Brevet FR3008751A1 — publié le 20150123

La présente invention se rapporte à un module de bloc de vannes pour un vérin de positionnement, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef. Dans les actionneurs typiques pour l'utilisation dans des systèmes de commandes de vol primaires, de nombreuses vannes sont requises pour le fonctionnement correct du vérin de positionnement ou réglage. En font partie, entre autres, une servo-vanne pour la commande ciblée du vérin de positionnement, une vanne de mode pour la sélection du mode de fonctionnement requis, une vanne magnétique (vanne à solénoïde), des capteurs de la pression différentielle ainsi que des vannes de surcharge. A part cela, un réservoir de stockage de fluide, pour la compensation des oscillations de pression provoquées par des effets thermiques et des fuites, peut s'avérer nécessaire. Les composants requis sont soit mis à disposition comme des composants individuels et forment le bloc hydraulique externe, soit sont disposés, en tant que cartouches modulaires individuelles, sur un bloc de vannes monté sur le pourtour extérieur du cylindre de positionnement. Des ensembles importants comme par exemple la 25 servo-vanne, sont réalisés sous la forme d'unités remplaçables en ligne (LRU) pour pouvoir échanger ceux-ci séparément en cas de défaillance ou de défaut. La présente invention a pour objectif de rechercher des possibilités pour réduire les coûts de fabrication 30 ainsi que le poids total des actionneurs de commande de vol. Cet objectif est atteint conformément à la présente invention par un module de bloc de vannes pour un vérin de positionnement, en particulier pour la commande de vol 35 primaire d'un aéronef, dans lequel sont intégrés au moins une servo-vanne, une vanne à solénoïde, une vanne de mode, une installation de mesure de pression et une vanne pour la délimitation de force en un bloc de vannes commun. Conformément à l'invention, on propose d'intégrer tous les composants nécessaires du bloc hydraulique pour 5 la commande du cylindre de positionnement dans un bloc de vannes commun. Ce faisant, non seulement le nombre des parties au total requises, mais encore le volume de construction requis sont considérablement réduits. Par l'intégration de tous les composants du bloc hydraulique 10 dans un bloc de vannes commun, l'utilisation d'un bloc hydraulique externe peut être supprimée, sans solution de remplacement. Etant donné que le bloc de vannes complet est réalisé sous forme de module, celui-ci peut être échangé 15 sans travaux de réglage. Cela permet un échange direct dans l'état monté à l'aéronef. Le temps passé et les coûts pour les travaux d'entretien nécessaires peuvent être réduits considérablement. Le bloc hydraulique, en tant que composants 20 essentiels, comprend au moins une servo-vanne, une vanne magnétique (vanne à solénoïde), une vanne de mode, c'est-à-dire une vanne pour le réglage du mode de fonctionnement, une installation de la mesure de la pression ainsi qu'une vanne pour la limitation de la 25 force. Il est ainsi produit un bloc de vannes hautement intégré pour la commande et/ou la régulation d'un cylindre de positionnement pour la commande de vol primaire d'un aéronef. De préférence, le boîtier de la servo-vanne est 30 utilisé comme boîtier de vannes commun pour au moins une partie des composants intégrés. D'une manière idéale, la servo-vanne, la vanne magnétique, la vanne de mode, l'installation de mesure de pression et la vanne pour la limitation de la force utilisent un boîtier de vanne 35 commun qui est de préférence réalisé en une pièce De préférence, une vanne de surpression usuelle sert à la limitation de la force. L'installation de mesure de pression fonctionne comme un soi-disant capteur de la pression différentielle (differential pressure transducer "DPT). Selon un mode de réalisation avantageux de 5 l'invention, le bloc de vannes, en particulier le boîtier de vanne commun, est réalisé au moins partiellement en acier inoxydable ou en titane. Des manchons ou douilles de poussoir sinon nécessaires pour les différents poussoirs de commande des vannes peuvent être omis, 10 c'est-à-dire les poussoirs de commande peuvent être intégrés directement sans douille de poussoir dans le bloc de vannes commun. Cette mesure permet d'atteindre un mode de construction bien plus compact du module de bloc de vannes conforme à l'invention. De plus le nombre et la 15 longueur des alésages de liaison requis peuvent être considérablement réduits. En particulier il est avantageux lorsque le poussoir de la vanne de mode est guidé directement dans le bloc de vannes sans douille ou manchon de poussoir. La 20 même chose vaut pour