Brevet FR2982238A1 — publié le 20130510

La présente invention concerne un système d'entraînement pour volets, en particulier volets d'atterrissage et volets hypersustentateurs, et/ou pour becs mobiles d'un aéronef ou d'un avion, comprenant au moins une unité d'entraînement qui est reliée à au moins un mécanisme de dérivation dans la chaîne d'entraînement au moyen d'au moins une transmission centrale, étant entendu qu'il est de préférence prévu qu'un limiteur de couple est agencé entre l'au moins une unité d'entraînement et l'au moins un mécanisme de dérivation. Dans des systèmes d'entraînement d'aéronefs de ce type, il est important d'éviter les pointes de charges élevées, y compris en cas de dysfonctionnement. Les avions modernes disposent de systèmes hypersustentateurs, appelés « systèmes High-Lift ». Les systèmes High-Lift se composent entre autres de becs mobiles et de volets d'atterrissage. À l'aide de systèmes de volets dépliables sur le côté avant et arrière de l'aile d'un avion, les avions de ligne sont en mesure d'augmenter la sustentation sur les surfaces portantes en cas de besoin. De cette manière, un vol extrêmement lent est possible, ce qui facilite en particulier les phases de démarrage et d'atterrissage. Les avions de transport de passagers disposent par conséquent d'un système particulièrement complexe de tels becs mobiles (Slats) et volets d'atterrissage (Flaps). Ces becs mobiles et volets d'atterrissage modifient la courbure de la surface portante selon les besoins, et partant modifient également la sustentation. La rétractation et le déploiement des becs mobiles et des volets sont réalisés au moyen d'un moteur hydraulique central, d'un moteur électrique ou d'un moteur pneumatique par le biais d'arbres d'articulation et d'entraînements. Dans les systèmes d'entraînement de volets d'atterrissage et de becs mobiles d'avions, la configuration de système comprenant des unités d'entraînement et des arbres de rotation agencés en position centrale est la plus répandue. La Figure 3 montre un système d'entraînement de volets d'atterrissage d'un avion selon l'état actuel de la technique, dans lequel seule la demi-aile gauche est représentée schématiquement avec un système d'entraînement simplifié. Un système d'entraînement de ce type présente de façon connue une unité d'entraînement centrale, en l'occurrence l'unité d'entraînement mécanique centrale (« Central Power Drive Unit ») qui est agencée dans une position adjacente à l'emplanture de l'aile, mais à l'extérieur de la demi-aile, c'est-à-dire dans le fuselage. L'unité d'entraînement mécanique centrale présente en outre un frein intégré et un capteur de position. À partir de l'unité d'entraînement centrale, une chaîne d'entraînement s'étend pour chaque demi-aile vers les bouts d'aile des deux ailes. De plus, ce système d'entraînement connu présente des éléments tels que des arbres de rotation, des mécanismes déflecteurs, des mécanismes de dérivation, etc. qui servent à transmettre l'énergie d'entraînement sur l'envergure complète aux points d'entraînement des segments individuels des volets d'atterrissage. L'unité d'entraînement est réalisée sous une forme hydromécanique ou électrique ou pneumatique, d'une manière connue en soi, et fournit la puissance mécanique nécessaire pour la modification de la position des volets, en particulier des volets d'atterrissage. La transmission du couple aux points d' entraînement individuels et la synchronisation des volets d'atterrissage des deux demi-ailes sont réalisées au moyen d'une transmission à arbre en relation, étant entendu qu'une chaîne d'entraînement part à chaque fois en dérivation aux points d'entraînement, de telle sorte que la cinématique connexe du volet d'atterrissage respectif est entraînée. Un tel agencement des composants du système avec une unité d'entraînement mécanique centrale qui est disposée latéralement par rapport à l'aile, c'est-à-dire du côté du fuselage, provoque toutefois en fonctionnement un cumul des contraintes statiques