Brevet FR2930760A1 — publié le 20091106

DISPOSITIF ANNEXE DE DEPLACEMENT AU SOL D'UN VEHICULE AERIEN A TURBINE A AIR La présente invention concerne un dispositif annexe de déplacement au sol d'un véhicule aérien et plus particulièrement un dispositif consistant en un système intégré de déplacement d'un véhicule aérien adapté à la traction du véhicule au sol. Elle s'applique en particulier aux avions commerciaux équipés de turboréacteurs. D'une manière générale, la phase de roulage des avions commerciaux au sol est effectuée grâce à la poussée d'au moins un des moteurs principaux de l'avion, et/ou en tractant l'aéronef au moyen d'un tracteur de piste. Le roulage d'un avion peut être découpé en deux phases. la première phase est la phase dite en anglais de � taxi out � c'est à dire la phase dans laquelle l'avion se dirige depuis la porte d'embarquement des passagers jusqu'au seuil de la piste dans le but de décoller: Au cours de cette phase l'avion quitte le terminal repoussé en marche 15 arrière au moyen d'un tracteur de piste et un ou plusieurs de ses moteurs principaux sont alors allumés. Une fois que l'avion est suffisamment écarté du terminal et positionné pour se déplacer en marche avant, le tracteur est déconnecté, l'avion se déplace alors à faible vitesse en utilisant la poussée d'un ou plusieurs de ses moteurs 20 principaux, depuis le terminal jusqu'au seuil de la piste de décollage. L'avion est alors contrôlé par le pilote depuis le cockpit via l'unité de pilotage. La seconde phase est la phase dite en anglais de � taxi-in �, c'est à dire la phase où l'avion se dirige après l'atterrissage depuis la piste d'atterrissage jusqu'au terminal : Dans cette phase, après avoir atterri, l'avion se dirige à faible vitesse de la piste d'atterrissage vers le terminal par la poussée d'un ou plusieurs de ses moteurs principaux, sous le contrôle du pilote dans le cockpit, via l'unité de pilotage. A l'approche du terminal, la manoeuvre de l'avion peut-être guidé par du personnel de piste et, en cas de trafic congestionné, l'avion peut s'arrêter avant le terminal et être ensuite amené par un tracteur de piste jusqu'à la porte de débarquement. Effectuer le roulage des avions selon la procédure actuelle est à l'origine de 10 coûts significatifs pour les compagnies aériennes. Ces coûts sont liés en premier lieu à l'utilisation des réacteurs pour le roulage, car ceux-ci sont dimensionnés pour la phase de vol, et n'ont donc pas un fonctionnement optimal à faible vitesse et faible puissance, ce qui entraîne une surconsommation de kérosène. 15 Ensuite, il faut également prendre en compte les coûts supplémentaires de maintenance et de réparation des dommages causés par le souffle des réacteurs lorsque les avions sont trop près les uns des autres, et par l'ingestion de débris par les réacteurs au cours du roulage. En outre, utiliser les réacteurs pour le roulage est par ailleurs une source de 20 pollution sonore dans l'aéroport, et entraîne l'émissions de particules polluantes qui ont un effet sur la qualité de l'air locale et contribuent à l'effet de serre. De plus la procédure actuelle rend l'avion dépendant de tracteurs de piste pour les marches arrières car les réacteurs des avion ne permettent généralement pas de manoeuvrer en marche arrière. 25 Ceci peut entraîner à la fois des délais, lorsque les tracteurs ne sont pas disponibles, et des coûts liés à leur utilisation. Il est donc souhaitable pour les compagnies de réduire leurs coûts opérationnels en optimisant les mouvements au sol des avions. Pour cela, de nouvelles procédures de roulage doivent être proposées, afin de diminuer la 30 consommation de kérosène, diminuer la durée de taxi ainsi que réduire les émissions sonores et les émissions de gaz polluants. 3 La solution proposée par la présente invention concerne ainsi un système de roulage autonome, logé dans ou à proximité des moyeux ou des jantes des roues des trains principaux ou du train avant d'un avion commercial. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux trains d'atterrissage, avant ou principaux, d'un avion de ligne équipé de turboréacteurs. Des solutions techniques concernant le roulage autonome des aéronefs existent et notamment le document US 2006/0065779 Al décrit un train avant équipé d'au moins un axe de roue, au moins une roue couplée à l'axe de roue, au moins un moteur de roue couplé à l'axe de roue et à la roue et un dispositif de commande relié au moteur de roue et faisant tourner la roue. Ce document envisage comme mode de réalisation unique un moteur électrique logé dans la jante d'au moins une roue du train avant. Ce moteur électrique permet d'assurer la fonction de taxi, mais aussi de mettre en rotation les roues du train avant préalablement à l'atterrissage, afin de minimiser l'usure des pneus au moment où ceux-ci touchent la piste. Le principal inconvénient d'un système de train avant à moteur électrique motorisé est l'utilisation d'un système loin de l'APU (générateur auxiliaire situé à l'arrière de l'appareil qui fournit