les poussoirs de la mesure de la pression différentielle et/ou de la limitation de la force, c'est-à-dire de la vanne de surpression. D'une manière idéale, tous les poussoirs de ces vannes sont guidés directement dans le bloc de vannes sans douille de 25 poussoir. L'utilisation d'acier ou de titane fait de plus augmenter la durée de vie des vannes étant donné que la solidité ou résistance de l'acier et du titane est plus élevée que celle de l'aluminium. Les tensions élevées 30 internes, résultant des oscillations de pression produites, sont mieux absorbées par un boîtier de vanne fabriqué en titane ou en acier. L'augmentation de poids qui en résulte peut être compensée par le mode de construction compact du module de bloc de vannes. 35 Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, les composants électriques du module de bloc de vannes sont reliés, sans fiches ou connecteurs au connecteur de l'appareil principal. Etant donné que chaque connecteur ou fiche additionnelle constitue une source d'erreurs potentielle, en renonçant à des connecteurs intermédiaires éventuels entre les différents composants électriques du module de bloc de vannes, un taux d'erreur ou de défaillance plus bas peut être atteint. A côté de cela, une réduction ultérieure de l'espace de construction requis du bloc de vannes résultant peut être atteinte pendant que diminue en même temps la dépense de montage requise. Ce renoncement à des connecteurs intermédiaires entraîne en même temps une optimisation des coûts de fabrication. D'une manière appropriée, seulement le capteur de déplacement du vérin ou cylindre de positionnement est relié par un connecteur ou fiche au connecteur de l'appareil principal de sorte que le bloc de vannes lui-même est échangeable comme module, c'est-à-dire comme soi-disant unité remplaçable en ligne (LRU) directement à l'aéronef. Selon un mode de réalisation préféré, la douille de poussoir de la servo-vanne est réalisée comme une soi-disant "douille-scarabée". La face d'enveloppe de la douille de poussoir est pourvue d'au moins un canal d'écoulement pour le transfert d'un courant de commande et/ou courant volumique. Au moins un des canaux de commande est formé par une rainure ménagée dans la surface de la douille du poussoir de commande qui, en partie ou en totalité, ne s'étend pas dans la direction du pourtour de la douille du poussoir de commande. En ce 30 qui concerne la configuration concrète de la douille de poussoir respectivement de développements ultérieurs de cette douille de poussoir de commande, on renvoie à la demande de brevet allemande DE 10 2012 002 921 non publiée antérieurement, au contenu de laquelle on peut se 35 référer. La réalisation de la douille de poussoir de la servo-vanne réduit le nombre d'alésages ou. perçages nécessaires dans le bloc de vannes et réduit de plus la longueur de celle-ci. De plus, seulement une longueur de poussoir réduite est requise. Un autre avantage réside en ce que par cette conception en scarabée, on obtient une chute de pression plus réduite dans le bloc de vannes. D'une manière particulièrement appropriée, un type de capteur de déplacement unique ou unitaire est utilisé pour toutes les installations de mesure de déplacement utilisées dans le bloc de vannes. De préférence, toutes les lignes électriques sont réunies dans un boîtier de câblage qui renferme, d'une part, la prise du boîtier principal et qui sert en même temps de boîtier de protection pour les installations de mesure de déplacement. La dépense de câblage nécessaire est ainsi réduite. De plus les différents capteurs de déplacement ne requièrent pas de boîtier complexe et peuvent être réalisés avec un connecteur pré-câblé ou cosse de câble. L'invention concerne en outre un actionneur de commande de vol avec un vérin de positionnement et un module de bloc de vannes conformément à la présente invention ou une réalisation avantageuse de l'invention. Le système inventif présente les mêmes avantages et propriétés que le module de bloc de vannes selon l'invention, et de ce fait, une description redondante est omise. D'une manière particulièrement avantageuse, un réservoir de stockage de fluide pour la compensation d'une chute de pression possible n'est pas un composant du module de bloc de vannes mais est intégré dans le vérin de positionnement. Par ailleurs l'invention se rapporte à un aéronef qui comprend le module de bloc de vannes inventif respectivement une réalisation avantageuse du module de bloc de vannes ou comprend l'actionneur de commande de vol conforme à l'invention. 