Brevet FR3013137A1 — publié le 20150515

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine des corps d'épreuve et plus particulièrement aux corps d'épreuve pour la mesure des efforts appliqués sur des manches de dispositif de commande électrique de véhicules et plus particulièrement pour les dispositifs de commande de vol des aéronefs. L'invention concerne également un tel dispositif de commande. ETAT DE LA TECHNIQUE Un dispositif de commande électrique comprend généralement un bâti et un manche de commande relié au bâti par l'intermédiaire d'un corps d'épreuve déformable. Le manche de commande peut être relié directement au corps d'épreuve ou par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique de transmission d'effort. Ce dispositif comprend également des capteurs pour détecter le déplacement du manche de commande par rapport au bâti ou une pièce de référence du dispositif mécanique sur laquelle le corps d'épreuve est fixé. Le déplacement du manche de commande est lié à la déformation du corps d'épreuve. Le corps d'épreuve est donc une pièce dont les caractéristiques mécaniques sont maîtrisées pour faire correspondre de manière fiable un effort exercé sur le manche de commande à un déplacement de celui-ci. Un corps d'épreuve comprend généralement une première bride solidaire du manche sur lequel sont appliqués des efforts à mesurer, une deuxième bride solidaire du bâti et un ou plusieurs éléments déformables élastiquement s'étendant entre les deux brides. Ces éléments déformables ont une raideur calibrée connue ce qui permet de déterminer, à partir de la mesure du déplacement relatif des deux platines, la déformation du corps et donc d'en déduire les efforts appliqués sur l'objet. Généralement, le dispositif de commande permet d'agir selon deux axes perpendiculaires de sorte que le dispositif de commande comprend au moins deux capteurs disposés de manière à mesurer les déplacements du manche selon ces deux axes. Un corps d'épreuve classique pour la commande d'aéronef comprend ainsi deux brides coaxiales reliées par des colonnettes déformables s'étendant selon une direction parallèle à la direction selon laquelle s'étend le manche de commande manipulé par le pilote. Sur des éléments dont la criticité est élevée, c'est-à-dire dont la défaillance peut avoir des conséquences graves, comme c'est le cas sur une commande de vol d'aéronef, il est impératif de disposer d'une redondance des corps d'épreuve. Le montage en série ou en parallèle des corps d'épreuve pose des problèmes d'encombrement incompatibles avec les exigences des constructeurs aéronautiques. La miniaturisation des corps d'épreuve pose également des difficultés car l'encombrement minimal du manche est contraint par le nombre de câbles qui transitent à l'intérieur de celui-ci et qui sont reliés à divers organes de commande montés sur le manche. La tendance étant plutôt à l'augmentation de ce diamètre en raison de la centralisation des commandes sur le manche de commande, il est souhaitable de pouvoir augmenter l'espace réservé au manche. Enfin, une miniaturisation de ces dispositifs implique de diminuer la section des colonnettes et donc de réduire la durée de vie du corps d'épreuve. Il aurait pu être envisagé d'utiliser des matériaux plus résistants, du type composite ou alliages spéciaux (aciers HLE). Cependant, l'impact économique lié à cette matière et également à son façonnage (usinage, soudage, traitement de détensionnement) rend cette solution peu inadaptée au marché. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de réduire l'encombrement d'un dispositif de corps d'épreuve comprenant une redondance de corps d'épreuve. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit un corps d'épreuve pour la mesure des déplacements ou des contraintes appliqués à un manche de commande s'étendant selon un axe prédéterminé, le corps d'épreuve comprenant une première bride pourvue de moyens de fixation du manche de commande, une deuxième bride pourvue de moyens de sa fixation à un bâti fixe, une troisième bride dite bride commune, une première série de colonnettes s'étendant entre la première bride et la bride commune, une deuxième série de colonnettes s'étendant entre la deuxième bride et la bride commune, les colonnettes s'étendant toutes selon une direction sensiblement parallèle à l'axe prédéterminé, la première bride, la deuxième bride et la troisième bride étant de forme annulaire et coaxiales les unes aux autres. On obtient alors un corps d'épreuve comprenant deux corps d'épreuve redondants dans un encombrement réduit. Le diamètre du manche de commande peut être lui aussi augmenté et permettre d'implanter les capteurs de déplacements et passer éventuellement un plus grand nombre de câbles de commandes au travers du manche pour collecter les informations des commandes implantés sur celui-ci. Il est possible de réaliser ainsi un corps d'épreuve usiné, c'est-à-dire sans interface de fixation mécanique, sans soudure ni brasage. Ceci permet d'obtenir un corps d'épreuve à relativement faible hystérésis. Avantageusement, la première et la deuxième bride sont coplanaires, ce qui améliore encore la compacité du dispositif. Avantageusement encore, les axes des colonnettes sont sensiblement équidistants de l'axe prédéterminé. Ceci permet d'obtenir une raideur identique pour le premier corps d'épreuve, constitué par la première bride et la bride commune, et pour le deuxième corps d'épreuve constitué par la deuxième bride et la bride commune sous réserve que ceux-ci aient des colonnettes identiques. Dans le cas où la plage de mesure est très étendue, les sections des colonnettes peuvent être différentes pour avoir deux corps d'épreuve de raideurs différentes autorisant de disposer de deux plages de mesure. En outre, l'absence d'interface entre les deux corps d'épreuve ainsi formés permet d'avoir un dispositif présentant un hystérésis relativement faible. Chaque corps d'épreuve recevra, pour chaque axe selon lequel on souhaite réaliser la mesure, au moins un capteur de mesure du déplacement des brides et/ou un capteur de mesure de l'état de contrainte des colonnettes. Ainsi, un premier capteur disposé entre la bride commune et la tige de commande et un second capteur disposé entre la bride commune et le bâti permettent d'obtenir plusieurs informations sur l'état de déformation du dispositif, d'identifier certaines défaillances (rupture d'une colonnette) et de traiter ces informations en fonction du type de défaillance identifié. Selon un mode de réalisation particulier, celle des première et deuxième brides située en périphérie de l'autre possède sur sa face intérieure un profil dont les contours sont complémentaires du profil de la face extérieure de l'autre bride, ces deux faces étant distantes l'une de l'autre. Ces profils de face complémentaires peuvent comprendre des rainures et des cannelures qui permettent également de limiter l'ampleur d'une torsion accidentelle appliquée au manche. On prévoit avantageusement deux systèmes de butées agencés sur la bride commune respectivement entre la bride commune et le manche de commande et entre la bride commune et le bâti. Ceci permet de limiter les efforts supportés par les colonnettes. De préférence, les colonnettes ont toutes des sections identiques, en particulier une section sensiblement carrée. Ceci permet de limiter le coût de fabrication des colonnettes. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation du corps d'épreuve selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle du dispositif de commande selon l'invention, avec le corps d'épreuve en coupe selon le plan II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 avec le corps d'épreuve en coupe selon le plan de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective du corps d'épreuve selon un deuxième mode de réalisation particulier ; - la figure 5 est une vue en coupe selon le plan V-V de la figure 4 du mode de réalisation de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en coupe verticale d'un troisième mode de réalisation du corps d'épreuve selon l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique en élévation du mode de réalisation de la figure 6 ; - la figure 8 est une vue schématique en perspective du corps d'épreuve selon un troisième mode de réalisation particulier ; - la figure 9 est une vue identique à celle de la figure 8 selon un autre angle de vue ; - la figure 10 est une vue en coupe selon le plan X-X de la figure 8 du mode de réalisation de la figure 8 ; - la figure 11 est une vue en coupe selon le plan XI-XI de la figure 8 du mode de réalisation de la figure 8. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 7, l'invention est ici décrite en application à un dispositif de capteur d'effort situé sur une commande d'organes de vol d'un aéronef tel qu'un hélicoptère. Le dispositif de commande permet de mesurer des contraintes ou des déplacements appliqués à un manche de commande. Le dispositif de capteur d'effort comprend un bâti 100 sur lequel est monté un corps d'épreuve, généralement désigné 1, comportant une première bride annulaire 2 solidaire de la base 3 d'un manche de commande 4 s'étendant au travers de la bride 2 selon un axe X normal à la bride 2 et une deuxième bride annulaire 5 coaxiale à la bride 2 et solidaire du bâti 100. Ici, la base 3 du manche de commande 4 est boulonnée à la première bride 2. Le corps d'épreuve 1 comprend également une troisième bride annulaire 6, dite bride commune, reliée aux brides 2 et 5 respectivement par une première série de colonnettes élastiquement déformables 7 et une deuxième série de colonnettes élastiquement déformables 8 s'étendant toutes parallèlement à l'axe longitudinal X. Comme plus particulièrement visible sur la figure 3, les brides 2 et 5 sont coplanaires, la bride 2 étant entourée par la bride 5. La bride 2 présente sur sa face extérieure (c'est-à-dire la plus éloignée de l'axe X) huit nervures 9 et donc autant de rainures 10. La face intérieure de la bride 5 présente, quant à elle, un profil complémentaire de celui de la bride 2. Ce profil de la bride 5 comporte donc des rainures 11 complémentaires des nervures 9 et des nervures 12 complémentaires des rainures 10. Les deux profils étant séparés l'un de l'autre par une distance ici de l'ordre de 1 mm à 2 mm selon le moyen de découpe employé (cette distance est supérieure au déplacement total de la bride 2 par rapport à la bride 5). Les séries de colonnettes 7 et 8 sont décrites plus précisément en référence aux figures 2 et 3. Les colonnettes 7, 8 ont une section sensiblement carrée avec deux côtés opposés en arc de cercle centré sur l'axe X et deux côtés opposés rectilignes. La première série de colonnettes 7 comprend huit colonnettes s'étendant chacune parallèlement à l'axe X à l'aplomb d'une des nervures 9 de la bride 2 jusqu'à la bride commune 6. La deuxième série de colonnettes 8 comprend huit colonnettes de section carrée s'étendant chacune parallèlement à l'axe X à l'aplomb d'une des nervures 12 de la bride 5 jusqu'à la bride commune 6. Les colonnettes 7 et 8 ont toutes la même section et sont usinées dans la masse avec les brides. Les colonnettes ont des caractéristiques mécaniques - particulièrement leur raideur - calibrées. Le dessin particulier des brides 3 et 5 permet d'implanter ces colonnettes de manière à ce que leurs axes longitudinaux soient tous équidistants de l'axe X, ce qui contribue à une répartition homogène des éléments déformables et assure alors un comportement plus aisément modélisable des déformations du dispositif. On a représenté en pointillé sur la figure 1 la projection des sections des colonnettes sur les brides 2 et 5. On obtient ainsi un corps d'épreuve double avec un premier corps d'épreuve constitué par la bride 2, la première série de colonnettes 7 et la bride commune 6 et un second corps d'épreuve constitué par la bride 5, la deuxième série de colonnettes 8 et la bride commune 6. L'agencement particulier selon l'invention offre une excellente compacité et une redondance des mécanismes. Chacune des brides est reliée à une autre par un nombre identique de colonnettes qui ont des sections, des longueurs et des raideurs sensiblement identiques et qui sont également équidistantes de l'axe X : les raideurs des deux corps d'épreuve ainsi constitués, et donc leurs déformations respectives sous un même effort, sont sensiblement les mêmes. Enfin, les profils complémentaires des première et deuxième bride assurent une fonction de butée qui limite les déplacements compris dans un plan orthogonal à l'axe X, les torsions autour de l'axe X sont également limitées par ces profils. Les efforts selon l'axe X sont repris en