Brevet FR2913949A1 — publié le 20080926

PERFECTIONNEMENTS A LA DETECTION DE LA REPRISE D'EFFORT DE LA VOIE SECONDAIRE D'UN ACTIONNEUR DE COMMANDE DE VOL DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR La présente invention est relative à la reprise d'effort par une voie secondaire d'un actionneur de commande de vol d'aéronef. Elle trouve notamment avantageusement application dans le cas d'actionneur de type THSA ( Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator ). On sait que classiquement, de tels actionneurs comportent deux voies mécaniques, l'une primaire, l'autre secondaire, cette dernière étant destinée 15 à reprendre l'effort lorsque la voie primaire est défaillante. En fonctionnement sur la voie primaire, les efforts transitent par une vis à billes ou à rouleaux creuse. Cette caractéristique permet d'y loger une tige de sécurité (barre dite fait safe ), rainurée à ses extrémités et reliée avec 20 jeu à la vis. Cette structure assure la continuité de la transmission des efforts et de la rotation de l'ensemble (en évitant une séparation axiale des éléments de la vis, en cas de rupture de la vis elle-même). La vis se termine à une de ses extrémités par une pièce d'attache par laquelle elle est reliée à l'aéronef (attache haute primaire). En cas de défaillance de celle-ci, les 25 efforts sont repris par la tige de sécurité dont l'extrémité est une forme mâle (par exemple une sphère) disposée dans une forme femelle d'une pièce d'attache de la voie secondaire (attache haute secondaire). Cette attache secondaire est elle-même reliée à l'aéronef au moyen d'une pièce d'attache avion différente de celle utilisée pour supporter la voie primaire. 30 En fonctionnement normal , lorsque la voie primaire porte l'effort, il existe un jeu entre la forme mâle qui termine la tige de sécurité et la forme femelle de la pièce d'attache de la voie secondaire, de sorte que la pièce d'attache secondaire avion ne supporte pas d'autre effort que le poids de la pièce d'attache femelle secondaire du THSA. Lors de la défaillance de la voie primaire, la forme mâle qui termine la vis vient en contact avec la forme femelle de la pièce d'attache de la voie secondaire ce qui entraine la reprise d'effort par la chape de fixation secondaire avion. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une solution pour détecter la reprise d'effort, afin notamment d'informer le pilote de ce que la voie secondaire a pris le relais de la voie primaire. Un autre but de l'invention est en particulier de résoudre cette 15 problématique de détection d'une façon simple et efficace. Un autre but encore de l'invention est de proposer une solution permettant d'éviter toute détection intempestive, et ce alors même que l'actionneur doit pouvoir être soumis à des environnements extérieurs sévères, notamment 20 mécaniques, chimiques, climatiques ou électriques. L'invention propose notamment d'utiliser les pièces d'attache de fixation secondaire de l'actionneur d'une part et de l'aéronef d'autre part pour détecter un changement des contraintes mécaniques présentes dans la 25 fixation lorsque les efforts sont repris par la voie secondaire. Plus particulièrement, l'invention propose un dispositif pour la détection de la reprise d'effort par une voie secondaire d'un actionneur de commande de vol présentant une voie primaire et une voie secondaire apte à reprendre 30 l'effort de la voie primaire en cas de défaillance de celle-ci, la voie primaire comportant une vis, la vis se terminant par une pièce d'attache de la voie primaire, la voie secondaire comportant une tige de sécurité de reprise d'effort traversant la vis, cette tige se terminant par une forme mâle reçue - avec jeu lorsque la voie primaire porte l'effort - dans une forme femelle d'une pièce d'attache de la voie secondaire, la forme mâle qui termine la tige et la forme femelle de la pièce d'attache étant sphériques ou de révolution, l'attache haute de la voie secondaire étant assurée par cette pièce d'attache, une chape de fixation de l'aéronef et des moyens de type vis/boulon, caractérisé en ce que des moyens de détection de la mise sous charge de la voie secondaire sont disposés sur une ou plusieurs des pièces assurant la fixation de l'attache haute de la voie secondaire. Les moyens de détection de la mise sous charge peuvent comporter une ou plusieurs jauges extenso-métriques, ces jauges étant aptes à se déformer sous l'effet de la contrainte générée lorsque la voie secondaire est chargée et reprend l'effort. Notamment, il peut être prévu que le dispositif comporte au moins une lame à jauge de contrainte disposée sur une rainure que présente une vis de fixation au droit du trou d'une chape de la pièce d'attache dans lequel elle est reçue, ladite chape présentant au niveau de ce trou un élément en saillie apte à mettre en contrainte la lame au moins dans certaines configurations de mise sous charge. Dans une autre variante de réalisation encore, le dispositif comporte des moyens pour exciter en vibration une des pièces participant à la fixation de l'attache haute de la voie secondaire, des moyens pour relever les vibrations ainsi générées sur cette pièce et des moyens de traitement pour détecter un changement de la réponse en fréquence de la pièce excitée. Il peut également être prévu qu'une pièce d'attache comporte une bague déformable, solidaire ou non de l'axe, et qui présente au moins un capteur 30 de pression. L'invention concerne également un actionneur de commande de vol, et notamment un actionneur de type THSA, caractérisé en ce que l'attache à la fixation avion comporte un tel dispositif. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique illustrant le principe d'un actionneur ; - les figures 2a à 2c sont des représentations schématiques en vue de côté et en coupe illustrant la fixation de l'attache haute de la voie secondaire ; - les figures 3a et 3b illustrent un mode de réalisation possible pour les moyens de détection disposés au niveau des pièces participant à l'attache haute telle qu'illustrées sur les figures 2a à 2c ; - les figures 4 et 5 illustrent deux autres modes de réalisation possibles. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS EXEMPLES DE REALISATION STRUCTURE GENERALE DE L'ACTIONNEUR On a représenté schématiquement sur la figure 1 un actionneur 1 de commande de vol avec une voie primaire et une voie secondaire. Cet actionneur 1 est par exemple un vérin de type THSA, pour la commande d'un plan 2 horizontal variable d'aéronef. Il comporte une voie primaire qui comprend une vis creuse 3 reliée à une extrémité, par un système à cardan 4, à la structure S1 de l'avion. La voie primaire comprend également un écrou 5, qui coopère avec la vis 3 en étant30 monté sur celle-ci et qui est relié au plan 2 à commander, par exemple par un autre système à cardan 6. Une tige de sécurité 9 s'étend à l'intérieur de la vis creuse 3. Cette tige 9 se termine par une tête 7 sphérique placée avec jeu à l'intérieur d'une forme sphérique femelle 10 d'une pièce d'attache 8 de la voie secondaire, cette pièce d'attache 8 étant elle-même fixée à une structure S2 de l'avion. Cet actionneur est par exemple commandé par un moteur hydraulique ou électrique M, qui entraîne la vis 3 en rotation et déplace l'écrou 5 en translation, ce dernier étant à cet effet bloqué en rotation. Le déplacement en translation de l'écrou 5 permet ainsi de commander le basculement que l'on souhaite donner au plan horizontal variable 2. FIXATION DE L'ATTACHE HAUTE SECONDAIRE On a représenté sur les figures 2a, 2b et 2c la fixation de la pièce d'attache 8 de la voie secondaire sur une chape 11 supérieure de fixation de la structure S2 de l'avion. Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, la pièce 8 est un étrier qui comporte deux chapes entre lesquelles est reçue la chape 11. Deux vis 12 parallèles s'étendent à travers les chapes de la pièce 8 et la pièce 11, l'ensemble étant fixé par serrage entre des têtes 12a qui terminent les vis 12 à une extrémité et des écrous 13 dont le filetage coopère avec celui des vis 12 à leurs autres extrémités. DETECTION DE LA MISE SOUS CHARGE Des moyens de détection d'effort sont disposés sur au moins l'une des vis 30 12 ou au moins l'une des deux chapes de la pièce 8 pour détecter la reprise d'effort par la voie secondaire. Les figures 3a et 3b illustrent une solution dans laquelle l'une des vis 12 présente au droit d'une des chapes de la pièce d'attache 8 plusieurs rainures 14 en creux au niveau desquels s'étendent des lames souples 15 porteuses de jauges de contrainte. La chape correspondante de la pièce d'attache 8 comporte quant à elle un certain nombre de poinçons 16 en saillie qui, lorsque l'effort est supporté par la voie secondaire et que la pièce d'attache 8, la chape 11 et les vis 12 sont en charge soit en compression, soit en traction, viennent en appui sur la vis et déforment les lames 14 à jauges de contrainte. Les lames à jauges de contraintes sont par exemple réparties régulièrement sur la périphérie de la vis 12. Elles sont par exemple au nombre de trois ou plus de façon à pouvoir détecter des efforts qui ne seraient pas uniquement des efforts en compression ou traction, mais qui seraient dirigés avec un certain angle par rapport à la direction principale de traction/compression. Les poinçons 16 ont par exemple quant à eux la même répartition que les lames à jauges de contrainte. Les lames à jauges de contrainte sont par exemple des membranes souples en feuillard d'acier inoxydable sur lesquelles les jauges de contrainte sont collées ou déposées. On notera qu'une solution à lames à jauges de contrainte du type de celle qui vient d'être décrite à l'avantage de permettre de ne pas affaiblir le montage de fixation de l'attache haute secondaire ù lequel doit être capable de supporter des efforts de une à plusieurs dizaines de Tonnes, tout en permettant la détection d'efforts de l'ordre de une à plusieurs dizaines de Kg. D'autres solutions de détection d'efforts au niveau de l'attache haute secondaire sont envisageables.30 La figure 4 illustre une solution dans laquelle deux lames