Brevet FR2980170A1 — publié le 20130322

La présente invention concerne un système de dispositif de manoeuvre pour aéronefs, pour positionner au moins une charge d'un aéronef. Pour la commande de vol et dans le train d'atterrissage des aéronefs, on connaît des dispositifs de manoeuvre ou des systèmes de dispositif de manoeuvre, qui sont exploités exclusivement à l'aide de moteurs électriques à commutation électronique. On connaît des dispositifs de manoeuvre ou des systèmes de dispositifs de manoeuvre électrohydrauliques ou électromécaniques, qui sont utilisés par exemple pour actionner des gouvernes de hauteur, des gouvernes de direction transversale, latérale, des aérofreins, des becs mobiles, des volets d'atterrissage, des empannages horizontaux réglables, d'orientation du train avant et du train d'atterrissage. Pendant le fonctionnement de ces charges, il peut se produire ce que l'on appelle une marche de type générateur, ce qui signifie que la charge à déplacer ou à régler, telle par exemple qu'une gouverne, va au cours de son déplacement introduire de l'énergie mécanique dans le dispositif de manoeuvre électrique. Cela a pour conséquence que le dispositif de manoeuvre va dans ce cas fonctionner comme un générateur électrique. L'énergie électrique produite de ce fait peut fondamentalement être injectée dans le réseau de bord de l'aéronef, et être recueillie par d'autres consommateurs, ce qui cependant risquerait d'influer d'une manière négative sur la continuité du réseau de bord. En particulier, il peut en résulter des fluctuations de la tension, l'entrée d'une puissance réactive, et une augmentation de la "Total Harmonic Distortion" (le taux de distorsion harmonique total). Pour ces raisons, on évite habituellement que de l'énergie électrique soit renvoyée dans le réseau de bord. Il reste une autre possibilité, à savoir la conversion locale, en chaleur, de l'énergie renvoyée, ce qui habituellement est réalisée dans l'électronique de commande à l'aide de résistances ohmiques. Cela signifie que l'électronique de puissance doit absorber cette chaleur, une condition préalable réside dans le fait que la température superficielle ne doit pas dépasser une température superficielle maximale. Il s'ajoute comme point aggravant que le refroidissement n'est habituellement réalisé que par convection libre, ce qui, par comparaison avec un refroidissement forcé sous l'effet de ventilateurs ou d'un refroidissement par un liquide, ne permet qu'une faible puissance de refroidissement. Un autre point aggravant réside dans le fait que, dans les applications mentionnées, on peut aussi avoir pendant des temps courts des quantités importantes d'énergie génératrice. Pour que les limites de température mentionnées, en particulier de l'électronique de puissance de l'entraînement par un moteur électrique, puissent être respectées, il est nécessaire de mettre à disposition des masses thermiques pour le stockage intermédiaire d'énergie thermique, masses qui cependant vont augmenter le volume et le poids du boîtier électronique, ce qui est indésirable, en particulier dans le domaine de la navigation aérienne. La présente invention vise donc à perfectionner un système de dispositif de manoeuvre ou commande du type 25 mentionné ci-dessus, de façon à décharger thermiquement le dispositif de manoeuvre à entraînement électromoteur. Ce but est atteint par un système de dispositif de manoeuvre pour aéronefs pour positionner au moins une charge de l'aéronef, dans lequel le système de dispositif de 30 manoeuvre comprend au moins un dispositif de manoeuvre à entraînement électromoteur, ainsi qu'au moins un frein à courant de Foucault, le frein à courant de Foucault étant disposé de telle sorte qu'une énergie mécanique, introduite dans le dispositif de manoeuvre sous l'effet d'une marche 35 séquentielle, soit en totalité ou en partie convertie en chaleur à l'aide du frein à courant de Foucault. La présente invention se fonde ainsi sur l'idée consistant à ne pas laisser convertir en chaleur sous l'effet de l'entraînement électrique, ou du moins pas exclusivement, l'énergie mécanique amenée par la charge à l'actionneur, c'est-à-dire le dispositif de manoeuvre, mais directement sous l'effet d'un frein à courant de Foucault, qui par exemple peut être rapporté directement au moteur électrique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, il est ainsi prévu que le frein à courant de Foucault soit rapporté directement contre le moteur électrique du dispositif de manoeuvre. Le moteur électrique peut être conçu fondamentalement comme un moteur électrique à commutation électronique. Il est alors prévu de préférence que le frein à courant de Foucault, ou son disque de frein, subisse lui aussi un mouvement de rotation à chaque rotation de l'arbre du moteur électrique, de façon qu'il en résulte un refroidissement forcé efficace du frein à courant de Foucault, et donc une évacuation efficace de la chaleur. Il est prévu de préférence que le système de dispositif de manoeuvre ne comporte, outre le disque de frein du frein à courant de Foucault, aucune masse thermique supplémentaire pour le stockage intermédiaire de l'énergie thermique. De cette manière, il est possible de diminuer d'une manière appropriée le volume et le poids du système de dispositif de manoeuvre entraîné par le moteur électrique. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le système de dispositif de manoeuvre soit configuré de telle sorte que l'énergie mécanique introduite dans le dispositif de manoeuvre ne soit pas convertie en énergie électrique. Dans ce cas, il est prévu que l'énergie mécanique renvoyée en retour soit convertie exclusivement en chaleur, et ce, exclusivement ou au moins partiellement sous l'effet du frein à courant de Foucault. Dans ce cas, une marche de type générateur est exclue, de sorte qu'il n'y aura pas alimentation en retour de l'énergie électrique dans le réseau de bord, qui est liée aux inconvénients décrits ci-dessus. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le frein à courant de Foucault soit configuré 5 avec un refroidissement forcé, auquel cas il est de préférence prévu que le disque de frein soit configuré sous forme d'une roue de ventilateur, ou en liaison avec une roue de ventilateur, pour réaliser une bonne évacuation de la chaleur dans l'air ambiant. 10 Sous l'effet du refroidissement forcé, très efficace, du frein à courant de Foucault, refroidissement pour lequel de préférence le disque de frein est configuré comme une roue de ventilateur, ou est lié à cette dernière de façon solidaire en rotation, la puissance de conversion de 15 l'énergie mécanique en chaleur est très élevée. Cela réduit ou élimine, dans le cas le plus favorable, la nécessité d'une masse thermique supplémentaire, ce qui s'accompagne d'avantages correspondants pour ce qui est du poids et de l'encombrement. La puissance de refroidissement, dans les 20 applications mentionnées ci-dessus, est particulièrement élevée, car, en navigation aérienne, et pour minimiser le poids, on choisit habituellement à une valeur élevée la vitesse de rotation du moteur et donc aussi la vitesse de rotation du disque de frein ou de la roue de ventilateur du 25 frein à courant de Foucault. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le disque de frein soit relié au moteur électrique de telle sorte qu'il en résulte, à chaque rotation de l'arbre du moteur électrique, un 30 refroidissement forcé du disque de frein. De ce fait, on peut atteindre un refroidissement forcé particulièrement efficace du disque de frein du frein à courant de Foucault, car il a lieu à chaque rotation du moteur électrique, et donc aussi lors du fonctionnement en présence d'une charge 35 antagoniste sans production de chaleur. Le disque de frein, ou la roue de ventilateur, peut être disposé, de façon solidaire en rotation, sur l'arbre du moteur électrique. Dans autre mode de réalisation de réalisation de l'invention, il est prévu que le frein à courant de Foucault soit disposé de telle sorte que l'énergie mécanique renvoyée soit immédiatement convertie en chaleur sur l'arbre du moteur électrique sous l'effet du frein à courant de Foucault, de façon à ce que la contrainte thermique appliquée au moteur électrique et à son électronique de puissance soit réduite. L'énergie de type générateur, convertie habituellement en chaleur dans l'électronique par des résistances ohmiques, conduit aussi à un échauffement des moteurs électriques et de l'électronique de puissance, d'une manière correspondant à leurs rendements. Si cette énergie renvoyée est directement convertie en chaleur au niveau de l'arbre moteur par le frein à courant de Foucault, il en résulte aussi une diminution de la contrainte thermique du moteur électrique et de l'électronique de puissance, ce qui permet de les construire avec un encombrement en conséquence plus petit. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que, pour le maintien d'une charge, aucun frein, en particulier aucun frein à friction marchant à sec, ne soit prévu, mais que le moteur électrique du dispositif de manoeuvre à moteur électrique soit configuré de façon qu'il maintienne la charge sans soutien par un frein. Dans les utilisations qui demandent de la part de l'actionneur les modes "maintenir la charge en position" et "déplacer la charge", comme par exemple dans le cas d'un empennage d'altitude réglable, la réduction de la contrainte thermique du moteur et de l'électronique de puissance peut permettre la réalisation du mode "maintenir la charge", seulement par le moteur électrique du dispositif de manoeuvre à moteur électrique, et non pas, comme cela est habituellement réalisé pour la réduction de la charge thermique, par les freins à friction marchant à sec. Cela présente un