traction/compression par les colonnettes déformables. Cette configuration contribue ainsi à la robustesse du dispositif. Le corps d'épreuve 1 reçoit au moins deux capteurs de mesure de déplacement par axes de mesure. Le corps d'épreuve 1 comprend ici deux capteurs 13 et 14 mesurant respectivement le déplacement relatif du manche de commande 4 par rapport à la bride commune 6 et le déplacement relatif de la bride commune 6 par rapport au bâti 100. Ainsi, la mesure de ces déplacements permet de déduire les efforts appliqués sur le manche de commande 4 dans une direction définie par les capteurs. Deux autres capteurs 15, 16 montés selon des directions non parallèles permettent alors de déduire les efforts appliqués sur le manche de commande 4 selon un plan orthogonal à l'axe X. Avec au moins deux capteurs (disposés chacun sur l'un de deux axes orthogonaux qui forment le plan de mesure) pour chacun des deux corps d'épreuve formant le corps d'épreuve 1, on déduit la direction, le sens et la valeur de l'effort mesuré avec une redondance de mesure. La comparaison des déplacements respectifs de la bride commune 6 par rapport au bâti 100 et par rapport au manche de commande 4 permet également de détecter la rupture d'une ou plusieurs colonnettes. On obtient donc un corps d'épreuve 1 dont l'agencement permet le montage de colonnettes déformables 7 et 8 de forte section sans impact sur la compacité du dispositif. Les cas de rupture de colonnettes 7 et 8 sont aisément identifiables et les raideurs sensiblement identiques des deux corps d'épreuves permettent d'utiliser des capteurs identiques, résultant en une économie d'échelle. Il en va de même pour la production des colonnettes déformables 7 et 8. Les cas de rupture de colonnettes seront aisément détectés par le traitement et la comparaison des informations en provenance des capteurs de chacun des corps d'épreuve. La redondance de corps d'épreuves ainsi qu'un traitement adéquat des informations délivrés par les capteurs 13 et 14 permet de récupérer des informations avec un niveau de fiabilité raisonnable dans des modes de fonctionnement dégradés comme ceux dans lesquels une ou plusieurs colonnettes 7 et/ou 8 seraient brisées. Il est intéressant de prévoir deux systèmes de butées agencés respectivement pour limiter les déplacements du manche de commande 4 par rapport à la bride commune 6 et les déplacements de la bride commune 6 par rapport au bâti 100. Les butées de chaque corps d'épreuve limite la sollicitation des colonnettes dans les cas où la charge dépasse la charge maxi de mesure. Les efforts dans ce cas ne cheminent plus par les colonnettes mais par les butées. Ainsi les colonnettes peuvent être dimensionnées pour une durée de vie illimitée dans la plage de mesure et sont insensibles aux efforts excessifs qui peuvent solliciter éventuellement le dispositif de mesure d'efforts. Selon un mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, la deuxième bride 5 comprend quatre alésages 20 s'étendant radialement selon deux directions perpendiculaires et débouchant chacun face à une nervure 9 de la première bride 2. Chaque alésage 20 reçoit une goupille 21 contre l'extrémité de laquelle la nervure 9 de la première bride 2 vient en butée. Ces butées ont pour effet de limiter les déplacements relatifs de la première bride 2 par rapport à la deuxième bride 5 ce qui permet donc de limiter les sollicitations des colonnettes ainsi que de prévenir les capteurs d'un endommagement en cas de sur course. Selon un mode de réalisation particulier représenté aux figures 6 et 7, la première série de colonnettes 7 reliant la première bride 2 à la bride commune 6 a une raideur sensiblement inférieure à la raideur de la seconde série de colonnettes 8. Une telle différence de raideur peut être obtenue par la mise en oeuvre de matériaux différents et/ou de sections transversales de colonnette différentes pour chaque série. Le manche de commande 4 comprend également des butées, ici sous la forme de quatre tétons cylindriques 30 à 33 rapportés par soudage sur le manche de commande 4 et s'étendant dans le même plan que celui de la bride commune 6. Ainsi, lors d'une sollicitation du manche de commande 4, la première série de colonnettes 7 va