Brevet FR3008752A1 — publié le 20150123

La présente invention se rapporte à un vérin de positionnement pour une commande de positionnement, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef, avec un boîtier ou corps de vérin et une tige de piston logée d'une manière linéairement déplaçable dans celui-ci. Dans des actionneurs typiques pour l'application dans des systèmes de commande de vol primaires, le déplacement ou mouvement de la tige de piston est amorti pour éviter des endommagements possibles à la structure de l'aéronef par suite d'un mouvement rapide de la tige de piston. Pour des motifs de la technique de sécurité, il est donc nécessaire de maintenir la fonction d'amortissement également dans le cas d'une perte de pression à l'intérieur de l'alimentation hydraulique. Pour répondre à cette exigence de sécurité, de tels actionneurs sont pourvus d'une manière typique d'un réservoir de stockage de fluide qui est apte à compenser les effets thermiques et les effets de fuite sur une certaine durée, et qui assure donc la fonction d'amortissement pendant cette durée. Jusqu'à présent, des solutions ont été utilisées dans lesquelles le réservoir de stockage de fluide est soit intégré directement dans le bloc de vannes soit est vissé, en tant que composant autonome, sur le bloc de vannes. Le bloc de vannes se trouve dans ce cas au voisinage direct du vérin de positionnement, en particulier sur le côté extérieur de l'enveloppe de vérin. L'intégration du réservoir de stockage de fluide 30 dans le bloc de vannes requiert cependant un espace de montage important et entraîne une augmentation considérable de la dimension et du poids du bloc de vannes et de ce fait de l'ensemble de l'actionneur. Cette augmentation du poids est cependant non recherchée dans 35 l'industrie aéronautique. En même temps, la dimension plus grande du bloc de vannes rend plus difficile le montage de l'actionneur dans l'aéronef, étant donné qu'ici également, un espace de montage restreint est seulement disponible. La présente invention a donc pour objectif de trouver une solution aux problèmes évoqués. Cet objectif est atteint conformément à la présente invention par un vérin de positionnement pour une commande de positionnement, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef, avec un boîtier de vérin et une tige de piston logée d'une manière linéairement déplaçable, un réservoir de stockage de fluide étant intégré dans le boîtier de vérin. Il est donc proposé un vérin de positionnement pour une commande de positionnement, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef, le vérin de positionnement présentant un boîtier de vérin et une tige de piston logée d'une manière linéairement déplaçable dans celui-ci. L'idée inventive de la présente invention réside en ce que le boîtier du vérin de positionnement est utilisé au moins partiellement comme réservoir de stockage de fluide. En particulier un espace creux non utilisé à l'intérieur du vérin de positionnement est utilisé comme réservoir de stockage de fluide. Cela n'entraîne pas, ou alors seulement dans une mesure réduite, une modification de la grandeur de construction du vérin de positionnement par rapport à des variantes classiques. Il y a également la possibilité d'un équipement ultérieur simple de vérins de positionnements existants avec un réservoir de stockage de fluide intégré. Le vérin de positionnement lui-même peut être réalisé comme un vérin synchrone avec des faces de piston équilibrées. Dans un mode de réalisation avantageux, dans le cas du réservoir de stockage de fluide, il s'agit d'un agencement spécial d'un réservoir de stockage à ressort, qui est intégré directement dans le vérin de positionnement. La dépense de construction au total pour le vérin de positionnement n'est pas augmentée d'une manière importante par le montage d'un tel réservoir de stockage à ressort. Le réservoir de stockage à ressort comprend un piston séparateur qui agit contre la force du ressort et qui stocke mécaniquement la pression hydraulique. La précontrainte du réservoir de stockage à ressort peut également avoir lieu en utilisant un paquet de ressorts à disques ou bien au moyen d'un ressort à 10 spirale ou d'un ressort à gaz. D'une manière particulièrement avantageuse, le réservoir de stockage de fluide est disposé radialement autour de la tige de piston arrière. Cet espace autour de la tige de piston arrière n'est généralement pas utilisé. 