Brevet FR2946617A1 — publié le 20101217

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif d'actionnement d'une gouverne d'aéronef, en particulier d'une gouverne d'aile d'avion. ETAT DE LA TECHNIQUE Les gouvernes de vol sont des organes permettant de modifier l'écoulement de l'air environnant sur la surface de l'aéronef. Les gouvernes de vol principales sont actionnées en phase de vol. Les gouvernes de vol secondaires ne sont actionnées que lors de certaines phases de vitesse réduite, notamment les phases de décollage et d'atterrissage. Parmi les gouvernes de vol secondaires, les gouvernes intégrées dans la voilure incluent des becs de bord d'attaque, des volets hypersustentateurs de bord d'attaque et des volets hypersustentateurs de bord de fuite. Les becs et volets sont des parties mobiles de la voilure qui permettent de modifier le profil des ailes lors de phases de décollage et d'atterrissage. Lorsqu'ils sont déployés, les volets et les becs de bord d'attaque augmentent la courbure du profil de la voilure, ce qui a pour effet d'augmenter les forces de portance et de traînée s'exerçant sur la voilure. Un système de commande de vol permet au pilote de l'aéronef de commander les différentes gouvernes. Chaque gouverne est généralement déployée et rétractée par l'intermédiaire d'un ensemble mécanique de déplacement associé, qui lorsque la gouverne est rétractée vient se loger à l'intérieur de la voilure. Certains systèmes de commande de vol dit � centralisés � comprennent un organe d'entrainement (moteur) central et une chaîne mécanique de transmission incluant une timonerie s'étendant le long de la voilure et des mécanismes réducteurs, chaque mécanisme réducteur étant connecté à un ensemble mécanique de déplacement d'une gouverne. D'autres systèmes de commande de vol dit � décentralisés � comprennent une pluralité d'organes d'entrainement, chaque organe d'entrainement étant connecté au mécanisme de déplacement d'une gouverne. Ces systèmes peuvent inclure notamment des vérins hydrauliques pour actionner les différents mécanismes de déplacement. Un inconvénient des systèmes connus est qu'ils incluent des dispositifs d'actionnement (timonerie, réducteurs, vérins) relativement encombrants. Sur certains aéronefs, ces dispositifs d'actionnement sont d'ailleurs logés dans des carénages agencés sous la voilure. Or les constructeurs ont désormais tendance à réduire l'épaisseur de la voilure û c'est-à-dire à prévoir un profil d'aile de plus en plus fin - afin de réduire le poids de l'aéronef, ce qui laisse de moins en moins d'espace pour loger les dispositifs d'actionnement des gouvernes. En outre, les dispositifs d'actionnement ne doivent pas interférer avec la partie structurale de la voilure généralement constituée d'un longeron avant, d'un longeron arrière et d'un caisson de voilure situé entre les longerons avant et arrière. RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un dispositif d'actionnement d'une gouverne d'aéronef adapté pour être logé dans une aile de faible épaisseur. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'actionnement d'une gouverne d'aéronef, comprenant : - une pièce guignol mobile en rotation autour d'un axe de rotation et adaptée pour être reliée à un ensemble mécanique de déplacement de la gouverne, - un arbre de transmission destiné à être relié à un organe d'entrainement, l'arbre de transmission étant mobile en translation selon une direction de translation, parallèle à l'axe de rotation de la pièce guignol, - des premiers moyens de liaison entre l'arbre de transmission et la pièce guignol pour convertir un déplacement en translation de l'arbre généré par l'organe d'entrainement en un déplacement en rotation de la pièce guignol, afin d'actionner l'ensemble mécanique de déplacement de la gouverne. Avec un tel dispositif d'actionnement, l'arbre de transmission peut être agencé parallèlement au longeron avant ou arrière de l'aile. Le dispositif d'actionnement proposé tire partie de l'existence d'un espace allongé disponible entre deux ensembles mécaniques de déplacement de gouverne. Cet espace