se déformer alors que la seconde série de colonnettes 8 ne se déforme pas. Ensuite, la venue d'une des butées 30 à 33 au contact de l'alésage intérieur de la bride commune 6 entraîne la déformation de la seconde série de colonnettes 8. On obtient alors un corps d'épreuve comportant des butées de limitation du déplacement relatif du manche de commande 4 par rapport à la bride commune 6. Le dispositif comporte au moins un capteur 13 de mesure du déplacement relatif de la bride commune et du bâti et au moins un capteur 14 de mesure du déplacement relatif de la première bride et du bâti. Ainsi, le dispositif de capteur d'effort comprend une première plage d'efforts [0, Flmax] déterminée par la différence de raideur des séries de colonnettes 7 et 8 - sur laquelle seule la première série de colonnettes 7 se déforme et une seconde plage d'efforts [Flmax; infini] correspondant à la déformation de la seconde série de colonnettes 8. Un premier avantage procuré par un tel agencement réside dans la possibilité de mesurer plus finement les efforts dans la première plage d'efforts, en raison d'un facteur de proportionnalité entre les efforts appliqués et les déformations mesurées plus important dans cette première plage d'efforts que dans la deuxième plage. Enfin, la rupture d'une ou plusieurs colonnettes de la première série de colonnettes 7 est détectée immédiatement (pas de mesure d'efforts inférieurs à la borne supérieure Flmax de la première plage d'efforts) et ne compromet pas le fonctionnement du capteur d'efforts. En effet, un traitement adapté des déformations de la seule série de colonnettes 8 du second corps d'épreuve permet de déterminer les efforts appliqués sur le manche de commande sur l'intégralité de la plage de fonctionnement du capteur d'efforts. L'utilisateur identifie lui aussi le défaut par un jeu dans le manche de commande avant venue en butée de celui-ci sur la bride commune 6. On obtient ainsi un corps d'épreuve redondant permettant de conserver une mesure d'efforts sur l'intégralité de sa plage d'utilisation même en cas de défaillance totale d'un premier dispositif de mesure d'efforts. Les figures 8 à 11 illustrent un troisième mode de réalisation dans lequel le corps d'épreuve est monobloc, taillé intégralement dans une unique masse d'acier par exemple par usinage tridimensionnel ou électrochimique. Ce mode de réalisation permet d'éviter les traitements de détensionnement rendus nécessaires par les jonctions par soudure. Ce mode de réalisation permet également une meilleure maîtrise de la linéarité de la réponse du corps d'épreuve (notamment par réduction des hystérésis). Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier : - bien qu'ici les brides soient circulaires, l'invention s'applique également à d'autres formes de brides telles que des brides carrées ou de forme quelconque ; - bien qu'ici, les colonnettes soient toutes équidistantes de l'axe X, l'invention s'applique également à un dispositif de corps d'épreuve dans lequel les colonnettes déformables liant la première platine à la platine commune sont situées à une première distance de l'axe X et dans lequel les colonnettes déformables liant la deuxième platine à la platine commune sont situées à une deuxième distance de l'axe X permettant d'obtenir une raideur différente des deux corps d'épreuves afin d'avoir deux plage de mesure ; - bien qu'ici les profils complémentaires des brides comprennent huit nervures, l'invention s'applique également à des profils comprennent un nombre différent de nervures, ainsi qu'à d'autres types de profils tels que des profils dentelés, en croix ou quelconques ; - bien qu'ici les colonnettes aient toutes la même section, l'invention s'applique également à des colonnettes de section différentes, en dimension comme en forme permettant d'obtenir la raideur différente des deux corps d'épreuves afin d'avoir deux plage de mesure ; - les colonnettes peuvent avoir une section sensiblement carrée comme ici ou d'une autre forme et notamment circulaire ; - l'invention s'applique également à d'autres modes de réalisation du dispositif tel que le soudage, la fonderie, l'assemblage des colonnettes par vissage. Le corps d'épreuve selon l'invention peut également être