Brevet FR3008677A1 — publié le 20150123

- 1 - L'invention s'applique à un aéronef dont certaines des roues du train d'atterrissage sont équipées d'un dispositif de motorisation permettant le déplacement de l'avion au sol de façon « autonome », innovation faisant l'objet de nombreuses publications. Cette invention concerne plus particulièrement un dispositif de mise en pré-rotation de roue équipée de moteur électrique durant la procédure d'atterrissage des avions, avant le toucher de sol, préservant ainsi les organes du train d'atterrissage et spécialement les pneus. Divers dispositifs ont été décrits pour mettre en rotation les roues avant l'atterrissage, de façon à réduire le violent frottement des pneus sur la piste au toucher de sol, frottement provoquant des méplats et une usure prématurée des pneus avec des risques d'éclatement et de balourd au moment du redécollage. Les seuls dispositifs connus, datent d'une vingtaine d'années et se basent sur la pression aérodynamique à l'atterrissage, une prise d'air entrainant une turbine liée à la roue, avec les inconvénients d'un tel fonctionnement difficilement maitrisable et pouvant induire des turbulences supplémentaires à la sortie du train d'atterrissage. De plus, ces systèmes aérodynamiques ajoutent des pièces supplémentaires au niveau des roues et augmentent le volume du train d'atterrissage, empiétant ainsi sur l'espace commercial. Selon l'invention, le présent dispositif de mise en pré-rotation de roue d'avion permet de pallier aux inconvénients du dispositif aérodynamique en assurant une mise en rotation contrôlée, consistant à ajouter une fonction de pré-rotation dans la chaîne cinématique de commande du dispositif de motorisation de roue, fonction activée postérieurement à la sortie du train et désactivée au sol. Ce dispositif de mise en pré-rotation est conçu pour mettre progressivement en rotation chaque roue équipée de moteur, depuis la sortie du train et jusqu'à l'atterrissage, de façon à ce que le développé de la roue en rotation corresponde à la vitesse horizontale de déplacement de l'aéronef en approche du terrain. Tous les dispositifs de motorisation de roue équipant les avions de dernière génération mettent en oeuvre un moteur électrique assurant soit directement la motorisation de la roue, soit fournissant l'énergie nécessaire à un système hydraulique d'entrainement des roues (cas d'un moteur hydraulique). L'invention vise un aéronef équipé de moteurs électriques de motorisation des roues, dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des moteurs d'entrainement de roue, un module électronique de pré-rotation avec programme intégré, activé uniquement durant la séquence d'atterrissage et fournissant, un point de consigne de la vitesse de rotation progressive de la roue à un convertisseur électronique de puissance qui alimente en courant le moteur électrique existant d'entrainement du mécanisme de rotation de roue. Le moteur électrique de motorisation de roue et le mécanisme de rotation de roue deviennent ainsi mutualisés entre les deux fonctions, limitant strictement le surpoids de cette nouvelle fonctionnalité : - La fonction de pré-rotation est opérationnelle uniquement pendant la séquence d'atterrissage, entre la sortie du train et le toucher de sol - 2 - - La fonction de roulage autonome au sol est opérationnelle postérieurement à l'atterrissage L'invention sera mieux explicitée et l'utilité de celle-ci sera mise en avant par la description qui va suivre, illustrée par les deux figures suivantes : La figure 1 présente le diagramme de fonctionnement de la chaîne cinématique du dispositif 5 électronique de pré-rotation pilotant un moteur d'entrainement de roue, diagramme applicable à l'identique à chacun des moteurs électriques d'entrainement de roue La figure 2 présente le graphique de la consigne de vitesse de rotation de la roue donnée par le module électronique de pré-rotation durant la séquence d'atterrissage Le mode de réalisation décrit ci-après est donné uniquement à titre d'exemple et se base de 10 façon non limitative sur les dessins annexés. Le diagramme de fonctionnement présenté à la figure 1 schématise la chaîne cinématique du dispositif de pré-rotation utilisant le moteur électrique (2) et le mécanisme (3) d'entrainement de roue du dispositif de déplacement autonome d'avion au sol (1), durant la période d'inactivité du bloc d'alimentation en puissance de roulage (6) en mode « taxi ». 