Brevet FR2903660A1 — publié le 20080118

La présente invention concerne un système de commandes de vol électriques pour aéronef. Il est connu dans les aéronefs modernes d'utiliser des organes de pilotage à commande électrique. Pour les commandes de tangage et de roulis, un tel organe de commandes est couramment appelé minimanche. Dans les avions connus, le minimanche est intégré sur la banquette latérale à côté du pilote et du copilote. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, ce minimanche occupe une place relativement importante sur la banquette latérale et doit être intégré dans celle-ci. Un autre problème concerne l'ergonomie du poste de pilotage. Par rapport à la morphologie du pilote, le minimanche placé sur la banquette latérale n'est pas placé de manière optimale par rapport au pilote. L'idée à l'origine de la présente invention est alors de disposer le minimanche sur un accoudoir du siège du pilote et du copilote. Compte tenu du volume et de la masse importante d'un minimanche de l'art antérieur et de son mécanisme associé, il n'est pas envisageable de simplement changer la place d'un minimanche de type connu. La présente invention a alors pour but de fournir les moyens permettant de disposer un minimanche d'aéronef sur un accoudoir de siège (de pilote ou de 20 copilote). A cet effet, elle propose un système de commandes de vol électriques pour aéronef, comportant une poignée mobile autour d'au moins un axe de manoeuvre à l'aide d'un système d'articulation, des moyens permettant d'engendrer un ordre de pilotage à partir d'un mouvement de la poignée mobile 25 autour d'un axe de manoeuvre, ainsi que des moyens permettant de fournir une sensation d'effort lors de l'actionnement de la poignée mobile. Selon la présente invention, les moyens permettant de fournir une sensation d'effort comportent un premier vérin hydraulique relié mécaniquement au système d'articulation et hydrauliquement à un dispositif simulant un effort. 30 Ainsi la présente invention propose une manière originale et innovante pour donner une sensation d'efforts à l'utilisateur de la poignée mobile. Alors que dans les systèmes de l'art antérieur le dispositif permettant de donner une sensation d'effort à l'utilisateur est un dispositif mécanique comprenant généralement au moins un ressort et un amortisseur, la présente invention 2903660 2 propose un système au moins partiellement hydraulique. De cette manière, le volume associé à la poignée mobile peut être restreint. En effet, les éléments mécaniques de l'art antérieur sont remplacés par des éléments qui peuvent être délocalisés par rapport à la poignée mobile, limitant ainsi le volume associé à 5 cette poignée. Dans un système de commandes de vol électriques selon l'invention, une forme de réalisation prévoit que le système d'articulation est par exemple disposé dans un boîtier, et que le premier vérin hydraulique prend appui sur une paroi interne de ce boîtier. Le premier vérin est ainsi monté entre un élément 10 mobile -le système d'articulation- et un élément fixe -le boîtier-, permettant ainsi de détecter un déplacement de la poignée mobile. Le dispositif simulant un effort peut comporter par exemple un second vérin hydraulique présentant deux chambres et un piston ; les chambres du second vérin hydraulique sont alors avantageusement en communication avec 15 deux chambres du premier vérin hydraulique et un dispositif exerce un effort sur le piston du second vérin hydraulique. De cette manière, le premier vérin retransmet, à distance éventuellement, les déplacements de la poignée mobile selon un axe de commande au second vérin, qui est alors une "extension" du premier vérin. Le second vérin est soumis au dispositif exerçant un effort sur son piston et cet effort est retransmis par l'intermédiaire de la liaison hydraulique entre les deux vérins au premier vérin et est ainsi ressenti par l'utilisateur manipulant la poignée mobile. Dans cette dernière forme de réalisation, le dispositif exerçant un effort sur le piston du second vérin hydraulique est par exemple choisi dans l'ensemble de dispositifs comportant les vérins oléopneumatiques, les vérins actifs pilotés et les servo-commandes électriques. Dans une forme de réalisation préférée permettant de limiter le volume du dispositif au niveau de la poignée mobile, le dispositif simulant un effort du système de commandes de vol électriques selon l'invention est déporté par rapport à la poignée mobile. La présente invention concerne également un siège destiné à équiper un poste de pilotage d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un système de commandes de vol électriques tel que décrit plus haut. Un tel siège comporte par exemple au moins un accoudoir, et la poignée mobile et son système d'articulation sont intégrés à un accoudoir du siège. Pour s'adapter au mieux à la morphologie 2903660 3 de l'utilisateur, on peut aussi prévoir que la position de la poignée mobile est réglable par rapport à l'accoudoir dans lequel elle est intégrée. L'invention concerne enfin un poste de pilotage d'un aéronef et un aéronef, caractérisés en ce qu'ils comportent un siège tel que décrit au 5 paragraphe précédent. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : La figure 1 représente un accoudoir muni d'un minimanche selon 10 l'invention, La figure 2 montre à échelle agrandie le minimanche de la figure 1 en vue de côté, La figure 3 représente le minimanche de la figure 2 en vue de dessous, et 15 La figure 4 montre en perspective un boîtier de puissance délocalisé d'un minimanche selon l'invention. Le minimanche représenté aux dessins comporte de manière classique une poignée mobile 2, qui, par l'intermédiaire d'un mécanisme connu, est apte à pivoter autour d'un premier axe 4 de pilotage en roulis et autour d'un second axe 6 20 de pilotage en tangage. Ces deux axes sont perpendiculaires et disposés dans un même plan sensiblement horizontal. Un système d'articulation à double cardan 8 permet ce double mouvement de la poignée. Ce système d'articulation n'est pas décrit en détail ici car il peut s'agir d'un système d'articulation semblable à ceux utilisés sur des minimanches de l'art antérieur. De tels systèmes d'articulation sont 25 donc parfaitement connus de l'homme du métier. De façon connue également, le basculement de la poignée mobile 2 autour de l'axe de pilotage en roulis 4 est détecté par deux capteurs 10 tandis que deux autres capteurs 12 détectent les mouvements de la poignée mobile 2 autour de l'axe de pilotage en tangage 6. Les capteurs sont ici doublés pour des raisons 30 de sécurité. Ces capteurs 10 et 12 engendrent des ordres de pilotage électriques en roulis et en tangage qui correspondent aux basculements de la poignée mobile 2 et qui sont adressés à des calculateurs de commande de vol électriques non représentés ici par l'intermédiaire de câbles électriques (non représentés). En fonction des signaux reçus, les calculateurs calculent les positions de consigne 2903660 4 pour les volets, ailerons, etc... commandés et adressent ces consignes à des actionneurs agissant sur ces divers organes aérodynamiques. De manière connue, la poignée mobile est également équipée d'une part d'un interrupteur d'émission (push-to-talk switch) commandé par un levier 14 5 ainsi qu'un bouton de commande de reprise 16. Par rapport à une poignée mobile d'un minimanche de l'art antérieur, la poignée mobile 2 représentée aux dessins comporte un troisième degré de liberté. En effet, la poignée mobile peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire aux axes de pilotage en roulis 4 et en tangage 6. Le mouvement de la poignée mobile 2 10 autour de ce troisième axe, ou axe de commande de direction au sol 18, est détecté par des capteurs 20. De même que pour les capteurs 10 et 12, on prévoit ici deux capteurs 20 pour des raisons de sécurité. Chaque capteur 20 est par exemple un potentiomètre rotatif. Ces capteurs 20 sont disposés à la base de la poignée mobile 2, entre celle-ci et le système d'articulation à double cardan 8. 15 Chaque capteur 20, dans la forme de réalisation représentée aux dessins, présente la forme d'un demi-tore, les deux capteurs 20 formant ainsi un anneau torique à la base de la poignée mobile 2. Lorsque la poignée mobile 2 est tournée autour de l'axe de commande de direction au sol 18, il est rappelé dans sa position neutre à l'aide d'un double 20 ressort. Une partie de ce double ressort est comprimée lorsque la poignée mobile 2 s'éloigne de sa position neutre tandis que l'autre partie de ce double ressort est étirée. La position neutre correspond à la position de repos des deux parties de ce double ressort. Comme on peut le remarquer aux dessins, la poignée mobile 2 est 25 équipée d'un second levier appelé par la suite levier de freinage 22. Ce dernier est articulé autour d'un axe parallèle à l'axe de pilotage en tangage 6. Un capteur 24 est représenté uniquement sur la figure 3. II s'agit ici aussi d'un capteur double qui peut être un potentiomètre linéaire ou rotatif. Le levier de freinage 22 et son capteur associé 24 sont montés sur une base 25 de la poignée mobile 2, le levier 30 de freinage 22 étant placé à l'avant de la poignée mobile 2. Ainsi lorsque la poignée mobile 2 tourne autour de l'axe de commande de direction au soi 18 le levier de freinage tourne également de telle sorte que le levier de freinage 22 garde une même position relative par rapport à la poignée mobile 2. Un ressort non représenté est