Brevet FR3061135A1 — publié le 20180629

La présente invention concerne les surfaces mobiles de vol des aéronefs et leur actionnement. ETAT DE LA TECHNIQUE Un aéronef, par exemple un avion, comprend généralement une structure principale (le fuselage, les ailes, l'empennage fixe) et des surfaces mobiles de vol (ailerons, spoilers, gouvernes de profondeur, gouvernes de direction...) articulées à la structure pour pouvoir être commandées en position de manière à permettre de 10 diriger l'aéronef. La surface mobile comprend une structure rigide portant un revêtement pour définir l'enveloppe de la surface mobile. Le déplacement de chaque surface mobile de vol dans la position désirée est réalisé au moyen d'un ou plusieurs actionneurs ayant une 15 partie fixe montée dans la structure de l'aéronef et une partie mobile reliée à la surface mobile de vol. Il est de plus en plus habituel d'utiliser sur les aéronefs des actionneurs électriques agencés pour produire un travail mécanique lorsqu'ils sont alimentés 20 en énergie électrique. Un tel actionneur comprend le dispositif électromécanique de production d'effort, un circuit de puissance alimentant en énergie électrique le dispositif électromécanique de production d'effort et un circuit de commande qui pilote le circuit de puissance et 25 qui est destiné à être relié à un calculateur de vol de l'aéronef. Le calculateur de vol reçoit des informations des instruments de commande manipulés par le pilote et de divers capteurs répartis dans l'aéronef et élabore à partir de ces informations des signaux d'instruction 30 envoyés au circuit de commande de chaque actionneur. Le dispositif électromécanique de production d'effort, le circuit de puissance et le circuit de commande sont tous trois reçus dans un logement ménagé dans la structure principale de l'aéronef. Le voisinage 35 des parties mécaniques de la structure et d'autres 3061135 2 équipements de l'aéronef, et le cheminement des câbles alimentant tout ou partie de ces équipements, rendent relativement complexe l'intégration des actionneurs notamment en raison de contraintes de dimensionnement et 5 de montage qu'elles entraînent. Ceci complique également l'installation des actionneurs et les opérations de maintenance. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de fournir un moyen pour faciliter l'intégration des actionneurs de surfaces mobiles de vol dans un aéronef. BREF EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une surface mobile de vol pour aéronef, comprenant : - une enveloppe montée pour pivoter sur un axe de rotation formant une articulation de l'enveloppe et ayant au moins une extrémité en saillie de l'enveloppe, - au moins un moteur électrique qui est monté dans l'enveloppe et a un arbre de sortie accouplé à l'axe 20 de rotation de manière à entraîner l'enveloppe en rotation autour de l'axe de rotation, - un circuit de puissance et un circuit de commande pour alimenter et commander le moteur, les circuits étant logés dans l'enveloppe et reliés à des 25 connecteurs débouchant à l'extérieur de l'enveloppe. Ainsi, le moteur et les circuits sont disposés dans l'enveloppe et ne viennent plus encombrer la structure de l'aéronef, ce qui facilite l'implantation de la surface de vol dans l'aéronef en phase 30 d'assemblage/construction et les opérations ultérieures de maintenance. La facilité de montage est globalement augmentée grâce à l'agencement procuré par l'invention. Selon une caractéristique avantageuse, la surface mobile comprend au moins deux moteurs électriques et les 35 circuits de puissance et de commande associés, qui sont 3061135 3 logés dans l'enveloppe. Ceci est particulièrement intéressant pour les surfaces mobiles de grande longueur. Avantageusement, l'arbre de sortie du moteur est 5 coaxial à l'axe de rotation. Ceci permet de monter le moteur dans la zone généralement la plus épaisse de la surface mobile. Au moins le circuit de puissance est solidaire d'une platine en un matériau thermiquement conducteur, la 10 platine étant en contact avec l'enveloppe. Le refroidissement du circuit de puissance est alors particulièrement efficace. Avantageusement, le moteur électrique est lui aussi solidaire de la platine. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle, en perspective et avec écorchés, d'une aile pourvue de surfaces mobiles de vol conformes à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective et avec écorché, d'une première de ces surfaces mobiles de vol ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective et avec écorché, d'une deuxième de ces surfaces mobiles de vol ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective, avec éclaté, de la deuxième surface mobile de vol ; - la figure 5 est une vue analogue à celle de la 3061135 4 figure 4 de la deuxième surface mobile de vol pourvue d'un dispositif selon un premier mode de réalisation pour empêcher une action contraire des actionneurs ; 5 - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5, avec un dispositif anti-contrariété selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 7 est une vue analogue à la précédente d'une variante basique de ce 10 deuxième mode de réalisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, les surfaces mobiles de vol selon l'invention sont ici des ailerons, généralement désignés en 11, 12, articulés aux ailes 1 d'un avion. 15 Bien entendu, l'invention est applicable à d'autres types de surface mobile de vol d'aéronef et par exemple des spoilers, des gouvernes de profondeur, des gouvernes de direction... Chaque aileron 11, 12 comprend une enveloppe 20 20 montée pour pivoter sur un axe d'articulation 21 ici sous la forme de deux tronçons séparés coaxiaux s'étendant dans l'enveloppe 20 et ayant des extrémités qui s'étendent en saillie de l'enveloppe 20. Ces extrémités sont fixées aux ailes sans liberté en rotation : lesdites 25 extrémités sont ici pour cette raison cannelées, afin de réaliser la prise de mouvement de l'ensemble. Bien entendu, d'autres éléments d'anti rotation sont utilisables comme le clavetage ou le goupillage. L'enveloppe 20 comprend des membrures ou nervures et des 30 platines 30 formant une structure porteuse, et un revêtement recouvrant la structure porteuse. La structure porteuse est pourvue de paliers, comme des roulements à billes, recevant à pivotement l'axe 21. Un actionneur généralement désigné en 50 est 35 monté dans l'enveloppe 20 de l'aileron 11 et deux 3061135 5 actionneurs 50 sont montés dans l'enveloppe 20 de l'aileron 12. Chaque actionneur 50 comprend : - un ensemble moteur 51, comprenant un moteur 5 électrique rotatif et un réducteur, qui est monté dans l'enveloppe 20 et a un arbre de sortie accouplé à l'axe 21, ici par un train d'engrenages, de manière à entraîner l'enveloppe 20 en rotation autour de l'axe 21, - un circuit de puissance 52 et un circuit de 10 commande 53 pour alimenter et commander le moteur électrique 51, - des capteurs reliés au circuit de commande 53 notamment pour détecter la position angulaire de l'aileron par rapport à l'axe 21. 15 L'arbre de sortie de l'ensemble moteur 51 est ici coaxial avec l'axe 21 auquel il est lié en rotation. L'ensemble moteur 51 a un ou plusieurs stators qui sont fixés à la structure porteuse de l'aileron auquel il est incorporé. L'ensemble moteur 51 peut être dépourvu de 20 réducteur ou au contraire comprendre un réducteur (on parle de transmission « Direct-drive » ou « geardrive »). Les circuits 52, 53 sont eux aussi logés dans l'enveloppe 20 et sont reliés par des conducteurs 25 électriques à un connecteur 54 débouchant à l'extérieur de l'enveloppe 20. Le connecteur 54 permet d'alimenter les circuits 52, 53 en énergie électrique et de relier le circuit de commande 53 à un calculateur de commande de vol de l'aéronef, non représenté, en charge de l'attitude 30 de l'aéronef. Le calculateur de commande de vol réalise avec les circuits de commande 53 un asservissement par une boucle longue à partir de consignes de position ou de ralliement qui sont utilisées par les circuits de commande 53 pour déterminer des consignes de courant. Les 35 circuits de commande 53 réalisent avec les circuits de 3061135 6 puissance 52 un asservissement par une boucle courte à partir des consignes de courant utilisées par les circuits de puissance 52 pour alimenter les bobines des moteurs 51. Le courant d'alimentation détermine le moment 5 du couple généré électriquement (effort). Au moins le circuit de puissance 52 est solidaire d'une des platines 30. Les platines 30 sont ici en un matériau thermiquement conducteur et sont en contact avec l'enveloppe 20. Ici, le circuit de commande 53 est lui 10 aussi fixé sur la platine 30. De préférence, le ou les stators de l'ensemble moteur 51 sont eux aussi fixés sur la platine 