Brevet FR2862941A1 — publié le 20050603

La présente invention concerne un procédé permettant d'éviter les. vibrations d'une gouverne de direction d'un aéronef volant sans dérapage, ainsi qu'un aéronef mettant en oeuvre ce procédé. On sait qu'un gouvernail de direction d'aéronef comprend un empennage vertical fixe et une gouverne de direction mobile. Cette gouverne de direction est reliée à l'empennage vertical fixe par des moyens d'articulation qui forment un axe d'articulation et elle peut tourner autour de ce dernier sous l'action de moyens d'actionnement, tels que des vérins. On sait de plus qu'une telle gouverne de direction comporte deux surfaces aérodynamiques latérales se rejoignant du côté arrière de l'aéronef pour former le bord de fuite de la gouverne de direction mobile, qui est égale-ment celui du gouvernail de direction. Au fur et à mesure du fonctionnement de ladite gouverne de direction, des phénomènes d'usure agrandissent les jeux mécaniques fonction- nefs normaux prévus de construction dans lesdits moyens d'articulation et/ou dans les moyens de transmission entre lesdits moyens d'actionnement et ladite gouverne de direction. En vol normal de l'aéronef, c'est-à-dire à dérapage nul, ladite gouverne de direction se trouve dans le prolongement aérodynamique de l'empennage vertical fixe, dans l'axe de ce dernier, et n'est soumise à pratiquement aucun effet aérodynamique. Cependant, à cause de jeux d'usure agrandis, il peut se faire que, malgré la quasi inexistence des efforts aérodynamiques qui lui sont appliqués, la gouverne de direction se mette à vibrer sous l'effet des turbulences ou instabilités normales de l'écoulement aérodynamique. Les jeux mécaniques augmentant avec le vieillissement desdits moyens d'articulation et desdits moyens de transmission, il en est de même de l'amplitude des vibrations de ladite gouverne de direction. De telles vibrations, même d'amplitude importante, ne sont pas préjudiciables à la sécurité de l'aéronef, mais elles engendrent des désagréments pour les passagers, qui ressentent des vibrations induites dans la cabine, ainsi qu'un inconfort de pilotage pour le ou les pilotes. Lorsque ces vibrations atteignent une amplitude inacceptable pour le confort des passagers et des pilotes, il est nécessaire de procéder au remplacement des pièces d'usure desdits moyens d'articulation et/ou desdits moyens de transmission, afin de retrouver de faibles jeux fonctionnels. Une telle opération de remplacement est relativement complexe et elle nécessite en pratique une immobilisation de l'aéronef, dont la durée n'est en général pas compatible avec celle des escales. Bien entendu, il est possible d'effectuer des opérations de maintenance préventives, en remplaçant lesdites pièces d'usure avant que l'amplitude des vibrations ne soit gênante. De telles opérations préventives peuvent être réalisées au cours de périodes d'interventions programmées sur l'aéronef, mais alors on est conduit à effectuer des interventions et des remplacements de pièces, qui ne sont pas obligatoirement nécessai- res. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne notamment un procédé simple et rapide à mettre en oeuvre, permettant de supprimer les vibrations d'une gouverne de direction en fonctionnement normal et de repousser à une date ultérieure le besoin de remplacer les pièces d'usure, par exemple jusqu'à une opération de maintenance future et programmée, de manière à ne pas pénaliser l'exploitation opérationnelle de l'aéronef. 2862941 3 A cette fin, selon l'invention, le procédé permettant d'éviter les vibrations d'une gouverne de direction d'un aéronef volant sans dérapage, ladite gouverne de direction étant reliée à un empennage vertical fixe par des moyens d'articulation qui forment un axe d'articulation, pouvant tourner autour dudit axe d'articulation sous l'action de moyens d'actionnement commandables, et comportant deux surfaces aérodynamiques latérales se rejoignant du côté arrière de l'aéronef pour former un bord de fuite, lesdites vibrations résultant de jeux mécaniques excessifs dans lesdits moyens d'articulation ou dans des moyens de transmission reliant lesdits moyens d'actionnement commandables et ladite gouverne de direction, est remarquable en ce que: sur l'une desdites surfaces aérodynamiques latérales de la