Brevet FR3090575A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Actionneur peut un système de déverrouillage de secours d'un atterrisseur Domaine technique [0001] L'invention concerne de manière générale le domaine des actionneurs configurés pour déplacer une pièce en translation de manière précise et rapide, tels que les actionneurs destinés à assurer le déverrouillage en urgence d'un attenisseur. Technique antérieure [0002] Afin d'assurer le déverrouillage d'urgence d'un atterrisseur, il est connu d'utiliser un actionneur comprenant : une tige configurée pour actionner mécaniquement un dispositif de déverrouillage de l'atterrisseur, un moteur électrique, par exemple un moteur triphasé à effet Hall, configuré pour déplacer en translation la tige d'une configuration initiale vers une configuration d'actionnement, dans laquelle la tige vient en appui contre le dispositif de déverrouillage, et au moins une butée fixée sur une partie de stator du moteur électrique et configurée pour venir en contact avec un élément complémentaire solidaire en mouvement de la tige afin de l'arrêter lorsqu'elle est en appui contre le dispositif de déverrouillage. [0003] Toutefois, compte-tenu de la vitesse d'actionnement et de la puissance nécessaires pour actionner en urgence le dispositif de déverrouillage, il est nécessaire de maîtriser l'arrêt de la tige au bout de sa course et de la ralentir afin que celle-ci n'impacte pas la butée avec trop de force. En effet, le moteur développant une force de l'ordre de 1600 N, un impact de la tige sans ralentissement ou amortissement préalable risque d'endommager l'actionneur, et plus particulièrement le moteur électrique. [0004] Il a donc été proposé de placer des amortisseurs en amont de la butée, afin de ralentir la course de la tige avant son arrivée sur le dispositif de déverrouillage, et notamment des butées d'amortissement. Toutefois, les niveaux d'énergie nécessaires pour actionner la tige sont si importants (1600 N) que les butées d'amortissement ne suffisent pas pour protéger l'actionneur. Dans une variante, il a été envisagé de remplacer ces butées d'amortissement par un ressort de torsion, placé de manière à amortir le mouvement de la tige. Toutefois, de tels ressorts de torsion nécessiteraient d'augmenter la longueur de l'actionneur de 200 mm à 400 mm afin d'amortir suffisamment la tige, ce qui n'est pas envisageable dans la mesure où cela doublerait voire triplerait la longueur totale de l'actionneur. 2 100051 11 a aussi été envisagé d'ajouter des rondelles de Belleville. Toutefois, ici encore, leur encombrement (50 à 60 mm) est trop important pour être envisagé dans un tel actionneur. [0006] Enfin, il a été proposé d'utiliser un capteur configure pour déterminer la position de la tige. Toutefois, l'actionneur étant un système de secours, l'ajout d'un capteur supplémentaire ainsi que d'une logique de fonctionnement est inapproprié car trop complexe. Résumé de l'invention [0007] Un objectif de l'invention est donc de proposer un système simple, fiable et peu en- combrant permettant de maîtriser la course de la tige d'un actionneur, même lorsque la force développée par celui-ci est très importante, et de réduire si possible le temps d'actionnement du système afin que celui-ci soit adapté aux situations d'urgence telles que l'actionncment d'un dispositif de déverrouillage d'un atterrisseur dans un aéronef [0008] Pour cela, l'invention propose un actionneur comprenant : un carter, une tige filetée, un moteur électrique comprenant un rotor, un écrou filetée montée sur la tige, ledit écrou étant solidaire en rotation du rotor du moteur électrique tandis que la tige est fixe en rotation par rapport au rotor de sorte que la rotation du rotor a pour effet de translater la tige entre une configuration initiale, dans laquelle la tige est escamotée, et une configuration d'actionnement, dans laquelle la tige est déployée, un codeur configure pour déterminer un nombre de tours effectués par le rotor