dans la chaîne de l'arbre de rotation depuis le bout d'aile jusqu'à l'emplanture de l'aile 42, ainsi que le fait apparaître la Figure 4. Dans l'état de fonctionnement optimal, la capacité d'entraînement de l'unité d'entraînement mécanique centrale 20 s'élève en général au double des couples additionnés dans la zone de l'emplanture de l'aile. Tous les composants de la chaîne d'entraînement, tels que les arbres de rotation, les mécanismes déflecteurs, les paliers de support et les arbres de passage des mécanismes de dérivation, doivent être conçus en fonction de ce couple élevé. Le couple d'entraînement est limité dans l'état actuel de la technique par l'utilisation de limiteurs de charge mécaniques, ou également depuis peu électroniques (Electronic Torque Limiter). Ainsi que le montre la Figure 4, qui illustre l'architecture traditionnelle du système et les contraintes de l'arbre de rotation, les limiteurs de charge de couple sont agencés dans la chaîne d'entraînement des deux côtés de l'unité d'entraînement mécanique centrale 20, le couple étant ainsi réduit, par exemple, de 150 Nm à 100 Nm. Dans ce système d'entraînement fictif ayant un couple de fonctionnement maximal cumulé au niveau de l'emplanture de l'aile de 100 Nm, par exemple, tous les éléments d'entraînement sont donc conçus en fonction d'un couple de 150 Nm. Le régime du moteur est réduit au régime souhaité optimal pour le fonctionnement des volets d'atterrissage et le couple requis est en même temps fourni. La puissance d'entraînement est ainsi répartie uniformément dans les arbres, ainsi que le montre la Figure 4. D'autre part, l'on peut observer sur la Figure 4 l'évolution et la réduction du couple depuis le couple de fonctionnement maximal de 100 Nm jusqu'à 17 Nm dans les sections de transmission le long de l'aile de l'avion. Le système d'entraînement peut ainsi être conçu en fonction d'une valeur qui correspond d'une manière générale au couple de fonctionnement à l'emplanture de l'aile multiplié par un facteur de robustesse, par exemple 1,5. Un désavantage substantiel de cette architecture de 10 système connue tient à ce que tous les éléments de la chaîne d'entraînement, à savoir les arbres de rotation et de passage, les mécanismes déflecteurs et de dérivation, etc., doivent être conçus en fonction de ce couple élevé et à ce que ces éléments sont exposés à des contraintes 15 extrêmement élevées. Dans ce cadre, la contrainte est particulièrement élevée au niveau de l'emplanture de l'aile car l'unité d'entraînement mécanique centrale se situe dans l'espace à proximité de l'emplanture de l'aile. 20 En conséquence, la présente invention a pour objet de créer un système d'entraînement pour volets et/ou becs mobiles d'un avion ou autre aéronef dans lequel les contraintes maximales exercées sur les éléments du système hypersustentateur sont sensiblement minimisées et 25 le poids du système est nettement réduit. Cet objet est atteint selon l'invention par un système d'entraînement pour volets et/ou becs mobiles d'un aéronef dans lequel l'unité d'entraînement est agencée dans la demi-aile et à distance de l'emplanture 30 de l'aile, de telle sorte que les contraintes maximales de l'arbre de rotation sur les éléments de la chaîne d'entraînement sont réduites. Le système d'entraînement selon l'invention présente au moins une unité d'entraînement qui est reliée 35 à au moins un mécanisme de dérivation dans la chaîne d'entraînement au moyen d'au moins une transmission centrale, étant entendu qu'il est de préférence prévu qu'un limiteur de couple est agencé entre l'au moins une unité d'entraînement et l'au moins un mécanisme de dérivation. Selon l'invention, l'unité d'entraînement est en outre agencée dans la demi-aile, et non dans le 5 fuselage. De préférence, l'unité d'entraînement est agencée en position centrale dans la chaîne d'entraînement, c'est-à-dire sensiblement au centre de l'aile de l'avion, de sorte que les contraintes maximales de l'arbre de rotation en direction du bout d'aile et en 10 