notamment la puissance électrique lorsque l'avion est au sol) ce qui nécessite le rajout de câblage de puissance et donc de la masse additionnelle embarquée. En outre, la masse totale d'un système de propulsion électrique comprend le moteur lui-même, le câblage de puissance, le convertisseur de puissance, le contrôleur et éventuellement un mécanisme de débrayage. La masse de ces appareils est bien souvent élevée et le carburant consommé par le fait de transporter cette masse additionnelle (effet boule de neige) risque d'annuler l'économie de carburant réalisée au cours du taxi. L'utilisation du train avant en traction a aussi pour inconvénient que la masse répartie sur le train avant risque de ne pas être suffisante pour permettre la traction de l'avion par le train avant: si la traction à appliquer est supérieure à la traction maximum applicable, la roue patine et l'avion ne peut pas avancer. Selon le document US 3 874 619, un dispositif hydraulique combinant système de freinage et système propulsif particulier selon lequel les freins sont montés sur des vérins assurant une mobilité de l'aéronef. Selon le document US 3 059 712, un moteur hydraulique entraîne, au travers d'une vis sans fin, une couronne qui est couplée à la jante d'une roue d'un train d'atterrissage par un élément gonflable torique. L'entraînement de la roue est fait par le moteur hydraulique après gonflage 5 de l'élément gonflable qui permet l'entraînement. Une autre réalisation décrite dans le document US 3 711 043 est constituée par un moteur hydraulique logé dans le moyeu d'au moins une roue d'au moins un train principal de l'avion. Ce type de système, comme le précédent ne peut fonctionner sans l'installation d'un système de distribution hydraulique, ce qui 10 nécessite une importante modification de l'architecture hydraulique de l'avion et a un coût en termes de masse additionnelle embarquée. Enfin, le document WO 2007/048164 Al décrit un dispositif électromagnétique pouvant fonctionner comme moteur et générateur placé dans la jante d'au moins une roue d'au moins un train principal, ce qui permet d'assurer 15 à la fois les fonctions de roulage et de freinage, en remplacement des freins carbones qui aujourd'hui occupent cet espace dans les jantes des trains principaux. Ce type de système se révèle être pour le moment trop lourd et encombrant pour être monté de manière avantageuse sur avion. La présente invention a pour but de fournir un système de roulage 20 autonome pour avion commercial, qui puisse être logé à proximité d'un ou plusieurs trains avant ou principaux plus simple et plus léger que les solutions existantes, de sorte que l'avion puisse se déplacer au sol entre le terminal et la piste de décollage ou d'atterrissage sans l'aide de ses moteurs principaux ou de matériel de piste tout en consommant peu de carburant dans ces phases de 25 roulage et sans ajouter de surconsommation notable en phases de vol. Pour ce faire, la présente invention prévoit un dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage d'un aéronef qui comporte au moins une machine à turbine intégrée au niveau du train d'atterrissage de l'aéronef. Préférablement, la machine à turbine comprend un étage de turbine axiale 30 entraînant un arbre de sortie au travers d'un réducteur/inverseur constitué d'un ou plusieurs trains épicycloïdaux. Avantageusement la machine à turbine comprend un dispositif de roue libre. Selon un mode de réalisation particulier, la machine à turbine est une turbine pneumatique. Dans ce cadre, selon une première variante, le dispositif d'entraînement comporte un système pneumatique d'alimentation de la turbine, prenant son air 5 sur le circuit pneumatique de l'avion. La liaison peut dans ce cas notamment être réalisée par un piquage sur le réseau reliant l'unité auxiliaire de puissance aux systèmes de conditionnement d'air de l'aéronef en amont de ces systèmes de conditionnement d'air. Selon une seconde variante, le dispositif d'entraînement comporte un 10 système pneumatique d'alimentation de la turbine, prenant son air sur le circuit pneumatique d'un compresseur. De manière avantageuse le système d'alimentation pneumatique est adapté à la cinématique du train et comporte pour ce faire des moyens articulés et/ou télescopiques. 15 Le dispositif comporte avantageusement une vanne de réglage et de fermeture d'arrivée d'air sur le système d'alimentation pneumatique. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif comporte un système de gestion de l'air au niveau d'un compresseur ou de la vanne de réglage et de fermeture, adapté à piloter le débit d'air et la vitesse de rotation de la turbine et 20 donc la vitesse de la ou des roues et directement contrôlé par l'équipage depuis le cockpit par le biais d'un moyen de commande approprié tel qu'un mini-manche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins qui représentent: 25 en figure 1: une vue de côté en semi-coupe d'un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention; en figure 2: une vue d'un détail d'un train avant représentant des moyens d'alimentation du dispositif de la figure 1; en figure 3: une vue d'un détail d'implantation d'un second exemple de 30 dispositif selon l'invention; en figure 4: une vue d'un détail d'implantation d'un troisième exemple de dispositif selon l'invention; 6 Comme vu précédemment, l'invention consiste à intégrer sur une ou plusieurs parties d'un train d'atterrissage avant ou principal de l'avion une ou plusieurs machines à turbines 1. Les machines à turbines 1 sont des turbines pneumatiques parties d'un 5 dispositif d'entraînement pneumatique d'une ou plusieurs roues 22 d'un train d'atterrissage 19. Le dispositif pneumatique est constitué, de manière non exhaustive, d'un système d'alimentation pneumatique 2 et d'une turbine pneumatique. La turbine pneumatique représentée à la figure 1 comprend une entrée d'air 10 sous pression 25 alimentant un étage de turbine axiale 5 entraînant un arbre de sortie 7. L'arbre de sortie se termine ici par un engrenage conique qui entraîne l'arbre de roue 14 représenté en pointillé sur la figure 1. Pour adapter la vitesse de rotation de la roue et permettre un 15 fonctionnement en marche arrière, un réducteur/inverseur 6 constitué d'un ou plusieurs trains épicycloïdaux ou tout autre moyen de réduction adapté est prévu entre la turbine et l'axe de roue. Le dispositif comporte préférablement un système de roue libre 8 adapté à désolidariser la turbine de la roue. 20 Le système d'alimentation de cette turbine à air comprend une ligne d'air sous pression 2 reliant une source de pressurisation à la turbine et comprend une vanne 3 de réglage et de fermeture de l'arrivée d'air en un endroit de la ligne d'air pressurisé. Dans le cas d'une architecture pour laquelle le système auxiliaire de 25 puissance 9 communément appelé APU ne fournit pas d'air sous pression et où un compresseur électrique alimente le système de conditionnement d'air au sol, l'endroit le plus propice à l'alimentation de la turbine est la sortie du compresseur. La figure 5 représente le cas d'une architecture pour laquelle le système auxiliaire de puissance APU fournit de l'air sous pression aux systèmes de 30 conditionnement d'air 10. Dans ce cas; la liaison est avantageusement réalisée par un piquage sur le réseau 11 reliant l'APU 9 aux systèmes de conditionnement d'air 10. Dans un tel cas, il est aussi possible de considérer l'utilisation d'un compresseur particulier pour alimenter la ou les turbines à air. Le dispositif comporte en outre avantageusement un système de gestion de l'air au niveau du compresseur ou de la vanne 3 de fermeture pour piloter le débit d'air et la vitesse de la turbine et donc de la ou des roues commandées. L'alimentation pneumatique 2 consiste en un réseau de tuyaux pneumatiques adaptés à relier une source d'air comprimée à la turbine considérée. Le réseau est adapté à la cinématique du train et notamment la figure 2 représente le positionnement d'un coude mobile 15 autorisant la rotation et assurant l'approvisionnement en air pressurisé en mode déployé situé dans l'axe "A" de rotation du train. Sur la figure 3 représentant la jambe de train 19, la tubulure d'alimentation 2 et une turbine 1 disposée derrière la jambe de train 19 couplée à un arbre 14 commun à deux roues, un dispositif de tube télescopique 16 permet de compenser les déplacements de la suspension de la jambe de train. La mise en route du système est directement commandée par l'équipage depuis le cockpit. En effet, celui-ci en appuyant sur un bouton envoie un signal électrique au contrôleur principal 20 situé dans le coeur électrique de l'avion. Celui-ci convertit le signal électrique en signal logique envoyé vers la vanne 3 de fermeture d'arrivée d'air pressurisé. L'ouverture de la vanne permet alors l'alimentation en air de la turbine à air et, si nécessaire pour permettre un surcroît de puissance, le coeur électrique de l'avion commande la coupure de l'alimentation des dispositifs de climatisation. Lors des phases de roulage en marche avant à basse vitesse, entre le terminal et la piste, la vitesse de l'avion est directement contrôlée par l'équipage depuis le cockpit par le biais d'un moyen de commande approprié 4 tel qu'un minimanche électrique qui envoie un signal de commande au coeur électrique de l'avion. Celui-ci relaie le signal au système de gestion d'arrivée d'air régulant la pression d'air en entrée de la turbine. De cette pression dépend la vitesse de rotation de la turbine, et donc la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 7. Cet arbre entraîne la rotation d'une ou plusieurs des roues du train sur laquelle cette turbine 8 à air est montée. Ainsi, l'équipage, en contrôlant depuis le cockpit la pression d'air, contrôle directement la vitesse de roulage de l'avion. Lors de la phase de roulage, le contrôle de l'appareil lors des phases virages au sol est similaire à celui utilisé aujourd'hui. Un signal électrique est envoyé du cockpit au contrôleur électrique de l'avion qui transmet l'information au contrôleur de direction