ledit organe et une source de secours (14) d'énergie hydraulique, apte à actionner ledit organe en cas de défaillance de la source principale (12), ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend un circuit hydraulique unique reliant la source principale (12) à l'organe hydraulique (10), la source de secours (14) étant une source locale montée dans ledit circuit hydraulique unique. 2. Système d'alimentation hydraulique selon la revendication 1, dans lequel la source de secours locale (14) comprend des moyens de pompage locaux (18) reliés à une bâche hydraulique locale (40). 3. Système d'alimentation hydraulique selon la revendication 2, dans lequel le circuit hydraulique unique comprend une tuyauterie principale haute pression (16) reliant la source principale (12) d'énergie hydraulique audit organe (10), et une tuyauterie de secours haute pression (22) reliant les moyens de pompage locaux (18) à la tuyauterie principale haute pression (16), des premiers et des deuxièmes moyens anti-retour (24,26) étant montés respectivement dans la tuyauterie de secours haute pression (22) et dans la tuyauterie principale haute pression, pour s'opposer à toute circulation de fluide hydraulique autre que vers ledit organe (10). 4. Système d'alimentation hydraulique selon la revendication 3, dans lequel le circuit hydraulique unique comprend de plus des moyens de commutation (32) occupant normalement un premier état, dans lequel ledit organe (10) est relié à la source principale (12) d'énergie hydraulique par une tuyauterie de retour principale (34), lesdits moyens de commutation (32) étant sensibles à un mise en pression de la tuyauterie de secours haute pression (22), en amont des premiers moyens anti-retour (24), pour basculer dans un deuxième état, dans lequel ledit organe (10) est relié à la bâche hydraulique (40) par une tuyauterie de retour de secours (36). 5. Système d'alimentation hydraulique selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel la bâche hydraulique (40) est complètement étanche et communique avec la tuyauterie principale haute pression (16), en amont des deuxièmes moyens anti-retour (26), par une tuyauterie d'alimentation (46) incorporant des moyens de détente (48), normalement fermés, aptes à s'ouvrir automatiquement lorsque la pression de la tuyauterie d'alimentation (46) est en dessous d'un seuil déterminé. 6. Système d'alimentation hydraulique selon la revendication 5, dans lequel des moyens de limitation de débit (52) sont montés dans la tuyauterie d'alimentation (46). 7. Système d'alimentation hydraulique selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel des troisièmes moyens anti-retour (50) sont montés dans la tuyauterie d'alimentation (46), pour s'opposer à toute circulation de fluide hydraulique de la bâche (40) vers la tuyauterie principale haute pression (16). 8. Système d'alimentation hydraulique selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel une tuyauterie (54) de reprise de fuites relie les moyens de pompage (18) à la bâche hydraulique (40). 9. Système d'alimentation hydraulique selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel un premier clapet de surpression (58) est monté sur la tuyauterie principale haute pression (16), en aval des deuxièmes moyens anti-retour (26), et débouche sur une tuyauterie basse pression (60) du circuit hydraulique unique. 10. Système d'alimentation hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un deuxième clapet de surpression (62) est monté sur une tuyauterie basse pression (60) du circuit hydraulique unique et débouche à l'extérieur. 11. Système d'alimentation hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit organe (10) est un frein d'aéronef.