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 représente un actionneur de commande de vol connu par l'art antérieur, la figure 2 représente l'actionneur de commande de vol conforme à l'invention avec le vérin de positionnement et le bloc de vannes, la figure 3 représente le module de bloc de vannes conforme à l'invention de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe de la vanne de mode du module de bloc de vannes des figures 2 et 3 et les figures 5a,5b représentent des vues en coupe du 15 vérin de positionnement selon la figure 2. La figure 1 représente un actionneur de commande de vol connu par l'art antérieur, constitué d'un vérin de positionnement et d'un bloc de vannes 2 fixé sur celui-ci, qui comprend les composants hydrauliques nécessaires 20 pour la commande du vérin de positionnement. Le vérin de positionnement est constitué d'une enveloppe de vérin 1, dans la chambre de cylindre de laquelle est logée la tige de piston 3 déplaçable linéairement. Pour la commande du vérin de 25 positionnement, le bloc de vannes comprend une série de composants hydrauliques qui, en tant que cartouches de module individuelles, sont montés sur le bloc de vannes 2. En font partie, par exemple, la servo-vanne 4, l'installation de mesure de pression 6, la vanne 30 magnétique 7 et la vanne de mode 8. Des groupes de construction importants, comme par exemple la servo-vanne, sont réalisés sous la forme de LRUs (unités échangeables en ligne) pour que celui-ci, en cas de besoin, puisse être échangé séparément. Dans le 35 bloc de vannes est intégré de plus un réservoir de stockage de fluide 5 qui est destiné, en cas de chute de pression à l'intérieur de l'alimentation hydraulique, à maintenir la fonction d'amortissement pour la tige de piston 3 du vérin de positionnement. La figure 2 représente l'actionneur de commande de vol selon l'invention qui, à part le vérin de positionnement, constitué de l'enveloppe de vérin 10 et de la tige de piston 30 logée d'une manière linéairement déplaçable, comprend un module de bloc de vannes 20. Le module de bloc de vannes 20 est constitué du boîtier de vanne 21 qui contient le deuxième étage ou gradin 23 de la servo-vanne. En même temps, le boîtier de vanne 21 est utilisé comme boîtier de vannes pour les deux capteurs 29 de l'installation de mesure de pression sous la forme d'un 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 servo-vanne 23, et de ce fait, un bloc hydraulique sera omis, sans être remplacé. Le premier gradin de la servo-vanne est désigné par la référence numérique 23'. Dans la réalisation représentée, la vanne magnétique (vanne à - solénoïde 24) est montée à l'extérieur au boîtier de vannes 21, en particulier par vissage. De plus une vanne de sureté de blocage (blocking relief valve) 90 ainsi qu'une vanne de blocage de vérification (check blocking valve) 91 sont intégrées dans le boîtier de vannes 21. Le boîtier de vannes 21 est fabriqué soit en acier inoxydable soit en titane, de sorte que les poussoirs de commande des vannes individuelles peuvent être intégrés directement sans douille de poussoir dans le bloc 21. L'ensemble de la construction 20 est modulaire, et de ce fait le module de bloc de vannes 20, sans travaux d'ajustement ou de réglage, est échangeable d'une manière particulièrement simple, il peut être échangé en particulier directement à l'état monté à l'aéronef. La figure 3 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 le connecteur ou fiche de l'appareil principal 25. Le boîtier de câblage 26 sert en même temps de boîtier de protection des installations de mesure de 5 déplacement individuelles des vannes respectives, qui sont toutes du même type de construction et sont disposées à l'intérieur du boîtier 26. Par conséquent, les capteurs de déplacement individuels ne requièrent pas de boîtier complexe et peuvent être réalisés avec une 10 cosse de câble simple. La douille de poussoir du deuxième gradin 23 de la servo-vanne est réalisée comme une douille-scarabée et présente au moins une rainure ménagée dans la surface de la douille du poussoir de commande pour la réalisation 15 d'au moins un canal d'écoulement pour la transmission du courant de commande et/ou du courant volumique. La rainure s'étend par sections ou dans son ensemble non pas dans la direction du pourtour de la douille du poussoir de commande. Nous nous référons ici encore une fois à la 20 demande de brevet allemande DE 10 2012 002 921 non publiée antérieurement. Par la réalisation du bloc de vannes 21 en acier inoxydable ou en titane, au moins une partie des poussoirs de commande nécessaires peut être intégrée 25 directement sans douille de poussoir dans le boîtier 21. 