Brevet FR3093077A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention - dispositif de renvoi assisté et aéronef [0001] La présente invention concerne un dispositif de renvoi assisté par exemple d'un système de pilotage d'un aéronef et un aéronef. [0002] L'invention se situe donc dans le domaine restreint des systèmes de commande d'aéronefs voire de giravions compte tenu notamment des spécificités rencontrées dans le domaine aéronautique. [0003] Par exemple, un hélicoptère comporte communément un rotor principal de sus- tentation et d'avancement pourvu d'une pluralité de pales décrivant un cône. La portance générale générée par ce rotor principal peut alors être décomposée en une force verticale de sustentation et une force horizontale qui assure la translation de l'hélicoptère. Par suite, le rotor principal assure bien la sustentation et l'avancement de l'hélicoptère. [0004] De plus, en contrôlant la forme et. l'inclinaison dudit cône par rapport à un référentiel de l'hélicoptère, un pilote peut diriger précisément l'hélicoptère Afin d'agir sur ce cône, l'hélicoptère est. pourvu de moyens spécifiques destinés à faire varier le pas de chaque pale et commandés notamment par des commandes de vol manoeuvrables par un pilote. [0005] Lorsque le pilote manoeuvre une première commande de vol, le pilote ordonne une variation collective de pas, c'est à dire une variation identique du pas de toutes les pales, pour faire varier l'intensité de la portance générale du rotor principal de manière à contrôler l'altitude et la vitesse de l'hélicoptère. La première commande de vol peut prendre la forme d'un levier de pas collectif ou un équivalent. [0006] Par ailleurs, pour modifier la direction de la portance générale générée par le rotor principal, il convient, d'incliner ledit cône en réalisant une variation non pas collective mais cyclique de pas. Dans ce cas de figure, le pas d'une pale varie en fonction de son azimut et passe durant un tour complet d'une valeur maximale à une valeur minimale obtenues dans des azimuts différents. [0007] En commandant la variation cyclique du pas des pales à l'aide d'une deuxième commande dc vol, par exemple un manche cyclique ou un équivalent, le pilote contrôle ainsi l'assiette de l'aéronef et sa translation. [0008] Les commandes de vol du pilote sont à cet effet reliées aux pales via des chaînes mé- caniques dénommées parfois « timonerie ». Dc telles chaînes mécaniques peuvent comprendre au moins une bielle, au moins un moyen de renvoi, un combinateur, un déphaseur, des servocommandes, un ensemble de plateaux cycliques... [0009] Par ailleurs, l'aéronef peut comporter un système de pilotage automatique. Pour stabiliser l'aéronef, le système dc pilotage automatique peut comporter au moins un 2 vérin rapide à faible autorité placé en série dans une chaîne mécanique de commande de vol. Un tel vérin est parfois dénommé « vérin série » en raison de son emplacement. Chaque vérin série est piloté par un calculateur qui stabilise l'hélicoptère en allongeant ou en rétractant le vérin à une fréquence élevée de façon transparente pour le pilote afin d'agir rapidement sur le pas des pales. L'ordre donné par chaque vérin série se superpose aux mouvements de la chaîne mécanique le portant. Le vérin série peut être ancré par un vérin parallèle ou encore un système générant des frictions en amont du vérin série. Un tel vérin parallèle est parfois dénommé « vérin de tri m » et prend usuellement la forme d'un vérin lent à grande autorité. [0010] Un vérin série peut être positionné sur une bielle d'une chaîne mécanique et est connecté au calculateur par un harnais électrique. [0011] Bien que satisfaisante, une telle architecture peut présenter des inconvénients divers. [0012] Un vérin série se déplace de fait en translation lorsque la commande de vol corres- pondante est manoeuvrée par un pilote ou un vérin de trim. Par suite, le harnais électrique doit tolérer un tel déplacement sur toute l'amplitude de déplacement de la commande de vol. Le harnais électrique est donc dimensionné pour ne pas gêner les mouvements de la chaîne mécanique concernée et du vérin série associé. En pratique, le harnais électrique peut présenter une longueur maximisée qui tend à générer un surpoids. En