réalisé en divers matériaux non ferreux, synthétiques, naturels ou composites tels que les matière plastiques, la fibre de carbone, les composites de polyaramide_ ; - le nombre et la disposition des capteurs de mesure de déplacement peuvent être modifiés. L'invention concerne ainsi d'autres configurations comme par exemple un capteur mesurant le déplacement relatif de la première bride et de la bride commune. En outre, on peut également mesurer des contraintes, en fixant les jauges de contrainte sur les colonnettes ; - bien qu'ici, le manche de commande soit boulonné à la première bride, l'invention s'applique à d'autres moyens de fixation du manche de commande comme par exemple un assemblage vissé, par clipage, par soudage, par collage ; - bien qu'ici la mesure des contraintes appliquées au manche soit effectuée par la mesure des déplacements relatifs des brides composant les corps d'épreuves respectifs, l'invention s'applique également à d'autres types de capteurs tels que par exemple des jauges de contraintes appliquées sur une ou plusieurs colonnettes ; - bien qu'ici le manche de commande soit boulonné à la première bride, l'invention s'applique également à d'autres modes de fixation du manche de commande à la première bride comme par exemple une fixation par soudage qui réduit l'hystérésis sur l'interface, une fixation par collage ou vissage ; - bien qu'ici les butées 30 à 33 soient des tétons cylindriques rapportés sur le manche de commande par soudage, l'invention s'applique également à d'autres types de butées telle que par exemple un disque soudé ou usiné sur le manche de commande. REVENDICATIONS1. Corps d'épreuve (1) pour la mesure des déplacements ou des contraintes appliqués à un manche de commande (4) s'étendant selon un axe prédéterminé (X), le corps d'épreuve (1) comprenant une première bride (2) pourvue de moyens de fixation du manche de commande (4), une deuxième bride (5) pourvue de moyens de sa fixation à un bâti fixe, une troisième bride (6) dite bride commune, une première série de colonnettes (7) s'étendant entre la première bride (2) et la bride commune (6), une deuxième série de colonnettes (8) s'étendant entre la deuxième bride (5) et la bride commune (6), les colonnettes (7,8) s'étendant toutes selon une direction sensiblement parallèle à l'axe prédéterminé, la première bride (2), la deuxième bride (5) et la troisième bride étant de forme annulaire et coaxiales les unes aux autres. 2. Corps selon la revendication 1, dans lequel la première bride (2) et la deuxième bride (5) sont coplanaires. 3. Corps selon la revendication 1, dans lequel les axes des colonnettes (7,8) sont sensiblement équidistants de l'axe prédéterminé. 4. Corps selon la revendication 1, dans lequel les colonnettes (7,8) ont toutes des sections identiques. 5. Corps selon la revendication 1, dans lequel les colonnettes (7,8) ont une section sensiblement carrée. 6. Corps selon la revendication 2, dans lequel celle des première (2) et deuxième (5) brides située en périphérie de l'autre possède sur sa face intérieure un profil dont les contours sont complémentaires du profil de la face extérieure de l'autre de celle des première (2) et deuxième (5) brides, ces deux faces étant distantes l'une de l'autre. 7. Corps selon la revendication 6, dans lequel les profils de face complémentaires comprennent des rainures (10,11) et des nervures (8,9). 8. Corps selon la revendication 7, dans lequel les rainures (10,11) et les nervures (8,9) sont au nombre de huit. 9. Corps selon la revendication 1, comportant des butées (20) de limitation du déplacement relatif de la première bride (2) par rapport à la deuxième bride (5). 10. Corps selon la revendication 1, comportant des butées (30-33) de limitation du déplacement relatif du manche de commande (4) par rapport à la bride commune (6). 11. Dispositif de commande comportant un bâti, un manche de commande relié au bâti par l'intermédiaire d'un corps d'épreuve selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Dispositif selon la revendication 11, comportant au moins un capteur (13) de mesure du déplacement relatif de la bride commune et du bâti et au moins un capteur (14) de mesure du déplacement relatif de la première bride et du bâti.