30. La platine 30 est ici pourvue de paliers montés à rotation sur l'axe 21 et le stator du moteur électrique 15 51 est fixé à la platine 30. Les deux actionneurs de l'aileron 12 sont synchronisés pour exercer simultanément les mêmes efforts sur l'axe 21. Avantageusement, chaque actionneur 50 de l'aileron 12 est dimensionné pour pouvoir déplacer seul 20 l'aileron 12 de telle manière que, en cas de défaillance de l'un des actionneurs 50, le pilotage de l'aileron 12 puisse se poursuivre. L'agencement du dispositif d'actionnement dans l'enveloppe est avantageux car ainsi le moteur et les 25 circuits ne viennent plus encombrer la structure de l'aéronef. Ceci facilite l'implantation de la surface de vol dans l'aéronef en phase d'assemblage/construction et les opérations ultérieures de maintenance. La facilité de montage est globalement augmentée grâce à l'agencement 30 procuré par l'invention. Chaque surface mobile pourvue de deux actionneurs 50 est avantageusement pourvue d'un dispositif permettant d'empêcher que les moteurs des actionneurs 50 exercent des efforts antagonistes sur l'enveloppe de la surface 35 mobile de vol. En l'absence d'un tel dispositif, il 3061135 7 existe un risque que l'un des moteurs résiste à l'effort exercé par l'autre moteur, parce que, par exemple, il est piloté par erreur dans le sens opposé ou les deux moteurs ont des vitesses ou des couples différents en raison d'un 5 problème de calibration ou d'ajustement des moteurs l'un par rapport à l'autre. En référence à la figure 5, l'aileron 12 est pourvu d'un tel dispositif qui comprend des jauges de contrainte 60 qui sont fixées sur une platine 80 sur 10 laquelle sont fixés les stators des moteurs et qui est fixée à l'enveloppe 20. Ainsi, les jauges de contrainte 60 sont disposées de manière à détecter les sollicitations subies par la platine 80 et donc sur l'enveloppe 20 de l'aileron 12. 15 Les jauges de contraintes 60 sont reliées à un circuit de détection 61 qui comprend un processeur programmé pour déterminer à partir des signaux issus des jauges de contraintes 60 si les moteurs des actionneurs 50 exercent des efforts de même intensité et de même 20 sens. Le programme est agencé pour distinguer les sollicitations subies par l'enveloppe 20, qui résultent de l'appui aérodynamique et celles qui résultent des efforts exercés par les moteurs. Le programme est agencé pour déduire l'amplitude et le sens d'une résultante des 25 efforts antagonistes qui permettra de définir une action correctrice des circuits de commande des moteurs en fonction de cette résultante. Le circuit de détection 61 est relié aux circuits de commande 53 des moteurs pour leur fournir une donnée 30 de correction permettant aux circuits de commande 53 de piloter les moteurs pour qu'ils exercent le même effort. La donnée de correction est utilisée par les circuits de commandes 52 pour agir directement sur la consigne de la boucle d'asservissement de l'alimentation en courant des 35 bobines de chaque moteur. La valeur de consigne d'un des 3061135 8 deux moteurs est alors abaissée par autorité de commande : le moteur est mis dans un mode d'amortissement (la consigne de courant est mise à une valeur voisine de zéro) puis la consigne de courant est augmentée de 5 préférence progressivement jusqu'à atteindre une valeur permettant un équilibrage des efforts exercés par les deux moteurs. On notera que le rééquilibrage est effectué directement sur la boucle courte d'asservissement pour avoir un rééquilibrage le plus rapide possible. Le choix 10 du moteur dont la consigne de courant est abaissée est ici effectué par le programme informatique de gestion des commandes du calculateur de commandes de vol. Le programme choisit le moteur en question par exemple en fonction de l'historique des valeurs de courant 15 précédemment enregistrées (le moteur qui a été le plus chargé jusqu'à présent est mis en mode d'amortissement) ou d'autres informations fournies par un système de surveillance de l'état des moteurs. Le calculateur peut choisir en temps réel le moteur à mettre en amortissement 20 ou disposer en mémoire d'une indication de ce moteur (c'est toujours le même moteur qui est mis en amortissement ou c'est alternativement l'un puis l'autre)... En variante, le moteur mis en amortissement est le moteur exerçant l'effort le plus faible. Cette 25 dernière solution est particulièrement simple et rapide. En référence à la figure 6, le dispositif comprend un organe d'extensométrie 65 traversé par un barreau 70 ayant une extrémité liée en rotation au rotor de l'un des moteurs et une extrémité opposée liée en 30 rotation au rotor de l'autre des moteurs. L'organe d'extensométrie 65 mesure les contraintes en torsion résultant d'une différence entre les efforts fournis par les deux moteurs. L'organe d'extensométrie 65 peut être remplacé par des jauges de contraintes. 