outre, l'extrémité du harnais débouchant sur le vérin série peut être assouplie pour autoriser sa déformation lorsque le vérin série se déplace. [0013] En outre, un vérin série peut s'étendre verticalement. Le vérin série ou le harnais relié au vérin série peut alors représenter un premier organe massique qui déséquilibre la commande de vol reliée à ce vérin série. Un deuxième organe massique susceptible de présenter une masse importante peut alors être agencé par exemple sur un pied de la commande de vol en compensation. [0014] En résumé, l'agencement d'un vérin série sur une chaîne mécanique reliant une commande de vol à un rotor peut induire l'agencement d'organes de friction et/ou de harnais particuliers et/ou d'organes massiques de compensation. [0015] Le document FR 2931132 décrit un système d'assistance électrique ne répondant pas à cette problématique. [0016] La présente invention a alors pour objet de proposer un dispositif de renvoi innovant pour tendre à s'affranchir des limitations mentionnées ci-dessus. [0017] Un tel dispositif de renvoi est muni d'un levier amont et d'un levier aval. [0018] De plus, le dispositif de renvoi comporte un système de déphasage relié au levier amont et au levier aval pour qu'une rotation du levier amont autour d'un axe de rotation induise une rotation du levier autour de cet axe de rotation, le système de déphasage comprenant un actionneur linéaire porté par le levier amont, ledit actionneur linéaire ayant une tige de sortie, ladite tige de sortie ayant uniquement un degré de 3 liberté en translation par rapport au levier amont, ladite tige de sortie étant reliée par une liaison hélicoïdale de sortie au levier aval pour qu'une translation de la tige de sortie génère une rotation du levier aval autour dudit axe de rotation par rapport au levier amont. [0019] L'expression « actionneur » et l'expression « vérin » utilisées dans le cadre de l'invention désignent chacune un dispositif mécanique, électrique, pneumatique, hydraulique ou autre apte à mettre en mouvement une pièce mécanique par rapport à une autre pièce mécanique. [0020] Le levier amont et le levier aval sont mobiles conjointement en rotation autour d'un axe de rotation lorsque le levier amont est mis en rotation autour de cet axe de rotation. De plus, le levier aval présente une liberté de mouvement en rotation autour de l'axe de rotation par rapport au levier amont sur commande du système de déphase. [0021] Dès lors, une rotation du levier amont induite par le déplacement d'une commande peut provoquer une rotation autour de l'axe de rotation du levier aval via le système de déphasage. En effet, une rotation du levier amont peut provoquer une rotation de la tige de sortie qui induit une même rotation du levier aval. [0022] De plus, l'actionneur linéaire implanté sur le levier amont représente un vérin agencé en série entre le levier amont et le levier aval, un tel vérin étant qualifié de manière usuelle de vérin série. Cet actionneur linéaire peut être commandé par un calculateur directement ou indirectement pour déplacer en rotation le levier aval par rapport au levier amont en translatant la tige de sortie. Le système de déphasage agit clans ce mode comme un déphaseur angulaire entre le levier amont et le levier aval. [0023] Ainsi, au sein d'un aéronef et notamment d'une chaîne mécanique interposée entre une commande de vol manoeuvrable par un pilote humain et un organe aérodynamique tel qu'une pale par exemple, le dispositif de renvoi permet de superposer un ordre de déplacement transmis par le pilote humain au levier amont avec un ordre de stabilisation généré par un pilote automatique transmis au levier aval via l'actionneur linéaire. Le déphasage angulaire introduit par l'actionneur linéaire est transparent pour le pilote. [0024] Cette implantation particulière de l'actionneur linéaire pet-met d'obtenir un dispositif de renvoi muni en son sein d'un vérin série qui ne se déplace pas en translation contrairement à certains arts antérieurs pour lesquels le vérin série est déplacé en translation par une bielle. Dès lors, l'invention n'implique pas nécessairement l'utilisation d'un harnais électrique apte à être déformé ou déplacé pour tolérer une translation de l'actionneur linéaire formant un tel