Brevet FR2872484A1 — publié le 20060106

Dispositif d'arbres d'entraînement pour commandes de vol d'aéronef La présente invention concerne un dispositif d'arbres d'entraînement pour commandes de vol d'aéronef. L'évolution des réglementations du secteur de l'aéronautique civile impose un nombre croissant d'exigences et de fonctions: D'une part, les efforts des pilotes et copilotes sur les commandes de vol dites primaires des trois axes du pilotage de l'avion doivent être mesurées et enregistrées en permanence pour permettre la reconstitution des paramètres de vol en cas d'accident ( crash ) grâce à l'enregistrement dans les dispositifs connus sous le nom de boîtes noires ou Flight Data Recorder (FDR) . C'est la fonction n 1. D'autre part, sur les fonctions identifiées comme critiques pour la sécurité du vol, des doubles voies de passage d'effort sont imposées et la défaillance de l'une ou l'autre des deux voies doit être détectable: il ne faut pas de panne dormante . C'est la fonction n 2. En outre, l'introduction des commandes de vol dites tout électriques a imposé un changement radical de l'architecture mécanique des commandes de vol des aéronefs. Les commandes à câbles et bielles de liaison allant des manches et pédales aux différentes servocommandes des surfaces aérodynamiques roulis, profondeur et lacet ont été remplacées par des capteurs électriques de position situés au plus près des manches et pédales et des actionneurs de simulation d'effort qui peuvent être mécaniques ou électromécaniques. D'autre part, les avionneurs souhaitent, afin de pas perturber les habitudes des pilotes, retrouver des sensations tactiles similaires au niveau des commandes par manche et pédales: cela impose, dans certains cas, l'introduction d'un élément élastique dans la chaîne de transmission entre le manche et/ou les pédales et l'actionneur de simulation d'effort pour reproduire la souplesse engendrée dans les commandes par la longueur des câbles allant du cockpit à la queue ou au bout des ailes de l'avion. C'est la fonction n 3. L'invention a pour but de proposer un dispositif d'entraînement 35 d'accessoires par arbres, permettant l'intégration de l'une ou l'autre de ces 2872484 2 fonctions, et de préférence des trois fonctions dans le même dispositif. L'invention atteint son but grâce à un dispositif d'entraînement d'accessoire par deux arbres coaxiaux entre un organe d'entrée lié à l'un des arbres et destiné à recevoir les mouvements et efforts de commande du pilote d'un avion et un organe de sortie lié à l'autre arbre et destiné à transmettre ces mouvements et efforts vers un accessoire, le dispositif d'entraînement comprenant en parallèle une liaison primaire destinée à la transmission en fonctionnement normal, et une liaison secondaire destinée à la transmission en cas de défaillance, caractérisé en ce que la liaison primaire est sensiblement sans jeu et la liaison secondaire est avec jeu de sorte que la présence du jeu permet la détection de l'anomalie par le pilote ou un calculateur de vol de l'avion. Avantageusement, l'un des deux arbres coaxiaux est utilisé comme barre de torsion, de manière à conférer une certaine souplesse prédéterminée 15 au dispositif. Avantageusement, les deux arbres coaxiaux sont solidaires à une extrémité ce qui constitue la liaison primaire sans jeu, et le dispositif comprend des moyens de mesure du décalage angulaire entre les deux arbres à l'autre extrémité, ledit décalage angulaire étant proportionnel à l'effort appliqué, ce qui constitue un dispositif de mesure de l'effort piloté. Avantageusement, lesdits moyens de mesure comprennent un capteur de position. Dans un mode particulier de réalisation, le capteur de position est un capteur linéaire disposé entre deux bras radiaux solidaires d'un arbre respectif. Avantageusement, la liaison secondaire avec jeu est constituée par la coopération d'une saillie liée à l'un des arbres et d'une fenêtre liée à l'autre arbre, la saillie venant en butée contre la fenêtre lors d'un débattement angulaire dépassant une certaine valeur, ce qui permet de limiter ce débattement et les contraintes associées dans l'arbre intérieur. La saillie peut être l'un des bras radiaux mentionnés plus haut. Avantageusement, ladite certaine valeur est fonction de la raideur de la barre de torsion. Avantageusement, l'organe de sortie est lié à un actionneur de simulation d'effort. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un 2872484 3 mode de réalisation de l'invention. On se référera aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre en perspective de trois-quarts gauche le dispositif de l'invention. la figure 2 montre le même dispositif en perspective de trois-quarts droite. - la figure 3 est une coupe verticale III-III dans le dispositif de la figure 1. - La figure 4 est une vue en coupe horizontale IV-IV dans le dispositif 10 de la figure 3. Le dispositif de l'invention comprend un bâti servant au montage des divers éléments et constitué d'un support vertical 1 et de deux plaques horizontales inférieure 2 et supérieure 3 placées à l'avant du support et d'une plaque horizontale 4 placée à l'arrière du support. Les plaques horizontales 2, 3 présentent deux ouvertures alignées pourvues de paliers 5 destinés à recevoir en rotation un arbre vertical 20. L'arbre 20 est un arbre creux qui présente un épaulement 21 permettant de le retenir en appui sur le palier 5 de la plaque supérieure 3 et un élargissement à sa partie supérieure 22, dépassant au-delà de la plaque supérieure 3 et définissant une chambre cylindrique intérieure élargie 22'. Cette chambre 22' comporte un épaulement inférieur servant d'appui à un palier inférieur 25 destiné à recevoir en rotation l'extrémité supérieure élargie et évidée 31 d'un arbre intérieur plein 30, grâce à un épaulement approprié. Un second palier rotatif 26 vient se positionner entre la partie supérieure de la chambre 22' et celle de l'extrémité élargie 31 de l'arbre intérieur 30. Un couvercle annulaire 27 vient envelopper le bord supérieur de la partie 31 de l'arbre 30 pour bloquer le palier 26. Du côté opposé à l'extrémité supérieure élargie 31, l'arbre intérieur plein 30 comprend une extrémité inférieure 32 également de diamètre élargi pour correspondre sensiblement au diamètre intérieur de l'arbre creux extérieur 20, auquel cette extrémité inférieure 32 est solidarisée en rotation et en translation par une goupille de fixation conique 33. La partie centrale de l'arbre intérieur 30 forme une barre de torsion 30'. L'arbre extérieur 20 comporte dans sa partie comprise entre 35 l'épaulement 21 et l'élargissement 22, un bras radial 28 formant une chape 2872484 4 pour une articulation 40 d'axe vertical formée à une extrémité d'une bielle réglable 41 dont l'autre extrémité est également conformée en articulation 42 d'axe vertical, destinée à coopérer avec une chape formée dans un bras radial 43 lié à l'arbre 44 d'un actionneur de simulation d'effort 45. Les bras 28 et 43 sont sensiblement parallèles. La rotation de l'arbre intérieur 31 et celle de l'arbre du simulateur d'effort 45 sont donc liées. L'arbre extérieur 20 comporte dans sa partie élargie 22 formant chambre 22', une fenêtre 29 s'étendant verticalement sur une certaine longueur entre les deux paliers 25, 26 et circonférentiellement sur un certain angle. La fenêtre laisse passer un bras radial 33 formé sur l'extrémité 31 de l'arbre intérieur. Le bras 33 bifurque pour former une branche 34 terminée en chape destinée au levier d'entrée et une branche 35 également terminée en chape pour une articulation 60 d'axe vertical formée à une extrémité d'un capteur de position 61 de longueur réglable dont l'autre extrémité est également conformée en articulation 62 d'axe vertical, destinée à coopérer avec une chape formée dans un bras radial formant levier 23, solidaire de l'arbre creux 20 dans sa partie élargie 22. Le capteur de position 61 peut être de type