et un ressort spiral, fixé d'une part sur le carter et d'autre part sur le rotor de sorte à appliquer un effort de rappel sur le rotor pour ramener la tige dans sa configuration initiale. [0009] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l'actionneur décrit ci- dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : le codeur comprend au moins une sonde à effet Hall. le moteur électrique comprend un moteur triphasé comprenant trois sondes à effet Hall. l'actionneur comprend en outre au moins une première butée fixée sur la tige et configurée pour venir en contact avec une partie fixe de l'actionneur lorsque la tige est en configuration d'actionnement. l'actionneur comprend en outre une unité de traitement configurée pour modifier une vitesse de translation de la tige lorsque celle-ci approche sa 3 configuration d'actionnement. le ressort spiral est fixé sur le carter par l'intermédiaire d'un pion. l'actionneur comprend en outre une deuxième butée et dans lequel, dans la configuration initiale, le ressort spiral est configuré pour appliquer la tige contre la deuxième butée. [0010] Selon un deuxième aspect, l'invention propose un système de déverrouillage d'urgence d'un atterrisseur pour un aéronef comprenant : un dispositif de déverrouillage d'un atterrisseur et un actionneur comme décrit ci-dessus, ledit actionneur étant configuré de sorte qu'en configuration d'actionnement, une extrémité libre de la tige entre en contact avec le dispositif de déverrouillage. [0011] Selon un deuxième aspect, l'invention propose une case d'attcrrisseur comprenant : un atterrisscur, un dispositif de déverrouillage de l'atterrisseur et un actionneur comme décrit ci-dessus, ledit actionneur étant configuré de sorte qu'en configuration d'actionnement, une extrémité libre de la tige entre en contact avec le dispositif de déverrouillage. [0012] Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de pilotage d'un ac- tionneur comme décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : recevoir des instructions d'actionnement de l'actionneur, déplacer la tige de sa configuration initiale vers sa configuration d'actionnement, simultanément, déterminer un nombre de tours effectués par le rotor et en déduire une position instantanée de la tige, [0013] le procédé étant caractérisé en ce que l'étape de déplacement de la tige est effectuée en pilotant l'effort appliqué par le moteur électrique à ladite tige en fonction de sa position instantanée et en ce qu'il comprend en outre une étape de diminution progressive de l'effort appliqué par le moteur électrique à la tige lorsque le nombre de tours effectués par la tige atteint un premier seuil prédéterminé et jusqu'à ce que le nombre de tours effectués par la tige atteint un deuxième seuil prédéterminé. Brève description des dessins [0014] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : [0015] [fig.]] La figure 1 est une vue de côté partielle d'un exemple d'actionneur conforme à un mode de réalisation de l'invention. [0016] [fig.2] La figure 2 est une vue en perspective et en transparence d'une partie de l'actionneur de la figure 1, sur laquelle le moteur a été partiellement omis. [0017] [fig.3] La figure 3 est un diagramme illustrant l'effort (couple) appliqué par le moteur électrique d'un exemple d'actionneur sur la tige en fonction de sa course dans le cas d'un système de déverrouillage d'urgence d'un atterrisseur. [0018] [fig.4] La figure 4 illustre de manière schématique un système de déverrouillage d'urgence d'un atterrisscur comprenant un exemple de réalisation d'un actionneur conforme à l' invention. [0019] [fig.5] La figure 5 est un organigramme illustrant des exemples d'étapes d'un procédé de pilotage d'un actionneur conforme à l'invention. [0020] DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0021] Un actionneur 1 conforme à l'invention comprend : un carter 18, une tige 2, un moteur électrique 4 comprenant un rotor 4a et un stator 4h, un écrou 5 fileté monté sur la tige 