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 et d'autres vannes possibles. Ce faisant le mode de construction du module de bloc de 30 vannes est réalisé d'une manière bien plus compacte, et le nombre et la longueur des perçages de connexion nécessaires entre les différents composants peuvent être réduits d'une manière considérable. On peut voir à titre d'exemple sur la figure 4 la 35 vanne de mode en une vue de coupe. La vanne de mode comprend un poussoir de commande 28 qui est logé directement à l'intérieur du boîtier de vannes 21. On peut renoncer à l'utilisation d'une douille de poussoir éventuelle. Par l'agencement conforme à l'invention du module de bloc de vannes 20, les avantages suivants sont 5 obtenus : 1. Le volume du module de bloc de vannes 20 est réduit massivement par rapport à la solution standard, et de ce fait le degré de l' individualisation pour l'adaptation aux différents espaces de montage est réduit 10 d'une manière importante. 2. Le nombre des parties individuelles dans le module de bloc de vannes 20 est réduit par rapport à la solution préconisée sur la figure 1 de 40%. 3. Il n'y a presque plus de joints d'étanchéité 15 internes, et de ce fait le risque de fuites est considérablement réduit, et la fiabilité du module de bloc de vannes 20 est augmentée. 4. Par l'omission des fiches intermédiaires, le taux d'erreurs est réduit, et la dépense de montage est 20 également fortement réduite. 5. 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 vannes en aluminium. 6. L'utilisation de l'acier comme matériau pour le 25 bloc de vannes résout le problème de la solidité durable des blocs de vannes. La durée de vie de blocs de vannes à base d'aluminium est limitée en raison des tensions internes produites à l'intérieur, provoquées par la pression hydraulique élevée. 30 7. En dépit du degré d'intégration élevé, le module de bloc de vannes 20 peut être échangé dans l'aéronef. Etant donné qu'il suffit que l'exploitant ou l'opérateur stocke seulement un composant (avant : beaucoup de LRUs différentes), les coûts sont réduits ici également. Une 35 dépense éventuelle plus élevée pour le module de bloc de vannes 20 selon l'invention peut ainsi être compensée en comparaison avec les LRUs individuelles. 8. Les coûts additionnés pour un module de bloc de vannes 20 selon ce type de construction peuvent être baissés par rapport à un bloc de vannes standard 2 selon la figure 1 d'environ 30%. Le réservoir de stockage de fluide éventuellement nécessaire ne fait plus partie du module de bloc de vannes inventif 20. Celui-ci est intégré dans le vérin de positionnement lui-même. Un module de bloc de vannes 20 nettement plus compact est obtenu qui peut être utilisé d'une manière universelle pour différents espaces de montage sans qu'il soit nécessaire de procéder au préalable à un ajustement ou une adaptation individuelle du bloc de vannes à l'espace de montage respectif. La figure 2 explicite l'étendue de la réduction de 15 la grandeur du module de bloc de vannes 20 par suite du déplacement du réservoir de stockage de fluide dans le vérin de positionnement, c'est-à-dire dans le boîtier de vérin 10 de celui-ci. La figure 2 représente également un évidement 11 dans la face d'enveloppe 10 qui permet de 20 voir dans l'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 observé. La construction de principe du réservoir de 25 stockage de fluide sera expliquée ci-après plus en détail à l'aide des figures 5a, 5b. La figure 5a est une vue en coupe complète le long de l'axe longitudinal du vérin ou cylindre. Le vérin de positionnement est réalisé comme vérin homocinétique ou synchronisé, les deux faces de 30 piston dirigées d'une manière opposée du piston 31 étant égalisées. Le vérin de fluide est logé dans la partie arrière de l'enveloppe de vérin 10, la profondeur de l'alésage de vérin pour le guidage linéaire de la tige de piston 30 a été prolongée dans la direction du fond de 35 vérin. La figure 5b représente une vue détaillée de la zone de vérin arrière. Le vérin de fluide est basé sur le principe de travail d'un réservoir à ressort avec le ressort 40 qui, dans le mode de réalisation des figures 5a, 5b est réalisé comme ressort à spirale. Le ressort 40 précontraint le piston de séparation 50. Lorsque l'espace 60 formant le réservoir de stockage de l'alésage de vérin est rempli d'huile hydraulique, le piston de séparation 50 agit contre la force du ressort 40 et comprime celui-ci. L'énergie de pression est stockée sous la forme de la force du ressort. Le piston de séparation 50 utilise l'enveloppe de vérin 10 comme face de roulement extérieure. une aouille 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 comme face de roulement pour les joints d'étanchéité 51 du piston de séparation 50. L'étanchéité par rapport