par exemple prévu d'une part pour ramener le levier de 2903660 5 freinage 22 dans sa position de repos et d'autre part afin de simuler un effort de freinage lorsqu'un utilisateur agit sur le levier de freinage 22. De manière connue, sur les minimanches de l'art antérieur, des dispositifs de sensation artificiels sont prévus sur les axes de pilotage en roulis et 5 en tangage de manière à fournir à l'utilisateur des sensations d'effort. Ces dispositifs de sensation sont généralement des dispositifs mécaniques comportant d'une part un ressort et d'autre part un amortisseur. De tels dispositifs de l'art antérieur ne sont pas repris ici. De manière originale, le minimanche selon l'invention comporte des 10 vérins 26 de transmission de déplacement. Dans la forme de réalisation représentée, quatre vérins sont prévus. Ces vérins sont disposés à chaque fois entre le système d'articulation à double cardan 8 et un boîtier 28. Ce dernier contient notamment le système d'articulation à double cardan 8, les divers capteurs 10, 12 pour les commandes en tangage et en roulis et sert de support à 15 la poignée mobile 2. Ce boîtier 28 est un boîtier rigide logé dans la partie avant d'un accoudoir 30 (figure 1). Deux vérins 26 sont à chaque fois prévus d'un côté de l'axe de pilotage en roulis 4 et d'un côté de l'axe de pilotage en tangage 6. Ces vérins 26 sont disposés deux à deux symétriquement par rapport à ces axes de pilotage. 20 Lors d'une rotation de la poignée mobile 2 autour de l'axe de pilotage en roulis 4 ou autour de l'axe de pilotage en tangage 6, le volume des chambres des vérins 26 varie. Du fluide hydraulique remplit ces chambres et une route hydraulique 32 présentant plusieurs conduites hydrauliques relie à chaque fois un vérin 26 à un vérin 34 délocalisé. Chaque vérin 34 est associé à un vérin 25 oléopneumatique double effet 36. Les quatre vérins 34 et les quatre vérins oléopneumatiques double effet 36 sont disposés dans un boîtier appelé boîtier de puissance 38 représenté sur la figure 4. Ce boîtier de puissance 38 est disposé en fonction de son encombrement et de la place disponible de préférence au niveau du siège associé à l'accoudoir 30 portant le boîtier 28 et la poignée mobile 2. II 30 peut alors prendre place par exemple à l'intérieur ou sous l'assise de ce siège ou bien encore être intégré ou accroché au dossier de ce siège. Les vérins oléopneumatiques double effet 36 contiennent à la fois un fluide compressible (gaz) et un fluide incompressible (liquide). Ces vérins oléopneumatiques double effet 36 permettent ainsi de réaliser à la fois la fonction 2903660 6 d'un ressort et la fonction d'un amortisseur. L'effet ressort et amortisseur est alors retransmis par les vérins 34 et 26, reliés par la route hydraulique 32, à la poignée mobile 2 et donc à l'usager (pilote) manipulant cette poignée mobile. Grâce à la délocalisation des dispositifs de sensation artificielle, on 5 arrive ainsi à réduire sensiblement le volume et la masse associés à la poignée mobile 2 du minimanche. Ceci permet ainsi d'intégrer cette poignée mobile 2 au niveau de l'accoudoir 30 d'un siège d'un pilote d'aéronef. Pour s'adapter à la morphologie du pilote, comme représenté par des doubles flèches sur la figure 1, le boîtier 28 associé à la poignée mobile 2 est réglable dans trois directions. Ces 10 réglages peuvent être réalisés à l'aide de moteurs électriques et une mémorisation des réglages peut être prévue. Un pilote peut donc facilement régler la position de la poignée mobile 2 de manière à pouvoir bien la saisir et mémoriser cette position de manière à ne pas avoir à chaque fois à refaire le même réglage. Le fait d'intégrer le minimanche au siège du pilote (et du copilote) 15 permet de libérer de l'espace au niveau de la banquette latérale de l'aéronef. Ceci rend l'architecture de ce tableau de bord plus simple et permet globalement une simplification dans la réalisation du poste de pilotage. Le fait de prévoir un troisième degré de liberté au niveau de la poignée mobile 2 permet de rajouter une nouvelle fonction au minimanche. La fonction 20 rajoutée ici est l'orientation des roues du train avant de l'aéronef correspondant. Cette fonction est assurée sur les aéronefs de l'art antérieur par un volant situé sur la banquette latérale. L'intégration de cette fonction au minimanche permet ici aussi une simplification de l'architecture du tableau de bord. Le pilote utilise alors le minimanche pour diriger son aéronef tant lorsque l'aéronef est en vol que 25 lorsqu'il est au sol. Le levier de freinage 22 est également utilisé lorsque l'aéronef est au sol. Dans les avions connus de l'art antérieur, le pilote utilise le palonnier de l'aéronef pour réaliser le freinage des roues du train d'atterrissage. Le levier de freinage proposé ici permet de réaliser ce freinage. 