vérin série. De plus, l'actionneur linéaire n'est dans ce cas pas nécessairement agencé verticalement et n'implique pas nécessairement l'utilisation de masses de compensation. [0025] Par conséquent, un dispositif de renvoi selon l'invention peut tendre à simplifier l'intégration d'un vérin série notamment dans une chaîne mécanique de commande de vol d'un giravion. [0026] Ce dispositif de renvoi peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui suivent. [0027] Selon une première réalisation de l'actionneur linéaire, cet actionneur linéaire peut comporter un vérin linéaire muni de la tige de sortie. [0028] Le vérin linéaire peut par exemple prendre la forme d'un vérin électrique voire d'un vérin hydraulique ou pneumatique muni de deux chambres hydrauliques ou pneumatiques séparées par le piston. Les chambres sont alimentées en liquide ou gaz par un distributeur pouvant être commandé par un calculateur. [0029] Selon une deuxième réalisation de l'actionneur linéaire, cet actionneur linéaire comporte un vérin rotatif intermédiaire. Cc vérin rotatif intermédiaire comprend une tige intermédiaire mobile en rotation, par exemple autour de l'axe de rotation. [0030] Indépendamment de cet aspect, la tige intermédiaire est reliée à la tige de sortie par un système de transformation d'un mouvement rotatif en un mouvement translatif. [0031] L'expression « vérin rotatif intermédiaire » désigne un vérin électrique, pneumatique, ou hydraulique par exemple qui est interposé entre le levier amont et le levier aval et comporte une tige de travail dénommée tige intermédiaire mobile en rotation. [0032] Par exemple, le vérin rotatif intermédiaire comprend un corps intermédiaire et un rotor intermédiaire, le rotor intermédiaire étant mobile en rotation par rapport au corps intermédiaire, le rotor intermédiaire étant solidaire en rotation de la tige intermédiaire. Le corps intermédiaire peut être solidarisé au levier amont. [0033] L'expression « rotor intermédiaire » désigne un organe rotatif de l'actionneur linéaire, le terme « intermédiaire » étant utilisé pour distinguer ce rotor d'un autre rotor éventuel du dispositif de renvoi. De même, le corps du vérin rotatif intermédiaire est qualifié d'intermédiaire pour être distingué d'un autre corps éventuel. [0034] Sur un vérin rotatif intermédiaire de type moteur électrique rotatif, le corps inter- médiaire peut comprendre un stator intermédiaire en regard du rotor intermédiaire, le stator intermédiaire et le rotor intermédiaire étant d'un type usuel sur un moteur électrique. [0035] Eventuellement, le système de transformation d'un mouvement rotatif en un mouvement translatif peut comporter une liaison hélicoïdale d'entrée. [0036] Par exemple, ladite liaison hélicoïdale d'entrée présente un pas de vis inférieur à un pas de vis de la liaison hélicoïdale de sortie. Selon un exemple, la liaison hélicoïdale d'entrée présente un petit pas afin qu'une rotation importante de la tige intermédiaire induise une translation faible de la tige de sortie. [0037] Eventuellement, la liaison hélicoïdale d'entrée comporte une gorge en hélice d'entrée et un pion d'entrée disposé au moins partiellement dans la gorge en hélice d'entrée, la gorge en hélice d'entrée étant portée par la tige de sortie et le pion d'entrée étant porté par la tige intermédiaire ou la gorge en hélice d'entrée étant portée par la tige intermédiaire et le pion d'entrée étant porté par la tige de sortie. [0038] Selon un autre exemple, la liaison hélicoïdale d'entrée peut comporter un écrou inter- médiaire en prise sur la tige intermédiaire, à savoir coopérant avec la tige intermédiaire, ledit écrou intermédiaire étant solidaire en rotation du levier amont et mobile en translation par rapport au levier amont, ledit écrou intermédiaire étant solidaire de la tige de sortie. L'écrou intermédiaire peut donc n'avoir aucun degré de liberté par rapport à la tige dc sortie. [0039] L'écrou intermédiaire et la tige dc sortie peuvent former une seule et même pièce ou l'écrou intermédiaire peut être solidarisé par des moyens usuels à la tige de sortie. [0040] Pour éviter que l'écrou intermédiaire suive le déplacement en rotation du rotor inter- médiaire, cet écrou intermédiaire est bloqué en rotation par rapport au levier