direction de l'emplanture de l'aile sont fortement réduites, et de préférence, réduites de moitié. En raison de l'agencement selon l'invention de l'unité d'entraînement de préférence en position centrale dans la chaîne d'entraînement, où les charges cumulées de 15 l'arbre de rotation sont sensiblement uniformes, les éléments du système de l'arbre de rotation, à savoir les arbres de rotation et de passage, les mécanismes déflecteurs et les mécanismes de dérivation, peuvent être conçus en fonction d'environ 50 % des contraintes par 20 rapport à un système d'entraînement traditionnel. Cela réduit la sensibilité aux dysfonctionnements des éléments du système de l'arbre de rotation et cela augmente la fonctionnalité du système. Le système d'entraînement selon l'invention satisfait dès lors aux exigences de 25 sécurité élevées qui sont imposées à des systèmes de ce type. De préférence, le système d'entraînement selon l'invention présente au moins une unité d'entraînement agencée à distance de l'emplanture de la demi-aile pour 30 chaque système de demi-aile. Cette unité peut être prévue une fois dans chaque demi-aile. Il est préféré que l'unité d'entraînement soit agencée dans une zone centrale par rapport à la demi-aile. L'unité d'entraînement est agencée de telle sorte que des 35 systèmes, tels que des volets, etc. de la demi-aile respective peuvent être entraînés à partir de l'unité d'entraînement des deux côtés de l'unité d'entraînement. Dans ce cadre, l'on peut imaginer qu'une unité d'entraînement commune peut être prévue à la fois pour les volets d'atterrissage et pour les becs mobiles ou bien que ces dispositifs présentent des unités d'entraînement distinctes. Il est particulièrement préféré que l'unité d'entraînement soit agencée dans la chaîne d'entraînement entre le volet d'atterrissage intérieur et le volet d'atterrissage extérieur, dans une section de transmission dans laquelle les contraintes de l'arbre de rotation sont uniformes. L'unité d'entraînement est de préférence également agencée en position centrale dans la chaîne d'entraînement du bec mobile. Avec l'entraînement central selon l'invention, des positions des volets différentielles sur l'envergure peuvent également être réalisées. Cette fonction peut également être réalisée au moyen d' extensions fonctionnelles du système d'entraînement, comme des couplages de commutation, par exemple. De préférence, le système d'entraînement selon l'invention ayant l'unité d'entraînement agencée en position centrale présente de chaque côté un limiteur de couple à actionnement mécanique ou électronique, qui est intégré dans la chaîne d'entraînement, de telle sorte que le couple de fonctionnement maximal entre un premier mécanisme de dérivation des volets d'atterrissage intérieurs et extérieurs est minimisé, et de préférence réduit de moitié. Étant donné que les limiteurs de charge mécaniques sont plus coûteux en termes de maintenance et plus complexes que les électroniques, les limiteurs de charge électroniques, appelés « Electronic Torque Limiter », sont de plus en plus utilisés dans des systèmes d'entraînement de ce type. De préférence, des capteurs et d'autres éléments électroniques sont également utilisés dans le système d'entraînement selon l'invention aux fins de la détection d'une surcharge et d'un serrage. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, un capteur de position est agencé à chacune des 5 deux extrémités de la chaîne d'entraînement, de telle sorte qu'un positionnement incorrect des volets d'atterrissage ou des becs mobiles peut être détecté. Ce faisant, les capteurs sont reliés à une unité d'analyse centrale, qui fait de préférence partie du système 10 d'entraînement selon l'invention. Il peut être imaginé et il est également possible que le principe selon l'invention de l'entraînement central soit directement appliqué à des systèmes d'entraînement pour volets hypersustentateurs sur le bord 15 d'attaque de l'aile d'un avion. Cette forme de réalisation est également visée par