2, ledit écrou 5 étant solidaire en rotation du rotor 4a du moteur électrique 4 tandis que la tige 2 est fixe en rotation par rapport au rotor 4a de sorte que la rotation du rotor 4a (et donc de l'écrou 5) a pour effet de translater la tige 2 entre une configuration initiale dans laquelle la tige 2 est escamotée et une configuration d'actionnement dans laquelle la tige 2 est déployée et un codeur 6 configuré pour déterminer un nombre de tours N effectués par le rotor 4a, et donc l'écrou 5, et au moins une première butée 8 fixée sur la tige 2 configurée pour venir en contact avec une partie fixe 7 de l'actionneur 1 lorsque la tige 2 est en configuration d'actionnement. [0022] La rotation de l'écrou 5 a donc pour effet d'entrainer la translation de la tige 2 entre sa configuration initiale et sa configuration d' actionnement. La tige 2 est fixe en rotation par rapport au stator 4b, mais mobile en translation par rapport audit stator 4b. Par exemple, une rondelle anti-rotation comprenant des méplats peut être montée sur la tige 2 afin de la bloquer en rotation par rapport au stator 4b (et donc au carter 18). Le codeur 6 est par ailleurs configuré pour déterminer le nombre de tom-s effectués par l'écrou 5. [0023] L'écrou 5 comprend des filets internes 3 configurés pour coopérer avec les filets 3 externes de la tige 2. Les filets 3 de la tige 2 et de l'écrou 5 présentent un pas 3a identique, prédéfini et constant. [0024] La détermination du nombre de tours N effectués par l'écrou 5 permet donc, grâce au pas 3a prédéfini des filets 3 de l'écrou 5, de déterminer la course effectuée par la tige 2. Toutefois, la Demanderesse s'est aperçue du fait qu'il était difficile d'en déduire la position exacte de la tige 2. En effet, lorsque le moteur électrique 4 ramène la tige 2 en configuration initiale, la position axiale de la tige 2 dans cette configuration n'est pas connue avec précision et peut varier de quelques millimètres. Or une telle variation dans la position de la tige 2 en configuration initiale risque d'endommager sévèrement le moteur électrique 4, car la première butée 8 de la tige 2 peut alors arriver à une vitesse élevée contre la partie fixe 7 de l'actionneur 1 et la percuter avec une force qui est encore trop importante, n'ayant pas été ralentie assez tôt dans sa course. [0025] Une solution à ce problème est de piloter le moteur électrique 4 à une vitesse plus lente, afin de réduire la force d'impact potentielle avec la première butée 8. A titre d'exemple, dans le cas d'un actionneur 1 d'un dispositif de déverrouillage 9 d'atterrisseur 10, la course totale de la tige 2 depuis sa position initiale est d'une quinzaine de millimètres, et son temps de déploiement par un moteur lui appliquant un effort de 1600 N (environ 500 tr/min) est d'environ 2.0 s pour éviter d'endommager le moteur électrique 4. Toutefois, lorsque l'actionneur 1 est utilisé dans un mécanisme de secours, comme c'est le cas des actionneurs des dispositifs de déverrouillage d'attenisseurs 10, on privilégie généralement les mécanismes capables d'avoir un temps de réaction très faibles, et de préférence inférieur à une seconde. [0026] Afin de réduire le temps de réaction de l'actionneur 1 sans pour autant risquer de l'endommager, celui-ci comprend en outre un ressort spiral 16 fixé d'une part sur le carter 18 et d'autre part sur le rotor 4a de sorte à appliquer un effort de rappel sur le rotor 4a et à positionner la tige 2 dans une position initiale connue et fixe lorsque le moteur électrique 4 la ramène en configuration initiale. De la sorte, la position de la tige 2 est connue et fixée par le ressort spiral 16 lorsqu'elle est en configuration initiale. [0027] La raideur du ressort spiral 16 est choisie de sorte que le ressort spiral soit capable de ramener la tige dans une position initiale, qui est connue et déterminée, tout en permettant au moteur électrique 4, lorsque cela est nécessaire, de déplacer la tige 2 et de l'amener vers sa configuration d'actionnement. Un