15 L'utilisation comme réservoir de stockage pour le réservoir de stockage de fluide permet l'intégration d'un réservoir de stockage dans le vérin de positionnement sans dépense ou complexité importante, en utilisant en grande partie des composants déjà disponibles. De ce 20 fait, la dimension géométrique du vérin de positionnement reste constante ou est seulement modifiée légèrement. Du fait de l'élargissement du vérin de positionnement par un réservoir de stockage de fluide intégral, également le bloc de vannes requis pour la 25 commande du vérin de positionnement peut être réalisé d'une manière plus simple. L'omission du réservoir de stockage de fluide requis dans le bloc de vannes réduit la mesure ou dimension de construction du bloc de vannes, et de ce fait, également la mesure totale constituée par 30 le bloc de vannes et le vérin de positionnement devient plus petite. On obtient ainsi une réduction souhaitable de l'espace de montage nécessaire à l'intérieur d'un aéronef. La construction dans son ensemble, en raison du nombre de pièces réduit et de l'intégration simple du 35 réservoir de stockage, devient plus avantageuse en ce qui concerne le prix. Par ailleurs, il y a une diminution du poids total, étant donné que le poids supplémentaire produit au vérin est nettement plus bas que le poids d'un réservoir de stockage autarcique. Il est approprié d'utiliser l'alésage du vérin pour 5 la tige de piston en même temps comme surface de roulement extérieure pour le piston séparateur du réservoir de stockage de fluide. Dans ce cas il peut être approprié de prolonger l'alésage de vérin en fonction de la quantité de stockage requise, c'est-à-dire de percer 10 plus profondément dans la direction du fond du vérin. Cela entraîne également une réduction de la probabilité des défauts de concentricité. Dans des vérins de positionnement connus, une douille de guidage intégrée sert à guider la tige de 15 piston à l'intérieur de l'enveloppe du vérin. En particulier une douille de guidage arrière sert à guider la tige de piston arrière dans des cylindres synchrones. Dans ce cas il peut être particulièrement avantageux si la douille de guidage arrière est utilisée en même temps 20 comme guidage intérieur et face de roulement pour le piston séparateur du réservoir de stockage de fluide. En particulier la douille de guidage arrière sert de guidage intérieur et de face de roulement pour la garniture d'étanchéité du piston séparateur. 25 Des composants existants de toute façon du vérin de positionnement sont utilisés pour la réalisation du réservoir de stockage de fluide. A part le ressort et le piston séparateur, d'autres composants pour l'intégration du réservoir de stockage ne sont pas requis. 30 L'enveloppe du vérin de positionnement, dans un mode de réalisation préféré, peut être au moins partiellement transparente dans la zone du réservoir de stockage de fluide pour permettre un contrôle visuel du niveau de remplissage du réservoir, en particulier de la 35 position du piston séparateur. En particulier le corps OU boîtier de vérin peut être pourvu dans la zone arrière partiellement de fraisages. Ce faisant, le niveau de remplissage du réservoir de stockage peut être lu facilement à l'aide de la position du piston séparateur. Un affichage ou indication additionnelle n'a dànc pas lieu. Pour la commande du vérin de positionnement, fréquemment un capteur de déplacement est intégré dans le boîtier de vérin, c'est-à-dire dans le corps de vérin. dans ce cas, le capteur de déplacement prévu de toute façon peut être disposé de telle sorte dans le boîtier de vérin que celui-ci maintient en position la douille de guidage arrière de la tige de piston dans la direction axiale. Lorsque le vérin est réalisé avec les caractéristiques exposées ci-dessus, il faut prévoir, en tant que composants additionnels, pour la mise en oeuvre de la fonction de stockage elle-même, uniquement un ressort et un piston séparateur. En procédant ainsi, l'espace de construction du vérin de positionnement n'est pas modifié par rapport à des réalisations connues. De même, le poids qui en résulte du piston de positionnement est augmenté seulement d'une manière négligeable par le poids de ressort additionnel et le poids du piston séparateur. Cependant, cette augmentation du poids est négligeable par rapport à la réduction de poids liée du bloc de vannes respectivement à l'économie d'un réservoir de stockage de fluide additionnel externe. L'invention comprend en outre un actionneur pour un aéronef, constitué du vérin de positionnement conforme à l'invention et d'un bloc de vannes pour la commande et/ou 30 la régulation du vérin de positionnement. A part le vérin de positionnement, l'invention concerne en outre un aéronef muni d'un vérin de positionnement en accord avec la présente invention respectivement une réalisation avantageuse de la présente 35 invention ou d'un actionneur selon la présente invention. Bien évidemment l'aéronef présente les mêmes avantages et propriétés que le vérin de positionnement, et de ce fait il ne sera pas décrit à nouveau. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : la figure 1 est une vue de côté en perspective d'un 10 vérin de positionnement classique avec bloc de vannes connu par l'art antérieur, la figure 2 est une vue de côté en perspective d'un vérin de positionnement conforme à l'invention avec un module de bloc de vannes, 15 les figures 3a et 3b sont des vues en coupe du vérin de positionnement conforme à l'invention suivant la figure 2, la figure 4 représente le module de bloc de vannes de la figure 2 en une vue arrière et 20 la figure 5 est une vue en coupe de la vanne de mode du module de bloc de vannes des figures 2 et 4. La figure 1 représente un vérin de positionnement d'un actionneur de commande de vol classique. Le vérin de positionnement comprend un corps ou boîtier de vérin 1 25 dans lequel est logée la tige de piston 3 d'une manière linéairement déplaçable. Sur l'enveloppe de vérin 1 repose le bloc de vannes 2 pbur la commande du vérin de positionnement. Dans cette solution, le réservoir de stockage de fluide 5 est intégré directement dans le bloc 30 de vannes et veille à ce que, dans le cas d'une perte de pression dans l'alimentation en pression hydraulique, l'amortissement dans l'actionneur soit toujours assuré. Par l'intégration du réservoir de stockage de fluide 5 dans le bloc de vannes 2, l'espace de construction du 35 bloc de vannes 2 augmente nettement. Par ailleurs, le bloc de vannes 2 comprend encore une série de composants hydrauliques pour la commande du vérin de positionnement qui sont montés en tant que cartouches modulaires individuelles au bloc de vannes 2. En font partie par exemple la servo-vanne 4, l'installation de mesure de pression 6, la vanne magnétique 7 et la vanne de mode 8. Des groupes de construction importants, comme par exemple la servo-vanne 4, sont réalisés sous forme d'unités remplaçables en ligne (LRU) pour que, en cas de besoin, ils puissent être échangés séparément. La figure 2 représente l'actionneur conforme à 10 l'invention, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef. Le vérin de positionnement comprend également une enveloppe de vérin 10 dans laquelle est logée d'une manière linéairement déplaçable la tige de piston 30. Sur le pourtour extérieur de 15 l'enveloppe de vérin 10 repose un module de bloc de vannes 20 dont la dimension spatiale, par rapport au bloc de vannes de la figure 1, est nettement plus réduite. La réduction de la grandeur de construction du module de bloc de vannes 20 repose pour une grande partie 20 sur l'idée inventive, à savoir de ne pas intégrer le réservoir de stockage de fluide requis dans le module 20 mais au lieu de cela dans le vérin de positionnement, c'est-à-dire dans l'enveloppe de vérin 10. On voit sur la figure 2 un évidement 11 de la face d'enveloppe 10 qui 25 permet de voir dans l'espace intérieur du vérin de positionnement. En particulier, à l'aide de l'évidement 11, le niveau de remplissage actuel du réservoir de stockage de fluide peut être lu. La construction de principe du réservoir de 30 stockage de fluide sera expliquée ci-après plus en détail à l'aide des figures 3a, 3b. La figure 3a est une vue en coupe complète le long de l'axe longitudinal du vérin. Le vérin de positionnement est réalisé comme cylindre ou vérin synchrone, les deux faces de piston opposées du 35 piston 31 étant équilibrées. Le vérin de fluide est disposé dans la partie arrière de l'enveloppe de vérin 10, la profondeur d'alésage du perçage de vérin ayant été prolongée pour le guidage linéaire de la tige de piston 30 dans la direction du fond du vérin. La figure 3b est une vue détaillée de la zone arrière du vérin. Le vérin de fluide est basé sur le principe de travail d'un réservoir de stockage à ressort avec le ressort 40 qui, dans le mode de réalisation des figures 3a, 3b, est réalisé comme ressort à spirale. Le ressort 40 précontraint le piston séparateur 50. Lorsque l'espace 60 formant le réservoir de stockage du perçage de vérin est rempli d'huile hydraulique, le piston séparateur 50 agit contre la force du ressort 40 et exerce une compression sur celui-ci: L'énergie de pression est stockée sous forme de force de ressort. Le piston séparateur 50 utilise l'enveloppe de 15 vérin 10 comme face de roulement extérieure. Une douille de guidage arrière 70 sert de manchon pour la réception et le guidage de la partie arrière de la tige de piston 30, la douille 70 étant utilisée en même temps comme guidage intérieur et face de roulement pour les joints 20 d'étanchéité 51 du piston séparateur 50. L'étanchéité par rapport à l'enveloppe de vérin 10 est assurée par les deux joints d'étanchéité annulaires 52. Les deux conduits d'amenée 32, 33 servent à charger en pression les chambres de vérin respectives du vérin de 25 positionnement. L'afflux au réservoir de stockage de fluide est assuré par le perçage 61. Le capteur de déplacement 80 situé à l'intérieur pour la détection de la position du piston est utilisé pour maintenir la douille de guidage arrière 70 en 30 position, en particulier pour la fixer dans la direction axiale. Lorsque le vérin est réalisé avec les caractéristiques exposées ci-dessus, il suffit d'intégrer, pour la réalisation de la fonctionnalité de 35 stockage, uniquement deux composants additionnels dans le boîtier de vérin, à savoir le ressort 40 et le piston séparateur 50. Par la construction conforme à l'invention du réservoir de stockage, les avantages suivants sont obtenus : 1. Un mode de construction plus simple du module de bloc de vannes 20 étant donné que le réservoir de 5 stockage est intégré dans le vérin de positionnement. 