gouverne de direction, on fixe un élément aérodynamique saillant apte à engendrer un effet aérodynamique tendant à faire tourner ladite gouverne de direction autour dudit axe d'articulation; et on commande lesdits moyens d'actionnement pour qu'ils contrent l'action dudit élément aérodynamique saillant et qu'ils imposent à ladite gouverne de direction une position d'équilibre en prolongement aérody- namique dudit empennage vertical fixe. Ainsi, ledit élément aérodynamique saillant crée une dissymétrie des efforts aérodynamiques appliqués à ladite gouverne de direction et engendre une force tendant à faire tourner cette dernière du côté opposé audit élément aérodynamique, autour dudit axe d'articulation. Les moyens d'actionnement (vérins) commandés par le pilote de l'aéronef permettent de braquer ladite gouverne de direction en sens opposé pour la maintenir en position d'équilibre aérodynamique, de façon que l'aéronef ne soit soumis à aucun dérapage. Un tel braquage antagoniste de la gouverne de direction engendre, au niveau desdits moyens d'articulation et desdits moyens de transmission, une force latérale qui empêche ladite gouverne de direction de vibrer dans des conditions normales de vol. Ledit élément aérodynamique peut présenter des formes et des dimensions diverses, qu'il convient d'adapter aux dimensions de la gouverne de direction et aux effets aérodynamiques recherchés. Ledit élément aérodynamique saillant peut présenter une forme allongée et il peut être disposé de façon au moins approximativement parallèle au bord de fuite de ladite gouverne de direction. Par exemple, ledit élément aérodynamique saillant est un tronçon de cornière fixé par l'une de ses ailes sur ladite sur-face aérodynamique latérale, l'autre aile dudit tronçon de cornière faisant saillie par rapport à cette dernière surface aérodynamique latérale. Il est évidemment avantageux de limiter, autant que possible, la taille dudit élément aérodynamique afin d'éviter des effets négatifs sur la traînée et la consommation de carburant de l'avion, sans pour autant nuire à l'effet recherché. A cet effet, il est préférable que ledit élément aérodynamique saillant soit fixé au voisinage dudit bord de fuite de ladite gouverne de direction. Ainsi, la force aérodynamique engendrée par ledit élément aérodynamique peut bénéficier d'un bras de levier important pour tendre à faire tourner ledit élément autour de l'axe d'articulation. Des essais ont montré que, dans ces conditions, pour une gouverne de direction de 6 m d'envergure, un tronçon de cornière de longueur comprise entre 400 et 800 mm, avec des ailes d'une hauteur de 12 mm, donnait des résultats satisfaisants, comme élément aérodynamique sus- ceptible d'éviter les vibrations de ladite gouverne. De préférence, ledit élément aérodynamique saillant est fixé de façon amovible sur ladite gouverne de direction. Ainsi, ledit élément aérodynamique peut être monté de façon provisoire sur ladite gouverne de direction lorsque des jeux mécaniques importants apparaissent dans les moyens d'articulation et/ou les moyens de transmission et être démonté lorsque les pièces présentant ces jeux importants ont été remplacées. Dans ce but, ledit élément aérodynamique saillant peut être fixé sur ladite surface aérodynamique latérale au moyen d'éléments de fixation compté- mentaires dont certains sont montés à demeure sur ladite gouverne de direction mobile. Ces éléments de fixation complémentaires comportent avantageusement des vis et des écrous, lesdits écrous étant incorporés à ladite surface aérodynamique latérale, que, de préférence, ils affleurent. Par ailleurs, la présente invention comporte également un aéronef pourvu d'un gouvernail de direction comprenant un empennage vertical fixe et une gouverne de direction mobile, ladite gouverne de direction étant reliée audit empennage vertical fixe par des moyens d'articulation qui forment un axe d'articulation, pouvant tourner autour dudit axe d'articulation sous l'action de moyens d'actionnement commandables, et comportant deux surfaces aérodynamiques latérales se rejoignant du côté arrière de l'aéronef pour former un bord de fuite, ledit aéronef étant remarquable en ce qu'il comporte un élément aérodynamique saillant fixé sur l'une desdites surfaces aérodynamiques latérales de ladite gouverne de direction et apte à engendrer un effet aérodynamique tendant à faire tourner cette dernière autour dudit axe d'articulation. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue latérale d'un avion civil gros porteur. La figure 2 est une vue latérale, schématique et partielle, agrandie et avec arrachement, du gouvernail de direction de l'avion de la figure 1. La figure 3 est une section horizontale schématique dudit gouvernail de direction selon les lignes III-III des figures 1 et 2. La figure 4 illustre schématiquement le mode d'action de l'élément aérodynamique conforme à la présente invention. La figure 5 illustre schématiquement un exemple de fixation dudit élément sur la gouverne de direction. L'avion civil gros porteur 1, montré sur la figure 1, comporte, au voisinage de sa queue, un gouvernail de direction 2 comprenant un empennage vertical fixe 3 et une gouverne de direction mobile 4. Du côté avant, l'empennage vertical fixe 3 présente un bord d'attaque 5, constituant le bord d'attaque dudit gouvernail de direction 2. 1 o Par ailleurs, la gouverne de direction mobile 4 comporte deux surfaces aérodynamiques latérales 6G et 6D se rejoignant du côté arrière de l'avion 1 pour former le bord de fuite 7 de ladite gouverne 4 et dudit gouvernail 2. La gouverne de direction 4 est montée rotative par rapport à l'em- pennage vertical fixe 3, autour d'un axe d'articulation 8, défini par un arbre 9 solidaire de la gouverne de direction 4 et pouvant tourillonner dans des paliers 10, solidaires de l'empennage vertical 3. L'arbre 9 --et donc la gouverne de direction 4-- peut être entraîné en rotation, dans les deux sens, autour de l'axe d'articulation 8 par des vérins 1 1 montés dans l'empennage vertical 3 et commandés par le pilote de l'avion 1 par l'intermédiaire de lignes de commande 11A. Pour ce faire, les extrémités libres des tiges des vérins 11 sont articulées, par exemple par des rotules 12, sur des manetons 13 solidaires de l'arbre 9. Lorsque l'avion 1 vole sans déraper, la gouverne de direction 4 se trouve dans une position d'équilibre 4N en prolongement aérodynamique de l'empennage vertical 3, comme cela est illustré sur les figures 3 et 4. Cependant, si des jeux mécaniques trop importants, résultant de l'usure, apparaissent dans les rotules 12 et/ou les paliers 10, la gouverne de direction 4 peut entrer en vibrations autour de cette position d'équilibre 4N. 2862941 7 Lorsque les effets de ces vibrations deviennent inacceptables pour le confort des passagers de l'avion 1 et/ou pour le pilotage de l'avion 1, conformément à l'invention, on fixe sur l'une des surfaces aérodynamiques latérales de la gouverne mobile 4, par exemple la surface aérodyna- mique latérale 6G, un élément aérodynamique 14 faisant saillie par rapport à cette dernière. De ce fait, on crée une dissymétrie des efforts aérodynamiques appliqués à la gouverne de direction 4, qui tend alors à pivoter autour de l'axe d'articulation 8 sous l'action d'une force transversale F, engendrée 1 o par l'élément aérodynamique 14, comme cela est illustré en pointillés sur la figure 4. Pour maintenir la gouverne de direction 4 dans la position d'équilibre 4N, le pilote est obligé de commander les vérins 11 (par les lignes 11A), dans le sens d'un contre-braquage de ladite gouverne de direction 4. Il en résulte une force latérale qui, en agissant sur l'articulation 9, 10 et sur les rotules 12, empêche ladite gouverne de direction 4 de vibrer. Afin que, avec un élément aérodynamique 14 de petite taille, le couple de rotation exercé par la force F soit suffisamment élevé pour nécessiter un braquage antagoniste de la gouverne de direction 4 apte à éli- miner les vibrations, ledit élément aérodynamique est disposé au voisinage du bord de fuite 7. Cet élément aérodynamique 14 peut être constitué par un tronçon de cornière, dont une aile 15 est au moins sensiblement orthogonale à la surface aérodynamique 6G, alors que l'autre aile 16 dudit tronçon de cornière sert à la fixation de celui-ci sur ladite surface aérodynamique 6G, par exemple au moyen de vis 17 coopérant avec des -écrous 18 incorporés à demeure dans ladite surface aérodynamique 6G (voir la figure 5). On comprendra aisément qu'avec un tel système de fixation, l'élément aérodynamique 14 peut aisément être monté sur la gouverne de direction 4 et être démonté de cette dernière. Ainsi, il peut être monté provisoirement tant que les jeux dans l'articulation 9, 10 et/ou dans les rotules 12 sont excessifs, mais être démonté dès que ces jeux excessifs ont été éliminés et remplacés par des jeux fonctionnels normaux. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant d'éviter les vibrations d'une gouverne de direction (4) d'un aéronef (1) volant sans dérapage, ladite gouverne de direction (4) étant reliée à un empennage vertical fixe (3) par des moyens d'articulation (9, 10) qui forment un axe d'articulation (8), pouvant tourner autour dudit axe d'articulation (8) sous l'action de moyens d'actionnement commandables (Il), et comportant deux surfaces aérodynamiques latérales (6G et 6D) se rejoi- gnant du côté arrière de l'aéronef (1) pour former un bord de fuite (7), lesdites vibrations résultant de jeux mécaniques excessifs dans lesdits moyens d'articulation (9, 10) ou dans des moyens de transmission (12) reliant lesdits moyens d'actionnement commandables (11) et ladite gouverne de direction (4), caractérisé en ce que: sur l'une (6G) desdites surfaces aérodynamiques latérales (6G et 6D) de la gouverne de direction (4), on fixe un élément aérodynamique saillant (14) apte à engendrer un effet aérodynamique tendant à faire tourner ladite gouverne de direction (4) autour dudit axe d'articulation (8) ; et on commande lesdits moyens d'actionnement (Il) pour qu'ils contrent l'action dudit élément aérodynamique saillant (14) et qu'ils imposent à ladite gouverne de direction (4) une position d'équilibre (4N) en prolongement aérodynamique dudit empennage vertical fixe (3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément aérodynamique saillant (14) est fixé au voisinage dudit bord de fuite (7) de ladite gouverne de direction (4). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément aérodynamique saillant (14) est fixé de façon amovible sur ladite gouverne de direction (4). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément aérodynamique saillant (14) est monté de façon provisoire sur ladite gouverne de direction 4, lorsque lesdits jeux mécaniques sont excessifs, et en est démonté, lorsque lesdits jeux méca- niques correspondent aux jeux fonctionnels normaux. 5. Aéronef (1) pourvu d'un gouvernail de direction (2) comprenant un empennage vertical fixe (3) et une gouverne de direction mobile (4), ladite gouverne de direction (4) étant reliée audit empennage vertical fixe (3) par des moyens d'articula- tion (9, 10) qui forment un axe d'articulation (8), pouvant tourner autour dudit axe d'articulation (8) sous l'action de moyens d'actionnement commandables (Il), et comportant deux surfaces aérodynamiques latérales (6G et 6D) se rejoi- gnant du côté arrière de l'aéronef (1) pour former un bord de fuite (7), caractérisé en ce qu'il comporte un élément aérodynamique saillant (14) fixé sur l'une (6G) desdites surfaces aérodynamiques latérales (6G et 6D) de ladite gouverne de direction (4) et apte à engendrer un effet aérodynamique tendant à faire tourner cette dernière autour dudit axe d'articulation (8). 6. Aéronef (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément aérodynamique saillant (14) est fixé sur ladite surface aérodynamique latérale (6G) au moyen d'éléments de fixation complémentaires (17, 18) dont certains (18) sont montés à de-meure sur ladite gouverne de direction mobile (4). 7. Aéronef (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits éléments de fixation complémentaires comportent des vis (17) et des écrous (18) et en ce que lesdits écrous (18) sont incorporés à ladite surface aérodynamique latérale (6G). 8. Aéronef (1) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ledit élément aérodynamique saillant (14) présente une forme allongée et en ce qu'il est disposé, sur ladite surface aérodynamique latérale (6G) , de façon au moins approximativement parallèle au bord de fuite (7) de ladite gouverne de direction (4). 9. Aéronef (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément aérodynamique saillant (14) est un tronçon de cornière fixé par l'une de ses ailes (16) sur ladite surface aérodynamique latérale (6G), l'autre aile (15) dudit tronçon de cornière faisant saillie par rapport à cette dernière surface aérodynamique latérale (6G).