du train avant. Le système peut être unique, c'est à dire monté sur un seul train, entraînant une ou plusieurs roues de ce train ou bien peut être multiple, c'est à dire composé de plusieurs turbines montées chacune sur un train différent, voir comporter plusieurs turbines sur un même train. Le système multiple permet d'assurer la fonction roulage même en cas de défaillance d'une des turbines et d'améliorer la capacité de guidage de l'appareil grâce à un control différentiel de la vitesse des roues propulsées. Lors des phases à grande vitesse (décollage et atterrissage), l'avion est propulsé à l'aide de ses moteurs principaux ; la turbine est alors désengagée de l'axe des roues grâce au système de roue libre 8 et le système n'est plus alimenté en air. Un système d'inversion de sens de rotation est avantageusement intégré au dispositif de turbine à air. Pour facilité la maintenance, le dispositif de turbine à air doit être facilement démontable. Pour ce faire, un système d'interface à montage aisé est adapté entre le dispositif selon l'invention et le train d'atterrissage. Ce système 23 est par exemple identique aux systèmes connus utilisés pour fixer le démarreur à air des moteurs principaux de l'avion à la boîte 25 d'accessoires desdits moteurs. Il pourra par ailleurs être envisagé de faire rouler et voler un avion possédant un train prévu pour le dispositif selon l'invention, mais dont la turbine à air et/ou le réseau pneumatique aura été préalablement démonté, l'avion restant utilisable même si le dispositif selon l'invention est en cours de réparation dans un 30 atelier. Les moteurs principaux étant éteints durant la phase de roulage, la consommation totale de pétrole pour une même mission décroît fortement si une 9 telle invention est adoptée. De même, les émissions globales et locales s'en trouvent fortement réduites, de même que le niveau sonore. En outre, une telle procédure de roulage permet d'éviter l'ingestion de débris étrangers par les moteurs, lorsqu'ils fonctionnent pour le roulage. Le dispositif selon l'invention permet des mouvements autonomes de l'avion au sol, sans l'aide de tracteurs de piste, ce qui permet une économie de temps et une réduction des coûts d'opération. Contrairement à un moteur électrique ou hydraulique, le dispositif selon l'invention ne nécessite pas d'importantes modifications de l'architecture de l'avion. Seule une ligne de d'air pressurisé doit être ajoutée par turbine à air. En outre, la masse totale de ce dispositif est réduite par rapport aux autres solutions proposées. REVENDICATIONS1 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue (22) d'un train d'atterrissage d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une machine à turbine (1) intégrée au niveau du train d'atterrissage (19) de l'aéronef. 2 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon la revendication 1, pour lequel la machine à turbine comprend un étage de turbine axiale (5) entraînant un arbre de sortie (7) au travers d'un réducteur/inverseur (6) constitué d'un ou plusieurs trains épicycloïdaux. 3 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon la revendication 1 ou 2, pour lequel la machine à turbine comprend un dispositif de roue libre (8). 4 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train 15 d'atterrissage selon l'une des revendications 1 à 3, pour lequel la machine à turbine (1) est une turbine pneumatique. 5 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon la revendication 4, pour lequel le dispositif d'entraînement comporte un système pneumatique (2) d'alimentation de la turbine, prenant son air 20 sur le circuit pneumatique de l'avion. 6 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon la revendication 5, pour lequel la liaison est réalisée par un piquage sur le réseau (11) reliant l'unité auxiliaire de puissance (9) aux systèmes de conditionnement d'air (10) de l'aéronef en amont de ces systèmes de 25 conditionnement d'air. 7 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon la revendication 4, pour lequel le dispositif d'entraînement comporte un système pneumatique (2) d'alimentation de la turbine, prenant son air sur le circuit pneumatique d'un compresseur. 30 8 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (3) de réglage et de fermeture d'arrivée d'air sur le système d'alimentation pneumatique. 9 - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un système de gestion de l'air au niveau d'un compresseur ou de la vanne (3) de réglage et de fermeture, adapté à piloter le débit d'air et la vitesse de rotation de la turbine et donc la vitesse de la ou des roues et directement contrôlé par l'équipage depuis le cockpit par le biais d'un moyen de commande (4) approprié tel qu'un mini-manche. - Dispositif d'entraînement d'au moins une roue d'un train d'atterrissage selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le 10 système d'alimentation pneumatique est adapté à la cinématique du train et comporte pour ce faire des moyens articulés (15) et/ou télescopiques (16).