allongé autorise un déplacement en translation de l'arbre de transmission parallèlement à l'axe de rotation du guignol qui est fixe par rapport à l'aile. Le dispositif est particulièrement adapté pour être installé dans une voilure de faible épaisseur, sans interférer avec la partie structurale de la 10 voilure. Le dispositif peut en outre présenter les caractéristiques suivantes : - les premiers moyens de liaison comprennent une première portion d'arbre, solidaire de l'arbre d'entrainement et présentant des premières cannelures hélicoïdales coopérant avec des cannelures hélicoïdales 15 complémentaires de la pièce guignol, - le dispositif comprend un organe d'entrainement sous la forme d'un moteur rotatif et des deuxièmes moyens de liaison pour convertir un mouvement de rotation du moteur en un déplacement en translation de l'arbre d'entrainement, 20 - les deuxièmes moyens de liaison comprennent une deuxième portion d'arbre présentant des deuxièmes cannelures hélicoïdales coopérant avec des cannelures hélicoïdales complémentaires d'une pièce intermédiaire, la deuxième portion d'arbre ou la pièce intermédiaire étant apte à être entrainée en rotation par le moteur, la rotation de l'une 25 provoquant une translation de l'autre, - la pièce intermédiaire étant apte à être entrainée en rotation par le moteur, la deuxième portion est solidaire de l'arbre d'entrainement, - la deuxième portion d'arbre étant apte à être entrainée en rotation par le moteur, la pièce intermédiaire est solidaire de l'arbre d'entrainement, 30 - le dispositif comprend un deuxième arbre d'entrainement, la deuxième portion d'arbre étant solidaire du deuxième arbre d'entrainement, - les premières cannelures hélicoïdales présentent un pas résultant supérieur à un pas résultant des deuxièmes cannelures hélicoïdales, - le dispositif comprend deux organes d'entrainement et des moyens différentiels pour convertir des déplacements en rotation des organes d'entrainement en un déplacement en rotation la deuxième portion d'arbre ou de la pièce intermédiaire à une vitesse de rotation proportionnelle à une somme de vitesses de rotation des organes d'entrainement. - le dispositif comprend une bielle de renvoi comprenant une première extrémité montée rotative par rapport à la pièce guignol et une deuxième extrémité montée rotative par rapport à une pièce d'entrée de l'ensemble mécanique de déplacement de la gouverne, la pièce d'entrée étant montée rotative autour d'un axe fixe par rapport à une aile d'avion. PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit 15 être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - les figures 1A à 1c représentent de manière schématique, en vue transversale par rapport à une aile d'avion, un exemple d'ensemble mécanique de déplacement d'un volet de bord d'attaque, - les figures 2A et 2B représentent de manière schématique un 20 dispositif d'actionnement conforme à un mode de réalisation possible de l'invention, - les figures 3A, 3B, 4A et 4B représentent de manière schématique deux positions extrêmes du dispositif d'actionnement, - les figures 5A et 5B représentent de manière schématique un 25 premier agencement de dispositifs d'actionnement dans une aile, - les figures 6A et 6B représentent de manière schématique un deuxième agencement de dispositifs d'actionnement dans une aile, - la figure 7 représente de manière schématique un troisième agencement de dispositifs d'actionnement dans une aile. 30 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Les figures 1A à 1c représentent de manière schématique, en vue transversale par rapport à une aile d'avion, un exemple d'ensemble mécanique 1 de déplacement d'un volet 2 de bord d'attaque. L'ensemble mécanique se déploie et se rétracte dans un plan sensiblement transversal par rapport à l'aile. L'ensemble mécanique 1 comprend une pièce d'entrée 11 montée rotative par rapport à un axe de rotation X fixe par rapport à l'aile 3, l'axe de rotation X s'étendant selon une direction sensiblement parallèle au bord d'attaque de l'aile. L'actionnement de la pièce d'entrée 11 permet d'entrainer le