avantage pour ce qui est de la durée de vie, car le nombre des cycles de commutation à sécurité de fonctionnement est limité dans le cas des freins à friction marchant à sec. Le fait d'y renoncer conduit ainsi à une augmentation de la durée de vie de la totalité du système de dispositif de manoeuvre. Un mode de réalisation préférée de l'invention concerne le domaine des commandes de vol. On peut y prévoir un frein à courant de Foucault, et de plus, en tant que secours (comme backup), un frein mécanique. Dans une autre variante, on peut envisager de n'utiliser que le frein à courant de Foucault, et de renoncer à un autre frein mécanique ou à d'autres freins. La présente invention concerne en outre un aéronef comportant au moins un système de dispositif de manoeuvre selon une des revendications 1 à 8. Pour ce qui concerne la charge, il peut alors s'agir de la commande de vol et/ou du train d'atterrissage d'un aéronef ou de ses constituants, et en particulier d'un ou plusieurs des composants que sont la gouverne de hauteur, de direction transversale, latérale, l'empennage horizontal 20 réglable, l'aérofrein, le système hypersustentateur, les becs de freinage, les volets d'atterrissage ou le train d'atterrissage avant. Le système de dispositif de manoeuvre selon l'invention peut en outre être utilisé pour une ou plusieurs de ces charges. 25 Pour ce qui concerne le dispositif de manoeuvre à entrainement électromoteur, il peut s'agir fondamentalement d'un actionneur électrohydraulique, ou aussi d' un actionneur électromécanique. Est particulièrement avantageuse l'utilisation du 30 dispositif de manoeuvre selon l'invention, commandé par un moteur électrique, pour la gouverne de profondeur, les ailerons, la gouverne de direction transversale, latérale et l'empennage horizontal réglable, car ces derniers exécutent souvent, pendant le vol, les mouvements de 35 manoeuvre ou commande, ce qui conduit à la production permanente de quantités d'énergie à convertir. C'est en particulier dans ces cas que le frein à courant de Foucault pourra soulager d'une manière significative le moteur électrique et l'électronique de puissance. L'invention sera mieux comprise en regard des exemples ci-après, qui représentent des formes et des modes de 5 réalisation de l'invention. L'exemple de réalisation concerne un dispositif de manoeuvre de commande ou de réglage électromécanique, qui comprend un moteur électrique, par exemple à commutation électronique, et une électronique de puissance permettant 10 son fonctionnement. Le dispositif de manoeuvre électromécanique sert d'actionneur par exemple pour la manoeuvre de gouvernes de hauteur, d'ailerons, de gouvernes de direction transversale, latérale, d'aérofreins, de becs de sécurité, de volets d'atterrissage, ou de l'empennage 15 horizontal réglable. Un frein à courant de Foucault est relié à l'arbre moteur du moteur électrique du dispositif de manoeuvre électromécanique, c'est-à-dire que le frein à courant de Foucault est directement rapporté au moteur électrique et 20 est relié à ce dernier. La liaison entre le frein à courant de Foucault et le moteur électrique est alors configuré de telle sorte que, à chaque rotation de l'arbre moteur du moteur électrique, il se produise une rotation du disque de frein du frein à 25 courant de Foucault. Cela conduit à un refroidissement particulièrement efficace du frein à courant de Foucault, en particulier quand le disque de frein est configuré comme une roue de ventilateur ou comprend cette dernière. Dans cet exemple de réalisation, le frein à courant de Foucault 30 est ainsi configuré sous forme d'une roue de ventilateur, avec un refroidissement forcé très efficace, la roue de ventilateur pouvant être formée par le disque de frein même, ou étant reliée au disque de frein de façon solidaire en rotation, de façon que la rotation du disque de frein 35 dans un sens de rotation, ou dans les deux, conduise à une rotation de la roue du ventilateur. Cela garantit une bonne évacuation de la chaleur dans l'air ambiant. Si, lors du fonctionnement de la charge, de l'énergie mécanique provenant de la charge pénètre dans le dispositif de manoeuvre entraîné par moteur électrique, cette énergie mécanique va être immédiatement convertie, en totalité ou en partie, en chaleur à l'aide du frein à courant de Foucault. Cela signifie que, dans l'exemple de réalisation décrit ici, il n'y a pas de fonctionnement de type générateur, c'est-à-dire que l'énergie mécanique n'est pas convertie en énergie électrique sous l'effet du dispositif de manoeuvre entraîné par un moteur électrique. En outre, le frein à courant de Foucault est de préférence configuré de façon à pouvoir renoncer à des masses thermiques pour le stockage intermédiaire de l'énergie thermique. La conversion, en chaleur, de l'énergie mécanique introduite par la charge, est produit de préférence exclusivement par le frein à courant de Foucault. La chaleur en est évacuée par un refroidissement forcé efficace. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, non seulement on renonce à une masse thermique pour le stockage intermédiaire de l'énergie thermique, mais aussi à un frein à friction, qui habituellement est utilisé pour le maintien de la charge, par exemple pour le maintien d'un empennage horizontal réglable, etc. Dans cet exemple de réalisation, la charge n'est maintenue que par le moteur électrique, c'est-à-dire que le moteur électrique est relié à la charge de telle sorte que cette dernière soit à même de réaliser le mode "maintien de la charge", sans faire appel à l'aide d'un frein. Cela est possible du fait que la contrainte thermique appliquée au moteur électrique et à son électronique de puissance est diminuée en conséquence de l'utilisation du frein à courant de Foucault. Cela permet de ne réaliser le mode "maintien de la charge" que sous l'effet du moteur électrique, et de renoncer à un frein supplémentaire pour garantir ce mode de fonctionnement, ou, en conséquence de la réduction des cycles de commutation, d'augmenter sa durée de vie. REVENDICATIONS1. Système de dispositif de manoeuvre ou commande pour aéronefs, pour le réglage d'au moins une charge de 5 l'aéronef, caractérisé en ce que le système de dispositif de manoeuvre comprend au moins un dispositif de manoeuvre à entraînement électromoteur, ainsi qu'au moins un frein à courant de Foucault, le frein à courant de Foucault étant disposé de telle sorte qu'une énergie mécanique, introduite 10 dans le dispositif de manoeuvre par un fonctionnement à charge suivante, soit en totalité ou en partie convertie en chaleur sous l'effet du frein à courant de Foucault. 2. Système de dispositif de manoeuvre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein à courant 15 de Foucault est directement rapporté au moteur électrique du dispositif de manoeuvre. 3. Système de dispositif de manoeuvre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de dispositif de manoeuvre ne contient, en plus du disque de 20 frein du frein à courant de Foucault, aucune masse thermique supplémentaire pour le stockage intermédiaire de l'énergie thermique. 4. Système de dispositif de manoeuvre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 25 système de dispositif de manoeuvre est configuré de façon que l'énergie mécanique introduite dans le dispositif de manoeuvre ne soit pas convertie en énergie électrique. 5. Système de dispositif de manoeuvre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le frein 30 à courant de Foucault est configuré avec un refroidissement forcé, auquel cas il est de préférence prévu que le disque de frein soit configuré comme une roue de ventilateur, ou soit relié à cette dernière, de façon solidaire en rotation, de préférence dans au moins une direction, pour 35 réaliser une bonne évacuation de la chaleur dans l'air ambiant. 6. Système de dispositif de manoeuvre selon l'une desrevendications précédentes, caractérisé en ce que le frein à courant de Foucault, en particulier son disque de frein, est relié au moteur électrique de telle sorte qu'un refroidissement forcé du disque de frein se produise à chaque rotation de l'arbre du moteur électrique. 7. Système de dispositif de manoeuvre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le frein à courant de Foucault est disposé de telle sorte que l'énergie mécanique renvoyée soit directement convertie en 10 chaleur au niveau de l'arbre du moteur électrique sous l'effet du frein à courant de Foucault, de façon à diminuer la contrainte thermique appliquée au moteur électrique et à son électronique de puissance. 8. Système de dispositif de manoeuvre selon l'une des 15 revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour le maintien d'une charge, un frein à courant de Foucault, et un frein mécanique, en tant que frein de secours (backup), en particulier en tant que frein à friction marchant à sec, sont prévus ou que, pour le maintien de la charge, seul est 20 prévu le frein à courant de Foucault, et aucun frein supplémentaire n'est prévu, ou que le moteur électrique du dispositif de manoeuvre à moteur électrique est configuré de telle sorte que ce dernier maintienne la charge sans soutien de la part d'un frein. 25 9. Aéronef comportant au moins un système de dispositif de manoeuvre selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Aéronef selon la revendication 9, caractérisé en ce que, pour ce qui concerne la charge, il s'agit de la 30 commande de vol et/ou du train d'atterrissage d'un aéronef, ou de ses constituants, et en particulier d'une gouverne de hauteur, d'un aileron, d'une gouverne de direction transversale, latérale, d'un empennage horizontal réglable, d'un aérofrein, d'un système d'hypersustentation, de becs 35 de sécurité, de volets d'atterrissage ou d'orientation du train avant.