15 La mise en pré-rotation de la roue (4) est contrôlée par un module électronique de pré-rotation (9) intégrant un programme mémorisé, fournissant un point de consigne de la vitesse de rotation progressive de roue au convertisseur électronique de puissance (8), alimenté en courant par un des Bus de distribution électrique de l'avion (5), et qui fournit au moteur électrique d'entrainement (2) la puissance nécessaire à une accélération de la vitesse de rotation de la roue non chargée, 20 permettant d'atteindre en moins d'une minute la vitesse maximale correspondant à la vitesse de rotation estimée de la roue au moment de l'atterrissage et au maintien de cette vitesse maximale, jusqu'au toucher de sol effectif. La consigne de vitesse de mise en pré-rotation, illustrée figure 2 est explicitée plus loin. Le module électronique de pré-rotation (9) est rendu opérationnel uniquement durant la 25 séquence d'atterrissage, c'est à dire entre la sortie du train et le toucher de sol. Le module de pré-rotation (9) est activé dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé » (signal (10) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion) et étant désactivé et remis à zéro dès que le train touche le sol (signal (11) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion), coupant ainsi l'alimentation du convertisseur 30 électronique de puissance (8) et laissant la main au bloc électronique de puissance (6) pour l'alimentation en courant du moteur électrique (2), lors des manoeuvres de roulage autonome sur la piste, jusqu'au prochain décollage. Dans une version particulière, la vitesse maximale atteinte par la roue en pré-rotation est prédéterminée par un point de consigne correspondant à la vitesse horizontale moyenne 35 d'atterrissage du type d'aéronef sur lequel le dispositif de mise en pré-rotation est installé. Dans une version particulière visant à approcher au plus près la vitesse réelle d'atterrissage, la vitesse maximale atteinte par la roue en pré-rotation pourra être ajustée en fonction de la vitesse horizontale effective de l'aéronef en approche grâce à un signal (12) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion. - 3 - Dans une version particulière visant à limiter la durée du maintien en rotation de la roue à sa vitesse maximale de pré-rotation, le point initial de démarrage de la pré-rotation sera avantageusement retardé par rapport à l'origine du processus, en fonction d'une altitude prédéterminée par rapport au sol et fonction du type d'aéronef, grâce à un signal (13) fourni par un 5 capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion. Concernant le mode de roulage autonome au sol des avions, les publications nous apprennent que la puissance nécessaire au roulage au sol, est fournie au moteur électrique (2) par un bloc électronique de puissance (6) alimenté en courant par un des Bus de distribution électrique de l'avion (5) et que la vitesse de roulage est contrôlée par un point de consigne (7) donné soit par le 10 pilote de l'aéronef, soit par un programme géré par l'ordinateur de bord et pilotant la vitesse de déplacement au sol. Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif de pré-rotation pourra appliquer le point de consigne fourni par le module électronique de pré-rotation (9) directement au bloc électronique de puissance (6) du dispositif existant de déplacement autonome au sol, lorsque ses 15 caractéristiques le permettent. Dans une configuration optimisée, nous admettrons donc que la plage de variation du bloc électronique de puissance (6) permet une variation de la vitesse de la roue non chargée 5 à 8 fois supérieure à la vitesse maximale de déplacement au sol de l'aéronef, la vitesse de roulage à l'atterrissage étant très supérieure à la vitesse de roulage en mode taxi. 20 La seule contrainte est que le bloc électronique de puissance (6) soit mis sous tension dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé ». La puissance nécessaire à la mise en rotation des roues non chargées (de l'ordre de 10 kVA) étant très inférieure à la puissance nécessaire au roulage au sol (de l'ordre de 140 kVA), cette question ne devrait pas soulever de difficulté particulière. 25 Dans cette variante optimisée, nous pouvons omettre d'installer le convertisseur électronique de puissance (8) et considérer que la mise en pré-rotation s'effectue à travers le bloc électronique de puissance (6), le point de consigne donné par le module électronique de pré-rotation (9) étant directement appliqué au bloc électronique de puissance (6). Dans cette configuration mixte optimisée, le bloc électronique de puissance (6) est 30 successivement contrôlé par le module électronique de pré-rotation (9) durant la séquence d'atterrissage et par le point de consigne de roulage (7) durant les périodes successives de roulage motorisé au sol. La description de ce dispositif de mise en pré-rotation, assurant le pilotage d'un moteur d'entrainement de roue durant la séquence d'atterrissage est totalement transposable à chacun 35 des moteurs assurant le déplacement de l'aéronef au sol. Ainsi, chacun des moteurs électriques d'entrainement de roue sera avantageusement alimenté par un convertisseur électrique de puissance (8), piloté par un module électronique de pré-rotation (9). - 4 - La figure 2 présente le graphique de la consigne de vitesse de la roue, donnée par le module de pré-rotation durant la séquence d'atterrissage. La mise en pré-rotation est contrôlée par le programme mémorisé sur le module électronique de pré-rotation (9) qui fournit au convertisseur électronique de puissance (8) le point de consigne de la vitesse de rotation progressive représenté sur le graphique de la figure 2 - Le point (0) du graphique donne l'origine du processus de mise en pré-rotation, indiquant que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé » (début de la séquence d'atterrissage). Le point (A) du graphique indique le point initial de mise en rotation de la roue avec