potentiométrique ou inductif, linéaire ou rotatif et vient mesurer le déplacement relatif entre l'arbre intérieur 30 et l'arbre extérieur 20 au niveau de leur extrémité supérieure. Des plaques horizontales d'extrémité supérieure et inférieure 6 viennent compléter l'ensemble. Le fonctionnement normal du dispositif de l'invention est le suivant. Les mouvements et efforts en provenance des manches ou des pédales de commande sont transmis au levier d'entrée 34 par l'intermédiaire d'une bielle de liaison non représentée, d'un câble ou de tout autre moyen. Le couple créé sur l'arbre d'entrée, c'est-à-dire l'arbre intérieur 30, parcourt toute sa longueur pour être transmis à l'arbre extérieur 20 au niveau de la liaison inférieure sans jeu (goupille 32'}. L'arbre intérieur 30 comprend une zone centrale mince 30' qui est utilisée comme barre de torsion. Le diamètre et la longueur de la zone centrale mince 30' sont choisis afin d'obtenir la souplesse souhaitée du système de commande. C'est ce qui réalise la fonction n 3 mentionnée plus haut. Le couple C une fois transmis à l'arbre extérieur va ensuite jusqu'au 35 système de simulation d'effort 45 qui crée l'effort résistant souhaité au niveau 2872484 5 des commandes. Du fait du couple C à transmettre par l'arbre intérieur 30 et de sa faible rigidité en torsion, on obtient un décalage angulaire a significatif entre les deux extrémités de cet arbre 30 et donc entre les extrémités supérieures 31 et 22 des arbres respectivement intérieur 30 et extérieur 20, avec a = K.0 où K caractérise la raideur de la barre de torsion 30' et est constant dans le domaine élastique des matériaux utilisés. Le capteur de position 61 vient alors mesurer ce décalage angulaire a entre les extrémités supérieures 31 et 22 des arbres respectivement intérieur 30 et extérieur 20. Il fournit un signal électrique S proportionnel au couple C transmis par l'arbre: S = K'.C. C'est ce qui réalise la fonction n 1 mentionnée plus haut. Dans le cas où, comme représenté, un capteur linéaire 61 est utilisé, un ressort de précharge interne permet de rattraper les jeux des attaches toujours 15 dans le même sens et d'améliorer la précision de la mesure. On peut également utiliser un capteur de position rotatif potentiométrique ou inductif, spécialement pour les cas où la souplesse demandée est importante et les déplacements angulaires à mesurer importants. Cela permet d'avoir une liaison sans jeu et d'éliminer toute non-linéarité cinématique. Dans ce cas, on peut par exemple fixer l'arbre du capteur à l'extrémité supérieure 31 de l'arbre intérieur 30 et le corps du capteur à l'arbre extérieur 20. Lorsque l'arbre 30 est sollicité, le bras 33 portant le levier d'entrée 34 se déplace à l'intérieur de la fenêtre 29 usinée dans l'arbre extérieur 20. Ce déplacement dépend du couple C à transmettre et de la raideur K de la barre de torsion 30' de l'arbre intérieur 30. Lorsque l'effort est trop important, les côtés du bras 33, de section rectangulaire, viennent buter sur les côtés de la fenêtre 29 et une partie de ce couple est alors directement transmis à l'arbre extérieur 20 sans passer par la barre de torsion 30'. Les dimensions de la fenêtre 29 sont calculées afin que ce contact ne puisse avoir lieu que lorsque les efforts excèdent les efforts maximaux à mesurer imposés par la réglementation. Ces efforts sont usuellement très inférieurs aux efforts limites et ultimes également imposés par la réglementation. Ces butées permettent de protéger la barre de torsion 30' en limitant le 2872484 6 couple qu'elle doit transmettre à des valeurs juste supérieures à celle qu'elle doit pouvoir mesurer. La barre 30' n'a pas à être dimensionnée pour pouvoir accepter les efforts limites et ultimes, ce qui pourrait être incompatible avec la souplesse souhaitée ou pourrait entraîner des risques de déformation plastique permanentes de l'arbre 30 qui auraient pour conséquence de dérégler le capteur d'effort 61. Le fonctionnement