déploiement et la rétraction du volet 2 par l'intermédiaire de l'ensemble mécanique 1. Lors de son déploiement, le volet pivote vers l'avant de l'aile et vers le bas. Sur la figure 1A, le volet 2 de bord d'attaque est en position de vol. L'ensemble mécanique 1 est rétracté à l'intérieur du profil de l'aile. Dans cette position, le volet 2 de bord d'attaque forme une partie de la surface inférieure de l'aile (intrados). Sur la figure 1 B, le volet 2 est en position d'atterrissage. La pièce d'entrée 11 est pivotée à un premier angle de braquage par rapport à sa position initiale, de sorte que l'ensemble mécanique est déployé. Le braquage du volet crée une fente qui permet à l'air de passer de la surface inférieure de l'aile (intrados) vers la surface supérieure de l'aile (extrados). Sur la figure 1C, le volet 2 est en position de décollage. La pièce d'entrée 11 est pivotée à un deuxième angle de braquage par rapport à sa position initiale, de sorte que l'ensemble mécanique est également déployé. Dans cette position, le volet 2 de bord d'attaque forme une partie de la surface supérieure de l'aile (extrados). Les figures 2A et 2B sont des vues de face et de côté d'un dispositif d'actionnement 4 conforme à un mode de réalisation possible de l'invention. Le dispositif 4 comprend de manière générale un organe d'entrainement 5, un arbre de transmission 6 et une pièce guignol 7. Dans le mode de réalisation du dispositif représenté sur les figures 2A et 2B, la pièce guignol 7 est également une pièce d'entrée d'un ensemble mécanique de déplacement d'une gouverne (pièce 11 sur les figures 1A à 1c). La pièce guignol 7 est montée rotative par rapport à l'aile de l'avion autour d'un axe X fixe par l'intermédiaire de butées tournantes à billes 8. L'organe d'entrainement 5 comprend un moteur électrique incluant un stator 51 fixe par rapport à l'aile de l'avion et un rotor 52 creux monté mobile à rotation par rapport au stator, et un écrou 53 monté solidaire du stator 52. La forme creuse du rotor 52 autorise une translation de l'arbre de transmission 6 à travers le rotor 52. L'arbre de transmission 6 présente une forme générale cylindrique de révolution et s'étend selon une direction longitudinale confondue avec l'axe X de rotation de la pièce guignol 7. L'arbre de transmission 6 est formé en une seule pièce comprenant une première portion d'arbre 61, une deuxième portion d'arbre 62 et une troisième portion d'arbre 63. La première portion d'arbre 61 est une portion comprenant une surface de forme générale cylindrique de révolution et présentant des premières cannelures hélicoïdales 610. Les premières cannelures hélicoïdales 610 coopèrent avec des cannelures hélicoïdales complémentaires de la pièce guignol 7. La première portion d'arbre 61 peut être une portion de vis à billes. Les premières cannelures hélicoïdales 610 présentent un pas résultant important - typiquement compris entre 40 et 90 millimètres en fonction du dimensionnement du dispositif - par rapport aux pas résultant des vis à billes usuelles ù de l'ordre de quelques millimètres à plusieurs dizaines de millimètres. La deuxième portion d'arbre 62 est une portion comprenant une surface de forme générale cylindrique de révolution et présentant des deuxièmes cannelures hélicoïdales 620. Les deuxièmes cannelures hélicoïdales 620 coopèrent avec des cannelures hélicoïdales complémentaires de l'écrou 53. La deuxième portion d'arbre 62 peut être une vis à billes, une vis à rouleaux satellites (ou à rouleaux à recyclage) ou une vis à profil trapézoïdal (profil ACME). Les deuxièmes cannelures hélicoïdales 620 présentent un pas résultant compris entre quelques millimètres et plusieurs dizaines de millimètres. La troisième portion d'arbre 63 est une portion comprenant une surface de forme générale cylindrique de révolution et présentant des troisièmes cannelures 630 rectilignes, s'étendant selon la direction longitudinale de l'arbre (c'est-à-dire la direction X). Les troisièmes cannelures 630 rectilignes coopèrent avec des moyens complémentaires d'un bâti 9 pour autoriser un déplacement de l'arbre