2. Au total, la place requise pour le réservoir de stockage est réduite étant donné que l'espace autour de la tige de piston arrière 30 n'est en règle générale pas utilisé et est donc disponible pour la réalisation du 10 réservoir de stockage de fluide. 3. L'appareil dans son ensemble peut être d'une construction plus petite, et de ce fait l'espace de construction requis à l'intérieur d'un aéronef est réduit. 15 4. L'appareil dans son ensemble devient plus avantageux, du point de vue du coût, en raison du nombre de pièces réduit et de l'intégration simple du réservoir de stockage. 5. L'appareil dans son ensemble devient plus léger 20 étant donné que le poids supplémentaire produit au vérin 10 est plus petit que le poids d'un réservoir de stockage de fluide autarcique. En se reportant à la figure 2, la configuration du module de bloc de vannes 20 sera exposée encore une fois. 25 Le module de bloc de vannes 20 est constitué du boîtier de vanne 21 qui reçoit le deuxième gradin 23 de la servovanne à gradins multiples. En même temps le boîtier de vanne 21 est utilisé comme boîtier de vanne pour les deux capteurs 29 de l'installation de mesure de pression sous 30 la forme d'un capteur de la pression différentielle (differential pressure transducer « DPT »), pour la vanne de mode 27 ainsi que pour la vanne de délimitation de pression 22. Par conséquent, tous les composants du bloc hydraulique sont intégrés dans le bloc de vannes 21 de la 35 servo-vanne 23, et de fait un bloc hydraulique sera omis. Le premier gradin de la servo-vanne est désigné par la référence numérique 23'. Dans 1 a réalisation représentée, la vanne magnétique (vanne à solénoïde) 24 est montée à l'extérieur au boîtier de vanne 21, en particulier par vissage. De plus une vanne de relâchement de blocage 90 5 ainsi qu'une vanne de blocage de sureté 91 sont intégrées dans le boîtier de vanne 21. Le boîtier de vanne 21 est fabriqué soit en acier inoxydable soit en titane de sorte que les poussoirs de commande des vannes individuelles peuvent être intégrés 10 directement sans douille de poussoir dans le bloc 21. L'ensemble 20 est d'une construction modulaire, et de ce fait le module de bloc de vannes 20 peut être échangé sans travaux de réglage d'une manière particulièrement simple, en particulier directement à l'état monté à 15 l'aéronef. La figure 4 est une vue arrière du module de bloc de vannes 20 conforme à l'invention. Au côté d'extrémité au bloc de vannes 21 fait suite le boîtier de câblage 26 qui contient la fiche ou connecteur 25 de l'appareil 20 principal. En même temps, le boîtier de câblage 26 sert de boîtier de protection pour les différentes installations de mesure de déplacement des vannes respectives qui sont toutes du même type de construction et sont disposées à l'intérieur du boîtier 26. Par 25 conséquent, les capteurs de déplacement individuels ne requièrent pas de boîtier complexe et peuvent être réalisés avec une cosse de câble simple. La douille de poussoir du deuxième gradin 23 de la servo-vanne est réalisée comme douille-scarabée et 30 présente au moins une rainure ménagée dans la surface de la douille du poussoir de commande afin de réaliser au moins un canal d'écoulement pour la transmission d'un courant de commande et/ou courant volumétrique. La rainure ne s'étend pas, par sections ou entièrement, dans 35 la direction de pourtour de la douille de poussoir de commande. A cet endroit, nous renvoyons encore une fois à la demande de brevet allemande non publiée antérieurement DE 10 2012 002 921. Par la réalisation du bloc de vannes 21 en acier inoxydable ou en titane, une partie des poussoirs de 5 commande nécessaires peut être intégrée directement sans douille de poussoir dans le boîtier. Cela vaut pour les poussoirs de l'installation de mesure de pression 29 et pour le poussoir de commande de la vanne de surpression 22 ainsi que d'autres vannes éventuelles. De ce fait le 10 mode de construction du module de bloc de vannes 20 devient nettement plus compact, et le nombre et la longueur des perçages de liaison requis entre les différents composants peuvent être réduits considérablement. 