surcroît de couple est donc nécessaire pour le moteur électrique par rapport à un actionneur 1 dépourvu de ressort spiral 16. [0028] Dans une forme de réalisation, l'actionneur 1 comprend en outre une deuxième butée 11 fixée sur le stator 4b et configurée pour définir et fixer avec précision la position initiale de la tige 2. Plus précisément, le ressort spiral 16 applique à tout instant un 6 effort sur le rotor 4a de sorte que, lorsque le moteur électrique 4 ramène la tige 2 vers sa configuration initiale et est arrêté, le ressort spiral 16 applique un effort sur ledit rotor jusqu'à cc que la tige vienne en appui contre la deuxième butée 11. La tige 2 est alors bloquée contre la deuxième butée 11 par le ressort spiral 16, qui continue à appliquer un effort de rappel sur le rotor 4a, dans une position correspondant à sa position initiale. [0029] La position initiale dc la tige 2 étant déterminée et fixée, il est alors possible de connaître avec précision la position instantanée dc la tige 2 en tout point de sa course entre la configuration initiale et la configuration d'actionnement, en déterminant simplement le nombre de tours N effectués par l'écrou 5, grâce au codeur 6. Le moteur électrique 4 peut donc être piloté avec précision et à une vitesse plus élevée que dans l'art antérieur lors du déploiement de la tige 2. On a par exemple illustré en figure 3 un diagramme illustrant l'effort (couple) appliqué par le moteur sur le rotor 4a en fonction de la course de la tige 2, entre sa position initiale (N = 0) et sa configuration d'actionnement (N = N4) dans laquelle la première butée 8 de la tige 2 est en appui contre la partie fixe 7 de l'actionneur 1. Il apparaît que le couple augmente très rapidement jusqu'à atteindre l'effort maximal, qui est de l'ordre dc 1600 N pour un actionneur 1 d'un dispositif de déverrouillage 9 d'atterrisscur 10. Le couple est alors constant sur une partie de la course puis diminue rapidement avant d'atteindre un plateau, juste avant la fin de sa course. L'application dans le temps du couple sur le rotor 4a, et donc la vitesse de rotation du moteur électrique 4, est fonction de la position instantanée de la tige 2, qui est qui est déterminée par le codeur 6 en fonction du nombre de tours N effectués par l'écrou 5. [0030] Enfin, l'actionneur 1 comprend une unité de traitement comprenant une mémoire 13 dans laquelle sont stockées les instructions de code pour le pilotage du moteur électrique 4 et un calculateur 12 de type processeur, microprocesseur, microcontrôleur, etc., configuré pour exécuter lesdites instructions. Cette unité de traitement 12, 13 reçoit en entrée des signaux générés par le codeur 6 relatifs au nombre de tom-s N effectués par l'écrou 5 ainsi que des paramètres spécifiques de l'actionneur 1, tels que le pas 3a ou la longueur de la course totale, et pilote en sortie le couple appliqué par le moteur électrique 4 en fonction de la position instantanée de la tige 2. [0031] Plus précisément, à réception d'instructions d'actionnement de l'actionneur 1 (étape Si), l'unité de traitement 13 contrôle le rotor 4a du moteur électrique 4 et déploie la tige 2 afin de l'amener de sa configuration initiale, où la tige 2 se trouve dans sa position initiale connue grâce au ressort spiral 16, vers sa configuration finale, où la première butée 8 de la tige 2 vient en butée contre la partie fixe 7 de l'actionneur 1(étape S2). Simultanément à ce déploiement, l'unité de traitement 13 reçoit les informations du codeur 6 relatives au nombre de tom-s effectués par l'écrou 5 et en 7 déduit, à partir du pas 3a des filets 3 de l'écrou 5, la position instantanée de la tige 2 (étape S3). [0032] Pour cela, dans une première phase, l'unité de traitement 12, 13 fait tourner le rotor 4a du moteur électrique 4 qui applique un effort (couple) sur la tige 2 par l'intermédiaire de l'écrou 5 qui augmente rapidement jusqu'à ce qu'à atteindre un effort maximal souhaité, par exemple 1600 N dans le cas d'un actionneur 1 