à l'enveloppe de vérin 10 est obtenue par les deux joints d'étanchéité annulaires 52. Les deux conduits d'amenée 32, 33 servent à la sollicitation par pression des chambres de vérin respectives du vérin de positionnement. L'afflux au réservoir de stockage de fluide est assuré par l'alésage 61. Le capteur de déplacement 80 situé à l'intérieur pour la détection de la position du piston est utilisé pour maintenir en position la douille de guidage arrière 70, en particulier pour la fixer dans la direction axiale. Lorsque le vérin est réalisé avec les caractéristiques ci-dessus, pour la réalisation de la fonctionnalité du réservoir de stockage, uniquement deux composants additionnels doivent être intégrés dans la chambre de vérin, à savoir le ressort 40 ainsi que le piston de séparation 50. Les avantages suivants sont obtenus par le montage exposé du réservoir de stockage : 1. Un type de construction plus simple du module de bloc de vannes 20, étant donné que le réservoir de 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 généralement pas utilisé et est donc disponible pour la réalisation du réservoir de stockage de fluide. 3. L'appareil dans son ensemble peut être plus 10 petit, ce qui réduit la place de construction requise à l'intérieur de l'aéronef. 4. L'appareil dans son ensemble devient plus avantageux du point du vue du prix en raison du nombre de pièces réduit et de l'intégration simple du réservoir de 15 stockage. 5. L'appareil dans son ensemble devient plus léger étant donné que le poids supplémentaire exercé au vérin 10 est plus bas que le poids d'un réservoir de stockage de fluide autarcique. 20 REVENDICATIONS1. Module de bloc de vannes (20) pour un-vérin de positionnement, en particulier pour la commande de vol primaire d'un aéronef, caractérisé en ce que sont intégrés au moins une servo-vanne (23), une vanne à solénoïde (24), une vanne de mode (27), une installation de mesure de pression et une vanne pour la délimitation de force en un bloc de vannes commun. 2. Module de bloc de vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de vannes (20) commun est le bloc de servo-vannes. 3. Module de bloc de vannes selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc de 15 vannes (20) est réalisé au moins partiellement en acier. 4. Module de- bloc de vannes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc de vannes (20) est réalisé au moins partiellement en titane. 20 5. Module de bloc de vannes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poussoir (28) pour la vanne de mode (27) est guidé directement dans le bloc de vanne (20) sans douille de poussoir. 25 6. Module de bloc de vannes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les poussoirs (29) pour la mesure de la pression différentielle et/ou la limitation de la force sont guidés directement dans le bloc de vannes sans douille de 30 poussoir. 7. Module de bloc de vannes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants électriques du module de bloc de vanne (20) sont reliés sans fiche (25) intermédiaire à la fiche de 35 l'appareil principal. 8. Module de bloc de vannes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lemodule de bloc de vannes (20) est réalisé comme unité remplaçable en ligne (LRU) qui est échangeable directement à l'état monté à l'aéronef. 9. Module de bloc de vannes selon l'une des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que la douille de poussoir de la servo-vanne (23) présente au moins une rainure ménagée dans la surface de la douille du poussoir de commande pour la réalisation d'au moins un canal d'écoulement pour la transmission du courant d-e 10 commande et/ou du courant volumique, la rainure s'étendant par section ou dans son ensemble non pas dans la direction du pourtour de la douille du poussoir de commande. 10. Module de bloc de vannes selon l'une des 15 revendications précédentes, caractérisé en ce que pour toutes les installations de mesure de déplacement dans le module de bloc de vannes (20), un type de capteur de déplacement unique est utilisé. 11. Module de bloc de vannes selon l'une des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les lignes électriques sont guidées dans un boîtier de câblage (26) commun qui sert en même temps de boîtier pour le ou les capteurs de déplacement. 12. Actionneur de commande de vol muni d'un vérin de 25 positionnement et d'un module de bloc de vannes (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un réservoir de stockage de fluide est intégré dans le vérin de positionnement. 13. Aéronef avec un module de bloc de vannes selon 30 l'une des revendications 1 à 11 ou un actionneur de commande de vol selon la revendication 12.