de transmission 6 en translation selon la direction de l'axe X et empêcher tout déplacement en rotation de l'arbre de transmission 6. En fonctionnement, le moteur électrique est alimenté de sorte que le rotor 52 entraine en rotation l'écrou 53 autour de l'axe X. La rotation de l'écrou 53 génère une translation de l'arbre 6 selon la direction de l'axe X. En effet, d'une part, l'arbre de transmission 6 est bloqué en rotation par les troisièmes cannelures 630 rectilignes. Les troisièmes cannelures 630 rectilignes autorisent uniquement un déplacement de l'arbre de transmission 6 en translation selon la direction de l'axe X, par rapport à l'aile. D'autre part, les deuxièmes cannelures 620 qui coopèrent avec les cannelures de l'écrou 53 convertissent un déplacement en rotation de l'écrou 53 généré par le moteur en un déplacement en translation de l'arbre de transmission 6. En outre, la translation de l'arbre 6 génère une rotation de la pièce guignol 7 autour de l'axe de rotation X. En effet, d'une part, la pièce de guignol 7 est bloquée en translation par les butées tournantes 8. Les butées tournantes 8 autorisent uniquement un déplacement de la pièce guignol 7 en rotation autour de l'axe X. D'autre part, les premières cannelures 610 qui coopèrent avec les cannelures de la pièce guignol 7 convertissent un déplacement en translation de l'arbre 6 généré par le moteur en un déplacement en rotation de la pièce guignol 7. Le dispositif permet ainsi de faire pivoter la pièce de guignol 7 autour de l'axe de rotation X entre une position rétractée (représentée sur les figures 3A et 3B), dans laquelle la gouverne est rétractée, et une position déployée (représentée sur les figures 4A et 4B), dans laquelle la gouverne est déployée. Le couple C exercé par la pièce guignol 7 (donc indirectement par la gouverne) sur l'arbre de transmission 6 génère sur les cannelures 610 un effort normal Fn qui se décompose en effort radial Fr et un effort axial Fa, en fonction du rayon r des premières cannelures 610 et de leur angle d'inclinaison R. Du fait que les premières cannelures hélicoïdales 610 présentent un angle d'inclinaison 13 important, ces cannelures présentent un pas résultant relativement important (compris entre 40 et 90 millimètres), ce qui limite l'intensité de l'effort axial Fa exercé sur l'arbre de transmission 6. Cela conduit à générer un couple faible au niveau du moteur électrique. De plus, comme les premières cannelures hélicoïdales 610 présentent un pas résultant supérieur au pas résultant des deuxièmes cannelures hélicoïdales 620, l'ensemble formé par l'écrou 53, l'arbre 6 et la pièce guignol 7 se comporte comme un réducteur. Cet ensemble réduit le couple nécessaire exercé par le moteur sur l'écrou 53 par rapport au couple exercé par la gouverne sur la pièce de guignol 7. Ces caractéristiques conduisent à utiliser un moteur électrique de faible encombrement. Dans une variante de réalisation, il peut être prévu que le stator 51 du moteur soit lié à l'écrou 53, l'écrou 53 étant fixe par rapport à l'arbre de 20 transmission 6. Les figures 5A et 5B représentent de manière schématique un premier agencement de dispositifs d'actionnement pour déplacer une gouverne 2 dans une aile. La gouverne 2 est liée à l'aile par l'intermédiaire de deux ensembles mécaniques parallèles de déplacement. 25 Ce premier agencement comprend deux dispositifs d'actionnement 4, chaque dispositif d'actionnement 4 étant apte à déplacer une pièce de guignol 7 respective, chaque pièce de guignol 7 étant une pièce d'entrée de l'un des ensembles mécaniques de déplacement. L'agencement représenté sur les figures 5A et 5B est un 30 agencement à sommation de couples. Autrement dit, les couples fournis par les dispositifs d'actionnement 4 pour déplacer la gouverne s'additionnent. Comme cela est représenté sur les figures 5A et 5B, les deux dispositifs d'actionnement 4 sont logés entre les deux ensembles mécaniques de déplacement de la gouverne 2. Les deux dispositifs d'actionnement 4 sont agencés de manière symétrique. L'espace allongé disponible entre le bord de l'aile et le