l'invention. L'invention se rapporte également à un aéronef muni d'un tel système d'entraînement. La présente invention est décrite plus en détail 20 sur la base d'un exemple de réalisation et de ses dessins. Les composants identiques ou comparables sont désignés par les mêmes numéros de référence que sur les Figures 3 et 4 correspondant à l'état actuel de la technique. Dans les dessins : 25 - la Figure 1 montre un système d'entraînement pour volets d'atterrissage selon un exemple de réalisation de la présente invention ; - la Figure 2 est une représentation schématique d'une architecture de système selon l'invention ; 30 - la Figure 3 montre un système d'entraînement pour volets d'atterrissage et/ou becs mobiles d'un avion selon l'état actuel de la technique ; et - la Figure 4 est une représentation schématique d'une architecture d'un système d'entraînement selon la 35 Figure 3. La Figure 1 montre une représentation schématique simplifiée d'un système d'entraînement selon l'invention 10 pour un volet d'atterrissage intérieur (« inboard flap ») 12 et un volet d'atterrissage extérieur (« outboard flap ») 14 de la demi-aile gauche 40 d'un avion selon un exemple de réalisation. Le système d'entraînement peut également être utilisé pour l'entraînement des volets hypersustentateurs ou bien également des becs mobiles. Le système d'entraînement selon l'invention 10 présente une unité d'entraînement mécanique appelée « mid-wing power drive unit » 20, qui est agencée sensiblement au centre d'une chaîne d'entraînement 16 qui s'étend le long de l'aile 40 depuis l'emplanture de l'aile jusqu'au bout d'aile. L'unité d'entraînement mécanique 20 présente un frein intégré, non représenté sur le dessin, ainsi qu'un capteur de position. Selon cet exemple de réalisation, le système d'entraînement 10 illustré sur la Figure 1 est prévu pour entraîner les deux volets d'atterrissage, à savoir le volet d'atterrissage intérieur 1 2 et le volet d'atterrissage extérieur 14. Il est entendu dans ce cadre que le système d'entraînement est également utilisé pour l'entraînement du bec mobile, un système d'entraînement respectif étant prévu pour chaque aile. Il est connu qu'un mécanisme est un composant essentiel du système d'entraînement pour volets d'atterrissage et becs mobiles d'avions, qui réduit le régime du moteur au régime souhaité optimal pour le fonctionnement des volets d'atterrissage et des becs mobiles et qui fournit en même temps le couple nécessaire. La puissance d'entraînement est ainsi répartie uniformément dans les arbres de rotation et de passage, ainsi que le montre la Figure 2. Au moyen de l'unité d'entraînement 20, l'énergie électrique ou hydraulique de l'alimentation de l'avion est transformée en énergie mécanique de commande, ce par quoi le système d'hypersustentation de l'avion peut être maintenu en position au moyen d'un dispositif de frein non représenté sur le dessin. L'unité d'entraînement 20 sert à la transmission du couple aux points d'entraînement individuels du système d'entraînement 10. Ainsi que le montre la Figure 2, l'unité d'entraînement 20 est reliée à chaque fois par le 5 biais d'une transmission centrale dans la chaîne d'entraînement 16 avec un mécanisme de dérivation 26, 26', 28, 28', qui sont de préférence d'une réalisation similaire. Dans ce cadre, les mécanismes de dérivation 26, 26' sont affectés au volet d'atterrissage intérieur 10 12 et les mécanismes de dérivation 28, 28' au volet d'atterrissage extérieur 14. Selon l'invention, l'unité d'entraînement 20 est agencée en position centrale dans la chaîne d'entraînement 16, de telle sorte que les contraintes 15 maximales de l'arbre de rotation sur les éléments individuels de la chaîne d'entraînement 16 peuvent être réduites de moitié. Les mécanismes de dérivation 26, 26', 28, 28' reçoivent au niveau de la transmission centrale 22 20 l'énergie de commande requise à chaque fois pour un point de contrainte 30, 30', 32, 32' respectif affecté à chaque mécanisme de dérivation, étant entendu que, comme le