amont soit directement soit via la tige de sortie, par exemple par une liaison glissière. [0041] De manière complémentaire ou alternative, la tige de sortie elle-même peut être so- lidarisée en rotation au levier amont, par une liaison adaptée et par exemple une liaison glissière, en étant mobile en translation par rapport au levier amont. [0042] Ainsi, au moins la tige de sortie ou un écrou intermédiaire solidaire de la tige dc sortie est relié au levier amont par au moins une liaison liant en rotation autour de l'axe de rotation le levier amont et la tige de sortie. [0043] Ladite au moins une liaison peut comprendre une liaison glissière comportant au moins une cannelure ou clavette. [0044] La liaison glissière peut être éventuellement remplacée par une liaison pivot glissante ou une liaison sphère-cylindre, ou deux liaisons sphère-plan symétriques. [0045] Selon un autre aspect et selon une première variante de la liaison hélicoïdale de sortie, ladite liaison hélicoïdale de sortie peut comporter un écrou de sortie solidaire du levier aval, ledit écrou de sortie comprenant un taraudage en prise sur un taraudage complémentaire de ladite tige de sortie. [0046] L'écrou de sortie et le levier aval peuvent former une seule et même pièce ou l'écrou de sortie peut être solidarisé par des moyens usuels au levier aval. [0047] Selon cet exemple, la liaison hélicoïdale de sortie comporte un taraudage de la tige de sortie en prise avec un taraudage d'un écrou de sortie solidaire du levier aval. [0048] Selon une deuxième variante de la liaison hélicoïdale de sortie, la liaison hélicoïdale de sortie peut comporter une gorge en hélice de sortie et un pion de sortie de forme complémentaire disposé au moins partiellement dans la gorge en hélice de sortie, la gorge en hélice de sortie étant portée par la tige de sortie et le pion de sortie étant porté par le levier aval ou la gorge en hélice de sortie étant portée par le levier aval et le pion de sortie étant porté par la tige de sortie. 6 [0049] Selon cet autre exemple, la liaison hélicoïdale de sortie peut présenter un grand pas afin qu'une translation importante de la tige de sortie induise une rotation faible du levier aval, par exemple pour qu'un centimètre de translation de la tige de sortie permette d'obtenir un degré de rotation du levier aval. Une telle liaison hélicoïdale de sortie présente l'avantage d'être précise. [0050] Selon un autre aspect, le dispositif de renvoi peut comporter un vérin rotatif général, ledit vérin rotatif général comprenant un rotor général solidaire du levier amont, ledit vérin rotatif général comprenant un corps général solidaire d'un support fixe. [0051] L'expression « vérin rotatif général» désigne un vérin électrique, pneumatique, ou hydraulique par exemple apte à mettre en rotation le levier amont par rapport à un support fixe du dispositif ou à un organe d'un véhicule par exemple. [0052] L'expression « rotor général » désigne un organe rotatif de cc vérin rotatif général, le terme « général » étant utilisé pour distinguer ce rotor d'un autre rotor éventuel du dispositif de renvoi. Le corps général peut être un stator d'un vérin rotatif général électrique le cas échéant. [0053] Le vérin rotatif général est alors un vérin de trirn éventuellement mis en parallèle d'une commande de vol. Lorsque le rotor général effectue une rotation, toute la tringlerie, y compris éventuellement la commande de vol associée, bouge avec lui. Le vérin rotatif général peut être à grande autorité, à savoir actif sur une grande amplitude, niais lent contrairement à l'actionneur linéaire qui peut être rapide et à faible autorité. [0054] Cette configuration permet, sur un dispositif de renvoi unique, d'intégrer toutes les fonctions d'un système de pilotage automatique à savoir une fonction stabilisation via l'actionneur linéaire et une fonction de trim via le vérin rotatif général. Le montage dans un aéronef et notamment un giravion en est facilité car il n'y a plus de boites dispersées à intégrer clans chaque chaîne mécanique. [0055] Selon un aspect, le levier amont peut comporter un bras qui s'étend radialement partir d'un moyeu, ledit moyeu ayant une cavité, ledit actionneur linéaire étant agencé au moins partiellement clans cette cavité. [0056] Cet