longeron 31 autorise un déplacement en translation des arbres de transmission 6. Les figures 6A et 6B représentent de manière schématique un deuxième agencement de dispositifs d'actionnement dans une aile. L'agencement représenté sur les figures 6A et 6B est également un agencement à sommation de couples Dans l'agencement représenté sur les figures 6A et 6B, la pièce 10 guignol 7 est distincte de la pièce d'entrée 11 de l'ensemble mécanique de déplacement de la gouverne. La pièce guignol 7 est montée rotative par rapport à l'aile de l'avion autour d'un axe X' distinct de l'axe X de rotation de la pièce d'entrée 11. Les axes X et X' sont fixes par rapport à l'aile de l'avion et parallèles entre eux. 15 Dans cet agencement, le dispositif 4 comprend une bielle 10 de renvoi présentant deux extrémités 101 et 102, chaque extrémité étant reliée respectivement à la pièce guignol 7 et à la pièce d'entrée 11 par l'intermédiaire de liaisons pivot. La bielle 10 de renvoi permet de transmettre le mouvement de rotation de la pièce guignol 7 à la pièce 20 d'entrée 11 de l'ensemble mécanique 1 de déplacement de la gouverne 2. L'agencement représenté sur les figures 6A et 6B est particulièrement adapté aux configurations dans lesquelles il n'est pas possible d'aligner l'axe X' du dispositif 4 avec l'axe de rotation X de la pièce d'entrée 11. C'est le cas par exemple, lorsque l'axe X est très proche d'une 25 surface de l'aile et que l'encombrement du dispositif 4 ne permet pas de positionner le dispositif 4 en alignement avec l'axe X. La figure 7 représente de manière schématique un troisième agencement de dispositifs d'actionnement dans une aile. L'agencement représenté sur la figure 7 est un agencement à 30 sommation de vitesses. Cet agencement comprend deux organes d'entrainement 5 et un différentiel 12. Chaque dispositif 4 comprend un premier arbre d'entrainement 6 mobile en translation et un deuxième arbre d'entrainement 13 mobile en rotation. Dans l'agencement représenté sur la figure 8, le deuxième arbre d'entrainement 13 est commun aux deux dispositifs 4. Le différentiel 12 comprend deux arbres d'entrée 121, 122 et un arbre de sortie 123. Le différentiel 12 est monté de sorte que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 123 est égale à la somme des vitesses des arbres d'entrée 121 et 122. Chaque organe d'entrainement 5 est relié à un arbre d'entrée 121, 122 respectif de manière à entrainer en rotation l'arbre d'entrée. L'arbre de sortie 123 est relié au deuxième arbre d'entrainement 13. Le premier arbre de transmission 6 est formé en une seule pièce comprenant une première portion d'arbre 61 et une deuxième portion d'arbre 62. Le deuxième arbre de transmission 13 comprend une troisième portion d'arbre 63. En outre, dans chaque dispositif 4, l'écrou 53 est solidaire du 15 premier arbre d'entrainement 53. En fonctionnement, les arbres d'entrée 121 et 122 sont entrainés en rotation par organes d'entrainement 5. La rotation des arbres d'entrée 121 et 122 provoque une rotation de l'arbre de sortie 123 à une vitesse égale à la somme des vitesses des arbres d'entrée 121 et 122. 20 L'arbre de sortie 123 entraine en rotation le deuxième arbre de transmission 13. La rotation du deuxième arbre de transmission 13 autour de l'axe X' entraine une translation du premier arbre de transmission 6 selon la direction de l'axe X'. 25 En effet, d'une part, l'arbre de transmission 6 est bloqué en rotation par les troisièmes cannelures 630 rectilignes. Les troisièmes cannelures 630 rectilignes autorisent uniquement un déplacement de l'arbre de transmission 6 en translation selon la direction de l'axe X, par rapport à l'aile. 30 D'autre part, les deuxièmes cannelures 620 qui coopèrent avec les cannelures de l'écrou 53 permettent de convertir un déplacement en rotation du deuxième arbre de transmission 13 en un déplacement en translation de l'écrou 53 solidaire du premier arbre de transmission 6. La translation du premier arbre 6 génère une rotation de la pièce guignol 7 autour de l'axe de rotation X'. Le troisième agencement représenté sur la figure 7 présente