30 La présence de ce levier permet ainsi de supprimer le palonnier. Le palonnier est utilisé en vol pour agir sur des surfaces aérodynamiques au niveau de la dérive de l'aéronef. Les consignes données à ces surfaces aérodynamiques par l'intermédiaire du palonnier peuvent être données par les calculateurs associés au minimanche. En effet, ces calculateurs savent, en fonction de la 2903660 7 position de la poignée mobile, déterminer les valeurs de consignes pour agir sur ces surfaces aérodynamiques. En vol, les commandes du palonnier sont donc remplacées par les commandes en roulis et en tangage données par le pilote sur la poignée mobile tandis qu'au sol le levier de freinage intégré au minimanche 5 permet de remplacer le palonnier. L'intégration du levier de freinage au minimanche permet donc de supprimer le palonnier que l'on trouve généralement dans le poste de pilotage d'un aéronef. On réalise donc de cette manière une simplification supplémentaire du poste de pilotage de l'aéronef. 10 Au niveau du levier de freinage 22, il est possible de prévoir un dispositif de sensation artificielle. II peut s'agir uniquement d'un ressort mais il est également envisageable d'avoir une commande hydraulique associée au levier de freinage. On pourrait ainsi associer un vérin au levier de freinage et prévoir un vérin et un vérin oléopneumatique, à simple effet ou à double effet, 15 supplémentaire dans le boîtier de puissance 38. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif et aux variantes évoquées. Elle concerne également toutes les variantes à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. 20 Ainsi, les vérins oléopneumatiques à simple effet et/ou double effet décrits plus haut pourraient être remplacés par d'autres dispositifs permettant de créer des sensations dans la poignée mobile similaires à celles obtenues avec des ressorts et des amortisseurs. On pourrait ainsi prévoir des vérins actifs pilotés ou bien encore des servo-commandes électriques qui permettraient de simuler des 25 lois d'effort. REVENDICATIONS 1. Système de commandes de vol électriques pour aéronef, comportant une poignée mobile (2) autour d'au moins un axe de manoeuvre (4, 6) à l'aide d'un système d'articulation (8), des moyens permettant d'engendrer un ordre de pilotage à partir d'un mouvement de la poignée mobile autour d'un axe de manoeuvre, ainsi que des moyens permettant de fournir une sensation d'effort lors de l'actionnement de la poignée mobile, caractérisé en ce que les moyens permettant de fournir une sensation d'effort comportent un premier vérin hydraulique (26) relié mécaniquement au système d'articulation (8) et hydrauliquement à un dispositif simulant un effort (34, 36). 2. Système de commandes de vol électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'articulation 8 est disposé dans un boîtier (28), et en ce que le premier vérin hydraulique (26) prend appui sur une paroi interne de ce boîtier (28). 3. Système de commandes de vol électriques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif simulant un effort comporte un second vérin hydraulique (34) présentant deux chambres et un piston, en ce que les chambres du second vérin hydraulique sont en communication avec deux chambres du premier vérin hydraulique (26), et en ce qu'un dispositif (36) exerce un effort sur le piston du second vérin hydraulique (34). 4. Système de commandes de vol électriques selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif exerçant un effort sur le piston du second vérin hydraulique est choisi dans l'ensemble de dispositifs comportant les vérins oléopneumatiques (36), les vérins actifs pilotés et les servo-commandes électriques. 5. Système de commandes de vol électriques selon l'une des 30 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif (34, 36) simulant un effort est déporté par rapport à la poignée mobile (2). 6. Siège destiné à équiper un poste de pilotage d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un système de commandes de vol électriques selon l'une des revendications 1 à 5. 2903660 9 7. Siège selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un accoudoir (30), et en ce que la poignée mobile (2) et son système d'articulation (8) sont intégrés à un accoudoir (30) du siège. 8. Siège selon la revendication 7, caractérisé en ce que la position de la 5 poignée mobile (2) est réglable par rapport à l'accoudoir (30) dans lequel elle est intégrée. 9. Poste de pilotage d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un siège selon l'une des revendications 6 à 8. 10. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un siège selon l'une des 10 revendications 6 à 8.