montre la Figure 2, deux points de contrainte 30, 30' et 32, 32' sont affectés à chaque volet d'atterrissage 12 et 25 14. Entre l'unité d'entraînement 20 et les mécanismes de dérivation 26, 28 est à chaque fois agencé un limiteur de couple 24, qui en cas de surcharge, bloque l'entraînement et dérive le couple de commande dans la 30 transmission 22. Entre les mécanismes de dérivation 26 et 26' se trouve une section de transmission 44 et entre les mécanismes de dérivation 28 et 28' se trouve une autre section de transmission 46, lesquelles sont chacune 35 affectées à un volet d'atterrissage 12, 14. Comme le montre la Figure 1, un capteur de position 36 est agencé à chacune des deux extrémités de la chaîne d'entraînement 16, de telle sorte qu'un positionnement incorrect des volets d'atterrissage ou des becs mobiles peut être détecté. Ce faisant, les capteurs 36 sont reliés à une unité d'analyse centrale, non représentée sur les dessins, qui fait de préférence partie du système d'entraînement selon l'invention. La Figure 2 montre l'évolution de la réduction du couple à l'intérieur des sections de transmission individuelles, le couple de fonctionnement maximal pouvant être réduit à 50 Nm, et ainsi diminué de 50 % par rapport à l'état actuel de la technique tel qu'il est illustré sur les Figures 3 et 4. Tous les composants du système d'entraînement peuvent donc être conçus en fonction de 50 % des contraintes qui s'exercent dans des systèmes d'entraînement traditionnels. REVENDICATIONS1. Système d'entraînement pour volets, en particulier volets d'atterrissage et volets hypersustentateurs, et/ou pour becs mobiles d'un aéronef ou d'un avion, comprenant au moins une unité d'entraînement (20) qui est reliée à au moins un mécanisme de dérivation (26, 28) dans la chaîne d'entraînement (16) au moyen d'au moins une transmission centrale (22), étant entendu qu'il est de préférence prévu qu'un limiteur de couple (24) est agencé entre l'au moins une unité d'entraînement (20) et l'au moins un mécanisme de dérivation (26, 28), caractérisé en ce que l'unité d'entraînement (20) est agencée dans la demi-aile et à distance de l'emplanture de l'aile, de telle sorte que les contraintes maximales de l'arbre de rotation sur les éléments de la chaîne d'entraînement (16) sont réduites. 2. Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'entraînement est agencée de telle sorte, de préférence en position centrale, que les contraintes maximales de l'arbre de rotation sur les éléments de la chaîne d'entraînement (16) sont réduites de moitié. 3. Système d' entraînement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque système de demi-aile comprend au moins une unité d'entraînement (20) agencée de préférence en position centrale. 4. Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'entraînement (20) est agencée dans la chaîne d' entraînement (16) entre un volet d'atterrissage intérieur (12) et un volet d'atterrissage extérieur (14)et/ou en position centrale dans la chaîne d'entraînement du bec mobile. 5. Système d'entraînement selon l'une des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un limiteur de couple (24) à actionnement mécanique ou électronique est intégré dans la chaîne d'entraînement (16) de chaque côté de l'unité d'entraînement (20) agencée de préférence en position centrale, de telle 10 sorte que le couple de fonctionnement maximal entre un premier mécanisme de dérivation (26, 28) des volets d'atterrissage intérieur et extérieur (12, 14) est minimisé. 15 6. Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un volet de bec mobile peut être commandé au moyen de l'unité d'entraînement (20), l'unité d'entraînement (20) étant de préférence agencée en position centrale dans la chaîne 20 d'entraînement du bec mobile. 7. Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un capteur de position (18) est installé à chacune des deux 25 extrémités de la chaîne d'entraînement (16). 8. Aéronef comprenant un système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 7.