en cas de défaillance est le suivant. En cas de rupture de l'un des deux arbres 20 ou 30 entre le point d'entrée de l'effort 34 et le point de sortie 28, ou de leur liaison sans jeu (goupille 32'), l'effort (le couple) sur le levier d'entrée 34 est directement transmis à l'arbre extérieur 20 au niveau de la fenêtre 29 de cet arbre 20. Il va ensuite jusqu'au système de simulation d'effort 45 qui crée l'effort résistant souhaité au niveau des commandes. Le système est donc toujours fonctionnel avec apparition au niveau des commandes de pilotage d'un jeu important. Le vol peut donc être terminé de manière normale avec pour le pilote la conservation de sa pleine autorité sur les gouvernes. Par contre, ce jeu permet au pilote de se rendre compte de la défaillance et de demander une opération de contrôle et de maintenance une fois le vol terminé. On peut également détecter la rupture en faisant surveiller de manière continue l'information délivrée par le capteur de position 61 au moyen des calculateurs de vol. Si cette information est erratique et n'est pas cohérente avec la position de l'arbre mesurée par ailleurs, le calculateur peut alors déclarer une anomalie et afficher un code d'erreur qui déclenchera une opération de maintenance. En conséquence la défaillance des arbres ne peut pas être dormante. . C'est ce qui réalise la fonction n 2 mentionnée plus haut. Egalement, on peut doubler la fonction de guidage des arbres 20 et 30 en installant des plaques de liaison secondaires 6 qui reguident l'arbre intérieur 30 en cas de rupture du carter principal formé par les plaques 1, 2 et 3. Encore une fois dans ce cas, l'apparition d'un jeu anormal au niveau des commandes permet au pilote de détecter l'anomalie et d'instruire une opération de maintenance. 7 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement par deux arbres coaxiaux (20, 30) entre un organe d'entrée (34) lié à l'un (30) des arbres et destiné à recevoir les mouvements et efforts de commande du pilote d'un avion et un organe de sortie (28) lié à l'autre arbre (20) et destiné à transmettre ces mouvements et efforts vers un accessoire (45), le dispositif d'entraînement comprenant en parallèle une liaison primaire destinée à la transmission en fonctionnement normal, et une liaison secondaire destinée à la transmission en cas de défaillance, caractérisé en ce que la liaison primaire est sensiblement sans jeu et la liaison secondaire est avec jeu de sorte que la présence du jeu permet la détection de l'anomalie par le pilote ou un calculateur de vol de l'avion. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des deux arbres coaxiaux (20, 30) est utilisé comme barre de torsion, de manière à conférer une certaine souplesse prédéterminée au dispositif. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les deux arbres coaxiaux (20, 30) sont solidaires à une extrémité ce qui constitue la liaison primaire sans jeu, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (61) de mesure du décalage angulaire entre les deux arbres à l'autre extrémité. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 25 moyens de mesure comprennent un capteur de position (61). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur de position (61) est un capteur linéaire disposé entre deux bras radiaux (23, 33) solidaires d'un arbre respectif. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la liaison secondaire avec jeu est constituée par la coopération d'une saillie (33) liée à l'un des arbres (30) et d'une fenêtre (29) liée à l'autre arbre (20), la saillie venant en butée contre la fenêtre lors d'un débattement angulaire dépassant une certaine valeur. 2872484 8 7. Dispositif selon la revendication 6 combinée à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite certaine valeur est fonction de la raideur de la barre de torsion. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de sortie (28) est lié à un actionneur de simulation d'effort (45).