l'accélération déterminée par le programme mémorisé et avec un retard éventuel par rapport à l'origine (0) du processus. - Le point (B) du graphique indique la fin de la montée en vitesse de la roue avant le toucher de sol et le début de la période de maintien à la vitesse maximale de pré-rotation de la roue. - Le point (C) du graphique indique le toucher de sol et la fin du processus de pré-rotation (fin également de la séquence d'atterrissage). - Le point (D) du graphique indique la vitesse maximale atteinte par la roue en pré-rotation et correspondant à la vitesse moyenne estimée de roulage à l'atterrissage. Concernant l'alimentation en puissance des moteurs électriques d'entrainement des roues, nous constatons que la plupart des aéronefs sont maintenant équipés d'une unité auxiliaire électrique de puissance APU (ou Auxiliary Power Unit), entrainant un générateur de courant fournissant une alimentation électrique triphasée 115/200 VAC sur un bus électrique distribuant la puissance nécessaire aux circuits auxiliaires de l'avion (cabine, climatisation, ...) ainsi qu'aux dispositifs de motorisation autonome, lorsque les propulseurs principaux de l'aéronef ont été coupés. La fourniture de puissance aux moteurs électriques d'entrainement de roues via l'APU ne doit cependant pas être considérée comme limitative et, suivant l'évolution de l'architecture électrique des avions dans le futur, d'autres Bus et d'autres tensions pourront être utilisés. Le dispositif de pré-rotation de roue d'avion selon l'invention s'applique aux aéronefs équipés de moteurs électriques de motorisation des roues, permettant le déplacement de l'avion au sol de façon « autonome » en mode « taxi » et particulièrement aux gros porteurs. Ce dispositif de pré-rotation de roue selon l'invention procure des avantages en exploitation en réduisant l'usure des pneus et les risques d'éclatement, ainsi que le balourd au décollage, le nettoyage des abords des pistes est par ailleurs facilité. REVENDICATIONS1) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue des aéronefs équipés d'un dispositif de motorisation des roues permettant le roulage autonome au sol en mode « taxi », comprenant un certain nombre de moteurs électriques d'entrainement des roues, caractérisé en ce que durant la séquence d'atterrissage uniquement, chacun des moteurs électriques (2) est piloté par un dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue, comprenant un module électronique de pré-rotation (9) intégrant un programme mémorisé fournissant un point de consigne de la vitesse de rotation progressive de la roue (4) à un convertisseur électronique de puissance (8), alimenté en courant par un des Bus de distribution électrique de l'avion (5) et fournissant au moteur électrique (2) la puissance nécessaire à atteindre, depuis le point initial de mise en rotation (A), en moins d'une minute, la vitesse maximale (D), correspondant à la vitesse de rotation estimée de de la roue au moment de l'atterrissage et au maintien de cette vitesse maximale (D) jusqu'au toucher de sol effectif, laissant alors la main au bloc électronique de puissance existant (6) pour l'alimentation en courant du moteur électrique (2) lors des manoeuvres de roulage autonome au sol. 2) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module électronique de pré-rotation (9) est activé durant la séquence d'atterrissage uniquement, le module de pré-rotation (9) étant rendu opérationnel par un signal d'activation (10) dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé » et étant désactivé et remis à zéro par un signal indiquant le toucher de sol (11) et coupant l'alimentation du convertisseur électronique de puissance (8). 3) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur maximale de la vitesse (D) est prédéterminée par un point de consigne correspondant à la vitesse horizontale moyenne d'atterrissage du type d'aéronef sur lequel le dispositif de mise en pré-rotation est installé. 4) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur maximale de la vitesse (D) correspond à la vitesse horizontale effective d'atterrissage de l'aéronef, donnée par un signal de vitesse horizontale de l'aéronef (12). 5) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point initial de mise en rotation (A) présente un certain retard par rapport à l'instant d'activation du module de pré-rotation (point origine 0), retard correspondant à une altitude prédéterminée, donnée par un signal d'altitude (13) et fonction du type d'aéronef. 6) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de consigne de la vitesse de rotation progressive de la roue, délivré par le programme mémorisé intégré au module électronique de pré-rotation (9) est directement appliqué au bloc électronique de puissance (6) lorsque les caractéristiques de ce bloc de puissance (6) permettent une vitesse maximale de la roue non chargée, correspondant à la vitesse horizontale d'atterrissage de l'aéronef, le bloc électronique de puissance (6) étant alors rendu opérationnel par un signal d'activation (10) dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé », version optimisée dans laquelle le convertisseur électronique de puissance (8) n'a plus d'utilité.