l'avantage d'être peu sensible aux pannes de moteur. En effet, en cas de panne de l'un des organes d'entrainement 5, les deux dispositifs d'actionnement 4 continuent à fonctionner à une vitesse réduite grâce à la présence du différentiel 12. Chaque moteur est équipé d'un frein de parc qui immobilise le moteur en cas de panne. Lorsque les deux organes d'entrainement 5 sont en état de 10 fonctionnement, la vitesse transmise au deuxième arbre est double, de sorte que la puissance de sortie disponible est double. REVENDICATIONS1. Dispositif (4) d'actionnement d'une gouverne (2) d'aéronef, comprenant : - une pièce guignol (7) mobile en rotation autour d'un axe de rotation (X, X') et adaptée pour être reliée à un ensemble mécanique (1) de déplacement de la gouverne (2), - un arbre de transmission (6) destiné à être relié à un organe d'entrainement (5), l'arbre de transmission (6) étant mobile en translation selon une direction de translation, parallèle à l'axe de rotation (X, X') de la pièce guignol (7), - des premiers moyens (61) de liaison entre l'arbre de transmission (6) et la pièce guignol (7) pour convertir un déplacement en translation de l'arbre de transmission (6) généré par l'organe d'entrainement (5) en un déplacement en rotation de la pièce guignol (7), afin d'actionner l'ensemble mécanique (1) de déplacement de la gouverne (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premiers moyens de liaison comprennent une première portion (61) d'arbre, solidaire de l'arbre d'entrainement (6) et présentant des premières cannelures (610) hélicoïdales coopérant avec des cannelures hélicoïdales complémentaires de la pièce guignol (7). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant un organe d'entrainement (5) sous la forme d'un moteur rotatif et des deuxièmes moyens (62) de liaison pour convertir un mouvement de rotation du moteur en un déplacement en translation de l'arbre d'entrainement (6). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les deuxièmes moyens de liaison comprennent une deuxième portion (62) d'arbre présentant des deuxièmes cannelures (620) hélicoïdales coopérant avec des cannelures hélicoïdales complémentaires d'une pièce (53) intermédiaire, la deuxième portion (62) d'arbre ou la pièce (53) intermédiaireétant apte à être entrainée en rotation par le moteur, la rotation de l'une provoquant une translation de l'autre. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la pièce (53) 5 intermédiaire étant apte à être entrainée en rotation par le moteur, la deuxième portion (62) est solidaire de l'arbre d'entrainement (6). 6. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la deuxième portion (62) d'arbre étant apte à être entrainée en rotation par le moteur, la 10 pièce (53) intermédiaire est solidaire de l'arbre d'entrainement (6). 7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant un deuxième arbre d'entrainement (13), la deuxième portion (62) d'arbre étant solidaire du deuxième arbre d'entrainement. 8. Dispositif selon la revendication 2 et l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les premières cannelures (610) hélicoïdales présentent un pas résultant supérieur à un pas résultant des deuxièmes cannelures (620) hélicoïdales. 20 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, comprenant : - deux organes d'entrainement (5), et - des moyens différentiels (12) pour convertir des déplacements en rotation des organes d'entrainement (5) en un déplacement en rotation la 25 deuxième portion (62) d'arbre ou de la pièce (53) intermédiaire à une vitesse de rotation proportionnelle à une somme de vitesses de rotation des organes d'entrainement. 10. Dispositif selon l'une des revendications qui précèdent, 30 comprenant une bielle (10) de renvoi comprenant une première extrémité (101) montée rotative par rapport à la pièce guignol (7) et une deuxième extrémité (102) montée rotative par rapport à une pièce d'entrée (11) de l'ensemble mécanique (1) de déplacement de la gouverne (2), la pièce 15d'entrée (11) étant montée rotative autour d'un axe (X) fixe par rapport à une aile d'avion.