35 L'organe d'extensométrie 65 est relié à un 3061135 9 circuit de détection 61 qui comprend un processeur programmé pour déterminer à partir des signaux issus des jauges de contraintes 60 si les moteurs des actionneurs 50 exercent des efforts de même intensité et de même 5 sens. Cet agencement a l'avantage de nécessiter des traitements plus simples car le barreau 70 est moins soumis aux sollicitations résultant des forces aérodynamiques appliquées sur l'enveloppe 20. 10 En outre, les contraintes engendrées sur l'enveloppe 20 par les efforts antagonistes des moteurs sont limitées par la présence du barreau 70. En variante de ce mode de réalisation, comme représenté sur la figure 7, le barreau 70 est dépourvu de 15 jauges de contraintes. On comprend que, lorsque les moteurs ne sont pas pilotés à la même vitesse, le barreau 70 va transmettre au rotor du moteur le plus rapide l'effort résistant engendré par le moteur le plus lent. Le barreau 70 20 contribue alors à équilibrer les efforts fournis par les moteurs sur la surface mobile. En outre, lorsque les moteurs sont pilotés dans des sens opposés avec un couple équivalent, les rotors des moteurs ne vont pas tourner. Cette absence de mouvement va être détectée par les 25 capteurs liés aux circuits de commande 53 qui sont agencés pour engendrer une action correctrice correspondante. Cette variante est plus particulièrement adaptée à des moteurs exerçant un couple relativement faible. 30 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, la surface mobile de vol peut 35 avoir une structure différente de celle décrite. 3061135 10 Le moteur. peut être déporté par rapport à l'axe 21 d'articulation de la surface mobile et être relié à l'axe 21 par une transmission mécanique comme un train d'engrenages, une courroie_ 5 L'axe d'articulation et l'arbre de sortie du moteur peuvent être en une seule pièce ou pas. L'arbre de sortie du moteur peut avoir des extrémités en saillie de chaque côté du moteur. Le moteur peut être linéaire. 10 Les platines sont facultatives ou seul le moteur peut être fixé sur une platine. La surface mobile peut comprendre un nombre différent de moteurs. L'axe d'articulation de l'enveloppe peut être en 15 une ou plusieurs parties. L'axe d'articulation peut avoir une seule extrémité en saillie de l'enveloppe pour former une surface mobile de type « canard ». La platine supportant les circuits peut être 20 distincte de la structure porteuse de l'aileron et être rapportée sur l'arbre ou sur les membrures de la surface mobile. Il peut y avoir un circuit de commande et/ou un circuit de puissance commun aux moteurs ; ou des circuits 25 séparés de commande et/ou de puissance. Les circuits peuvent être montés sur une ou plusieurs platines. Avantageusement encore, les connections électriques entre la surface et l'avion peuvent être 30 réalisées soit en direct (connecteur sur l'extérieur de la surface) soit par des câbles qui passent à l'intérieur d'un des axes de rotation/fixation de la surface sur l'avion. Avantageusement encore, l'enveloppe comprend un 35 blindage de protection contre les perturbations 3061135 11 électromagnétiques. Par exemple, la surface est en matériau composite avec du carbone (carbone chargé, treillis de fibres ou autre). Comme l'enveloppe s'étend autour de l'ensemble moteur et des composants 5 électroniques, elle forme un blindage contribuant à la compatibilité électromagnétique de l'électronique et de la motorisation, ainsi qu'a la protection par rapport à l'environnement (protection foudre par exemple). Selon une caractéristique avantageuse, l'axe de 10 rotation est creux et au moins un câble électrique s'étend dans l'axe de rotation et est relié à l'un au moins des circuits. De préférence, chacun des deux circuits est relié à un câble s'étendant dans l'axe de rotation. La partie des câbles s'étendant entre la 15 surface mobile et le reste de l'avion est soumis