agencement permet d'intégrer facilement l'actionneur linéaire clans le levier amont. [0057] Selon un aspect, le cas échéant un rotor général peut être fixé au moyeu, au moins un système à roulements étant interposé entre le moyeu et le support fixe. [0058] Par exemple, le moyeu comporte un cylindre qui s'étend radialement d'une face interne à une face externe, le levier amont et le rotor général étant solidaires de la face externe, la face interne portant l'actionneur linéaire. [0059] De même un système à roulements peut être interposé entre le levier aval et un bâti fixe. [0060] Selon un aspect, le levier amont et ledit levier aval comprennent chacun un unique 7 degré de liberté, par exemple par rapport à un support du dispositif ou à un organe porteur d'un aéronef, ledit unique degré de liberté étant un degré de liberté en rotation autour dudit axe de rotation. [0061] Des organes usuels tels que par exemple des paliers, des collerettes, des patins peuvent bloquer en translation selon ledit axe de rotation le levier amont et/ou le levier aval. [0062] Selon un aspect, le dispositif de renvoi peut comporter un calculateur de pilotage au- tomatique configure pour contrôler directement ou indirectement l'actionneur linéaire. [0063] Par exemple, le calculateur peut contrôler directement et électriquement un ac- tionneur linéaire électrique ou peut contrôler indirectement l'actionneur linéaire par le biais d'un système hydraulique/pneumatique relié à un vérin de type hydraulique/ pneumatique. [0064] Le cas échéant, le calculateur peut aussi être configure pour contrôler directement ou indirectement un vérin rotatif général. [0065] Outre un dispositif de renvoi, l'invention vise un système de contrôle, et par exemple un système de contrôle d'un organe aérodynamique et éventuellement d'une pale. [0066] Un système de contrôle est muni d'une commande et d'un organe mécanique, éven- tuellement un organe mécanique aérodynamique tel qu'une pale ou un volet, ladite commande étant manoeuvrable par un pilote et ledit organe mécanique ayant une position pilotée par ladite commande, ledit système de contrôle comprenant une chaîne mécanique reliant la commande à l'organe mécanique, [0067] Dès lors, la chaîne mécanique comporte au moins un dispositif de renvoi selon l'invention. [0068] Le dispositif de renvoi selon l'invention peut être installé en lieu et place d'un dispositif de renvoi existant par exemple. [0069] Outre un dispositif de renvoi, l'invention vise aussi un aéronef, et par exemple un aéronef ayant notamment une voilure tournante. [0070] Un tel aéronef comporte au moins un dispositif de renvoi selon l'invention. [0071] L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la des- cription qui suit avec des exemples donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : [0072] [fig.1] la figure 1, une vue d'un dispositif de renvoi ayant un vérin rotatif, [0073] [fig.2] la figure 2, une vue partielle d'une liaison hélicoïdale de sortie munie d'un écrou, [0074] [fig.3] la figure 3, une vue d'un dispositif de renvoi ayant un vérin linéaire, et [0075] [fig.4] 8 la figure 4, un schéma illustrant un exemple de système de contrôle d'un aéronef muni d'un dispositif de renvoi. [0076] Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence. [0077] Trois directions X, Y et Z orthogonales les unes par rapport aux autres sont re- présentées sur certaines figures. [0078] La première direction X est dite longitudinale. Le terme « longitudinal » est relatif à toute direction parallèle à la première direction X. [0079] La deuxième direction Y est dite transversale. Le terme « transversal » est relatif à toute direction parallèle à la deuxième direction Y. [0080] Enfin, la troisième direction Z est dite en élévation. L'expression « en élévation » est relative à toute direction parallèle à la troisième direction Z. [0081] Les figures 1 et 3 présentent des dispositifs de renvoi 1 selon l'invention. [0082] Indépendamment de la réalisation et en référence à la figure 1, un tel dispositif de renvoi 1 peut être agencé notamment sur une chaîne mécanique 90, par exemple une chaîne mécanique de commande de vol, entre une commande 110 et un organe mécanique 95 à commander. Un tel dispositif de renvoi 1 est parfois dénommé