15 Par exemple, on voit sur la figure 5 la vanne de mode en une vue en coupe. La vanne de mode comprend un poussoir de commande 28 qui est logé directement à l'intérieur du boîtier de vanne 21. L'utilisation d'une douille de poussoir éventuelle peut être omise. 20 Par la configuration concrète du module de bloc de vannes 20, les avantages suivants sont obtenus : 1. Le volume du module de bloc de vannes 20, par rapport à des solutions standard de la figure 1, est fortement réduit, et de ce fait le degré de 25 l'individualisation pour l'adaptation aux différents espaces de montage est réduit d'une manière considérable. 2. Le nombre des pièces individuelles dans le module de bloc de vannes 20 est réduit par rapport à la solution de la figure 1 de 40%. 30 3. Il n'y a presque plus de joints d'étanchéité internes, et de ce fait le risque de fuites est considérablement réduit, et la fiabilité du module de bloc de vannes 20 augmente. 4. Par l'omission des fiches ou connecteurs 35 intermédiaires, le taux d'erreurs est réduit, et la dépense de montage est également fortement réduite. . Le poids du module de bloc de vannes 20, en dépit de l'utilisation de l'acier, est réduit par rapport à un bloc de vanne en aluminium. 6. Etant donné que de l'acier est utilisé comme 5 matériau pour le bloc de vannes, le problème de la durabilité des blocs de vannes est supprimé. La durée de vie de blocs de vannes à base d'aluminium est limitée du fait des tensions internes produites, provoquées par la pression hydraulique régnante. 7. En dépit du degré d'intégration élevé, le module de bloc de vannes 20 peut être échangé dans l'aéronef. Etant donné que l'exploitant ou l'opérateur doit stocker seulement un composant (auparavant un grand nombre d'unités remplaçables en ligne, LRU), les coûts sont réduits également ici. Une dépense de coût éventuelle plus élevée pour le module de bloc de vannes 20, en comparaison avec les unités remplaçables en ligne individuelles, peut ainsi être compensée. 8. Au total les coûts pour un module de bloc de 20 vannes 20 selon le type de construction peuvent être baissés d'environ 30% par rapport à un bloc de vannes standard 2 selon la figure 1. REVENDICATIONS1. Vérin de positionnement pour une commande de positionnement, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef, avec un boîtier de vérin (10) et une tige de piston (30) logée d'une manière linéairement déplaçable, caractérisé en ce qu'un réservoir de stockage de fluide (60) est intégré dans le boîtier de vérin (10). 2. Vérin de positionnement selon la revendication 10 1, caractérisé en ce que le réservoir de stockage de fluide (60) est un réservoir de stockage à ressort. 3. Vérin de positionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir de stockage de fluide (60) est précontraint au moyen d'un paquet de 15 ressorts à disques. 4. Vérin de positionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir de stockage de fluide (60) est précontraint au moyen d'un ressort à spirale. 20 5. Vérin de positionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir de stockage de fluide (60) est précontraint au moyen d'un ressort à gaz. 6. Vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 25 réservoir de stockage de fluide (60) est disposé radialement autour de la tige de piston arrière. 7. Vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir de stockage du réservoir de stockage de fluide 30 (60) est réalisé par un alésage de cylindre pouvant être prolongé. 8. Vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une douille de guidage arrière (70) pour la tige de piston 35 arrière (30) est disposée, qui sert en même temps de guidage intérieur et de face de roulement au pistonséparateur (50) du réservoir de stockage de fluide (60), en particulier de joint d'étanchéité de celui-ci. 9. Vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en te que l'enveloppe du vérin de positionnement présente dans la zone du réservoir de stockage de fluide au moins un fraisage (61) pour permettre un contrôle visuel de l'état de remplissage du réservoir de stockage, en particulier de la position du piston séparateur (50). 10. Vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un capteur de déplacement (80) est disposé dans le corps de vérin, l'agencement du capteur de déplacement (80) dans le corps de vérin ayant lieu de façon que la douille de guidage arrière (70) de la tige de piston (30) soit maintenue dans la direction axiale dans sa position. 11. Vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vérin de positionnement présente des faces de piston 20 équilibrées. 12. Actionneur de commande de vol constitué d'un vérin de positionnement selon l'une des revendications précédentes 1 à 11 et d'au moins un bloc de vannes. 13. Aéronef comprenant un vérin de positionnement 25 selon l'une des revendications précédentes ou un actionneur de commande de vol selon la revendication 12.