à un travail en flexion lors des mouvements de la surface mobile. Le passage des câbles dans un axe creux évite ce travail en flexion et limite donc la fatigue du câble. En variante, le circuit de commande est agencé 20 pour surveiller un fonctionnement d'au moins une partie de la surface mobile. Cette surveillance est effectuée par exemple par comparaison des valeurs de paramètres électriques du circuit de puissance à des seuils, et/ou en suivant l'évolution de signaux d'au moins un capteur, 25 comme un capteur de température, monté sur le moteur. Il est ainsi possible d'effectuer une surveillance de l'état (« health monitoring ») de la motorisation de la surface mobile. Le barreau peut être associé à un dispositif 30 extensométrique avec ou sans contact. Le circuit de commande peut être agencé pour que l'action correctrice comprenne une réduction d'une consigne de courant d'alimentation d'un des moteurs et, de préférence, que la réduction de la consigne de courant 35 d'alimentation d'un des moteurs est suivi d'une 3061135 12 augmentation de la consigne de courant au moins dudit moteur jusqu'à équilibrer les efforts exercés par les moteurs. La surface mobile de vol peut être dépourvue de 5 dispositif d'équilibrage des efforts des moteurs ou de limitation d'efforts antagonistes exercés par les deux moteurs électriques. REVENDICATIONS1. Surface mobile de vol (11, 12) pour aéronef, comprenant : - une enveloppe (20) montée pour pivoter sur un axe de rotation (21) formant une articulation et ayant au moins une extrémité en saillie de l'enveloppe, - au moins un moteur électrique (51) qui est monté dans l'enveloppe et a un arbre de sortie accouplé à l'axe de rotation de manière à entraîner l'enveloppe en rotation autour de l'axe de rotation, - un circuit de puissance (52) et Un circuit de commande (53) pour alimenter et commander le moteur, les circuits étant logés dans l'enveloppe et reliés à des connecteurs (54) débouchant à l'extérieur de l'enveloppe 2. Surface mobile selon la revendication 1, comprenant deux Moteurs électriques (51) et les circuits de puissance et de commande l'enveloppe (20). Surface mobile comprenant un dispositif antagonistes exercés par les (52, 53) associés logés dans selon la revendication 2, de limitation d'efforts deux moteurs électriques. 4. Surface mobile selon la revendication 3, le dispositif de limitation comprenant des jauges de contraintes (60) reliées à un circuit de détection (61) qui est agencé pour déduire l'amplitude et le Sens d'une résultante des efforts antagonistes afin de permettre une action correctrice des circuits de commande (53) des moteurs (51) en fonction de cette résultante. 5. Surface mobile selon la revendication 4, dans laquelle les jauges de contraintes (60) sont fixées sur une platine (80) sur laquelle sont fixés les stators des moteurs (51). 6. Surface mobile selon la revendication 4, dans laquelle les jauges de contraintes (60) sont fixées sur 3061135 14 un barreau (70) liant entre eux et en rotation les rotors des moteurs (51). 7. Surface mobile selôn la revendication 3, dans laquelle le dispositif comprend un barreau .(70) liant 5 entre eux et en rotation les rotors des moteurs (51). 8. Surface mobile l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre de sortie est coaxial à l'axe de rotation (21). 9. Surface mobile selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, dans laquelle au moins le circuit de puissance (52) est solidaire d'une platine (30) en un matériau thermiquement conducteur, la platine étant en contact avec l'enveloppe (20). 10. Surface mobile selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, dans laquelle au moins le moteur (51) est solidaire d'une matériau thermiquement conducteur, contact avec l'enveloppe (20). 11. Surface mobile Selon 20 revendications précédentes, dans platine (30.) en un la platine étant en l'une quelconque des laquelle l'enveloppe (20) comprend un blindage de protection contre le perturbations électromagnétiques. 12. Surface mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'axe de 25 rotation (21) est creux et au moins un câble électrique s'étend dans l'axe de rotation et est relié à l'un ati moins des circuits. 13. Surface mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le circuit de 30 commande (53) est agencé pour surveiller un fonctionnement d'au moins une partie de la surface mobile.