piézo-électriques 17a, 17b sont positionnées sur l'une des vis 12. La lame 17a est utilisée pour exciter la vis 12 en la faisant vibrer autour de sa ou ses fréquences de résonance. La lame 17b joue le rôle de transducteur et relève les vibrations de la vis 12. On comprend que selon que l'attache haute de la voie secondaire est ou non en charge, la réponse en vibration, et notamment la fréquence de résonnance de la vis 12, change. Un traitement de la réponse en fréquence telle que mesurée par la lame 17b, mettant en oeuvre par exemple des filtrages autour des fréquences de résonance de la vis 12 selon qu'elle est ou non en charge, permet de détecter la mise en charge ou non de la voie secondaire. Ce traitement est par exemple mis en oeuvre par un calculateur 18 qui pourra également tenir compte d'autres paramètres externes pour ajuster ces filtrages : température notamment. 20 Ce calculateur 18 est lui-même relié à un élément de type interrupteur qu'il bascule pour mettre en circuit ouvert ou à la masse le circuit de détection de défaillance de commande de vol de l'aéronef. Bien entendu, les lames piézo-électriques 17a, 17b peuvent être disposées 25 sur d'autres pièces participant à la fixation de l'attache haute de la voie secondaire, pièce d'attache 8 ou chape 11 par exemple. En particulier, on peut envisager d'équiper soit une seule vis, soit les deux vis 12, soit encore la chape 11 ou la pièce d'attache 8, et de multiplier ainsi les différentes mesures, de façon à disposer d'un système redondant et le cas échéant 30 travailler en différentiel. En variante encore, ainsi qu'illustré sur la figure 5, on peut prévoir d'équiper l'une des chapes de la pièce d'attache 8 d'une bague 19 constituée par une 15 enveloppe remplie de silicone et intégrant un ou plusieurs capteurs de pression 20, par exemple du type à pont de silicium. Lors de la mise en charge de la voie secondaire, la vis 12 supportant l'effort 5 mettra en charge la bague 19. Le changement de pression sera alors détecté par le capteur 20 équipant la bague 19. 10 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la détection de la reprise d'effort par une voie secondaire d'un actionneur de commande de vol présentant une voie primaire et une voie secondaire apte à reprendre l'effort de la voie primaire en cas de défaillance de celle-ci, la voie primaire comportant une vis, la vis se terminant par une pièce d'attache de la voie primaire, la voie secondaire comportant une tige de sécurité de reprise d'effort traversant la vis, cette tige se terminant par une forme mâle reçue - avec jeu lorsque la voie primaire porte l'effort - dans une forme femelle d'une pièce d'attache de la voie secondaire, la forme mâle qui termine la tige et la forme femelle de la pièce d'attache étant sphériques ou de révolution, l'attache haute de la voie secondaire étant assurée par cette pièce d'attache, une chape de fixation de l'aéronef et des moyens de type vis/boulon, caractérisé en ce que des moyens de détection de la mise sous charge de la voie secondaire sont disposés sur une ou plusieurs des pièces assurant la fixation de l'attache haute de la voie secondaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de détection de la mise sous charge comportent une ou plusieurs jauges extenso-métriques. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une lame à jauge de contrainte disposée sur un renfoncement que présente une vis de fixation au droit du trou d'une chape de la pièce d'attache dans lequel elle est reçue, ladite chape présentant au niveau de ce trou un élément en saillie apte à mettre en contrainte la lame au moins dans certaines configurations de mise sous charge. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois lames à jauge de contrainte réparties régulièrement autour d'une périphérie de la vis. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour exciter en vibration une des pièces participant à la fixation de l'attache haute de la voie secondaire, des moyens pour relever les vibrations ainsi générées sur cette pièce et des moyens de traitement pour détecter un changement de la réponse en fréquence de la pièce excitée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'excitation et les moyens pour relever les vibrations sont de type piézo-électriques. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des chapes de la pièce d'attache comporte une bague déformable, solidaire ou non de la vis de fixation, et qui présente au moins un capteur de pression. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que cette bague déformable comprend une enveloppe remplie d'un matériau, par exemple de type huile silicone et un capteur de pression de type à pont de silicium. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs moyens de détection disposés sur une ou plusieurs des pièces assurant la fixation de l'attache haute de la voie secondaire pour assurer des mesures redondantes ou complémentaires. 10.Actionneur de commande de vol, notamment de type THSA, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 20 25 30