pour un dispositif de déverrouillage 9 d'un atterrisseur 10. Sur la figure 3, le nombre de tours N de l'écrou 5 correspondant à cc couple est égal à Nl. Au cours d'une deuxième phase, l'unité de traitement 12, 13 continue de faire tourner le rotor 4a, et donc l'écrou 5, en lui appliquant ce couple maximal. Lorsque le nombre de tours de l'écrou 5 atteint un premier seuil N2 prédéterminé, l'unité de traitement 12, 13 ralentit progressivement la vitesse de rotation du rotor 4a, et donc la vitesse de translation de la tige 2, jusqu'à ce que le nombre de tours N effectués par l'écrou 5 atteigne un deuxième seuil N3 afin de réduire la force d'impact de la tige 2 contre la partie fixe 7 de l'actionneur 1. A cc quatrième seuil N3, le couple appliqué par le moteur électrique 4 sur l'écrou 5 est alors suffisamment faible pour éviter que l'impact de la première butée 8 de la tige 2 contre la partie fixe 7 de l'actionneur 1 et n'endommage l'actionneur 1. Au cours d'une quatrième phase, l'unité de traitement 12, 13 fait tourner le rotor 4a de sorte à lui appliquer le couple atteint au deuxième seuil N3, qui est faible et sensiblement constant, jusqu'à cc que la première butée 8 de la tige 2 impactc la partie fixe 7 de l'actionneur 1. [0033] On notera que la quatrième phase du déploiement de la tige 2 peut être omise Toutefois, cette course finale de la tige 2 à une faible vitesse permet de garantir que la tige 2 finisse effectivement sa course et atteint sa configuration finale. [0034] A titre d'exemple non limitatif, dans le cas d'un actionneur 1 d'un dispositif de dé- verrouillage 9 d'attenisseur 10, la course totale de la tige 2 entre sa position initiale (configuration initiale) et son impact contre la partie fixe 7 de l'actionneur 1 (configuration finale) est d'une quinzaine de millimètres. Son temps de déploiement entre sa configuration initiale et sa configuration finale, conformément à l'invention, avec un moteur électrique 4 appliquant un couple maximal de 1600 N à une vitesse de 500 tours par minute, peut être égal à 0.9 s. Le temps de déploiement de l'actionneur 1 est donc nettement réduit en comparaison avec un actionneur 1 dépourvu de ressort spiral 16 et ce grâce à l'accélération de la vitesse de translation de la tige 2, rendue possible par la connaissance de sa position instantanée en tout point de sa course. [0035] Le ressort spiral 16 peut être fixé d'une part sur le carter 18, par exemple par l'intermédiaire d'un pion 17, et d'autre part sur le rotor 4a, par exemple par soudage ou par l'intermédiaire d'un autre pion. [0036] Avantageusement, l'utilisation d'un ressort spiral 16 afin de ramener la tige 2 dans 8 une position initiale connue et fixée permet d'obtenir un actionneur simple et robuste, pour un faible encombrement. L'intégration d'un tel ressort spiral 16 n'augmente en effet la hauteur de l'actionneur que d'une dizaine de millimètres. [0037] Le moteur électrique 4 peut être de tout type. Par exemple, dans le cas d'un ac- tionneur 1 d'un dispositif de déverrouillage 9 d'un atterrisseur 10, l'actionneur 1 comprend généralement un moteur triphasé à effet Hall. [0038] Le ressort spiral 16 peut alors présenter une raideur comprise entre 0.03 Nmm/° et 0.04 Nmm/°. [0039] Le codeur 6 peut notamment comprendre une sonde à effet Hall. Avantageusement, lorsque le moteur électrique 4 est du type triphasé à effet Hall, les signaux de l'une au moins des sondes à effet Hall du moteur électrique 4 peuvent être utilisés pour déterminer le nombre de tours N effectué par l'écrou 5. Il n'est alors pas nécessaire d'ajouter de codeur 6 dédié. Cet exemple n'est cependant pas limitatif, tout système configure pour déterminer le nombre de tours N de l'écrou 5 pouvant être utilisé dans le cadre de cette invention. [0040] Comme cela a été expliqué plus haut, un actionneur conforme à l'invention peut notamment être utilisé dans un système 14 de déverrouillage d'urgence d'un atterrisseur 10, destiné à être logé dans une case 15 d'un aéronef 9