WO2020136357A1 - Dispositif d'application d'effort pour un manche de pilotage d'un aéronef - Google Patents

Dispositif d'application d'effort pour un manche de pilotage d'un aéronef Download PDF

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WO2020136357A1
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pin
force application
application device
electromagnet
axis
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PCT/FR2019/053300
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Corentin LE ROUX
Mickael WERQUIN
Yannick ATTRAZIC
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Safran Electronics & Defense
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    • B64C13/0421—Initiating means actuated personally operated by hand control sticks for primary flight controls
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Definitions

  • the invention relates to the piloting devices used by the pilot in an aircraft cockpit. It relates in particular to an active handle comprising an integrated force feedback to assist the pilot.
  • a piloting device in an aircraft cockpit usually comprises a piloting stick with in particular a control lever rotatably mounted along a so-called roll axis and a so-called pitch axis, these two axes being orthogonal one to the other. the other. Most often, devices of the “joystick” type are encountered.
  • the piloting device transmits movement commands to piloting members of the aircraft.
  • the movement control of the aircraft is electronic and the piloting device integrated in the cockpit can be of the "mini stick" type.
  • the position of the lever along the two roll and pitch axes is measured by sensors and translated into displacement commands.
  • the lever is not directly mechanically linked to the moving parts of the aircraft. There is no direct mechanical return on the lever for the pilot.
  • the aircraft flight control device comprises a control lever mounted on a plate and connected to a roll axis motor and a pitch axis motor via transmission shafts.
  • the two motors are controlled according to an effort law, so as to generate a resistive effort opposing the effort exerted on the lever (force feedback) when an effort threshold is exceeded by the pilot.
  • Such a device proves effective in restoring the sensations of piloting and increasing the safety of the flight.
  • the force feedback can be suppressed.
  • state-of-the-art active force feedback systems often include a large number of components, in particular roll and pitch motors but also clutches, torque limiters, gears, etc. These systems can be costly, bulky and difficult to integrate into an aircraft cockpit.
  • the desired handle should not be able to switch, in the event of a failure affecting said motor, in a mode in which the pilot freely pivots the lever.
  • the mechanical escape route sought provides a variable resistive force as a function of the position of the lever relative to a neutral point, in the event of a failure affecting the force feedback motor.
  • the invention relates to a force application device for a control stick of an aircraft, in which the control stick comprises a control lever connected to at least one engine comprising a drive shaft movable in rotation about an axis, the force application device comprising:
  • said actuator movable relative to the casing, said actuator comprising a magnetic material
  • a coupling device comprising an input gear, connected to the casing, and an output gear configured to cooperate with the input gear
  • said output meshing comprising a second pin
  • clamping means comprising a first tooth and a second tooth configured to clamp the first pin and the second pin
  • the force application device having an operating configuration, in which the electromagnet is active and the output gear is positioned at a distance from the input gear so that the second pin is movable in rotation around the axis, and a blocking configuration, in which the electromagnet is inactive and the output gear is generated with the input gear so as to block in rotation the second pin relative to the casing.
  • a first advantage of the invention is to provide a mechanical escape route to prevent the lever from being completely free in its pivoting movement.
  • the electromagnet is no longer active and the force application device adopts a blocking configuration.
  • a resistant torque, opposing a rotation of the first pin relative to the casing, is exerted on the first pin when the force application device is in the blocking configuration.
  • the clamping means comprise teeth which come to clamp the first pin and the second pin, the second pin being integral in rotation relative to the casing. The drive shaft is then braked in its rotational movement.
  • An advantage of the invention is that the mechanical emergency route provided by the force application device is reversible, the force application device can again adopt an operating configuration when the electromagnet is at new active.
  • the relative position of the meshes is controlled via the electromagnet to alternate between the operating configuration and the locking configuration. This alternation is possible on the ground as in flight.
  • a second advantage is to avoid a complete immobilization of the drive shaft associated with the motor, when an electrical failure affects the motor and when the electromagnet is no longer active. Indeed, the clamping means do not necessarily completely block a rotation of the first pin relative to the second pin.
  • the force application device of the invention tends to bring, when it is in the blocking configuration, the first pin to a position which depends on the position of the second pin when the electro is inactivated magnet.
  • the second pin being movable in rotation around the axis in the operating configuration, it is possible that the position of the second pin during this inactivation is not in correspondence with a central position of the lever.
  • the effort application device of the invention may have the following optional and non-limiting characteristics, taken alone or in any of the technically possible combinations:
  • the actuator is mounted on the input gear.
  • the electromagnet is mounted on the housing, so that the actuator is in an axial position between the electromagnet and the output gear along the axis.
  • the device comprises return means comprising a first end fixed to the casing and a second end fixed to the meshing input, the return means being configured to move the input meshing along the axis.
  • one of the input gear and the output gear comprises at least one tooth, the other of the input gear and the output gear comprising at least one additional housing, the tooth being configured to enter the complementary housing in blocking configuration.
  • the clamping means comprise a first jaw and a second jaw, the device further comprising an elastic compression connection, such as a compression spring, connecting the first jaw and the second jaw so as to stress the first tooth and the second tooth against the first pawn and the second pawn in operating configuration.
  • an elastic compression connection such as a compression spring
  • the device further comprises an angular displacement sensor configured to acquire a measurement of angular displacement of the shaft.
  • the device further comprises a damping piece extending over a contact surface between the first pin and the second pin.
  • the device further comprises a declutching device configured to disengage the input gear and the output gear, said device comprising a second supply circuit distinct from a standard supply circuit of the electromagnet , to allow disengagement of said meshes when the standard supply circuit of the electromagnet is faulty.
  • the invention relates according to a second aspect to a piloting stick of an aircraft comprising a control lever, comprising at least one motor which has a drive shaft movable in rotation about an axis, and further comprising a device for application of force as defined previously by motor.
  • FIG.1 shows functionally the overall architecture of a control system comprising a control handle according to one embodiment
  • FIG.2 is a perspective view of the aircraft control lever and the mechanical seal of the system of Figure 1;
  • FIG.3 is a side view of the lever of Figure 1 incorporating a force feedback device
  • FIG.4 is a schematic side view of an interface between a motor shaft and a casing comprising a force feedback device according to an embodiment of the invention, seen in an operating configuration without electrical failure ;
  • FIG.5 is a schematic side view of the engine / casing interface comprising the force feedback device of Figure 4, seen in a blocking configuration in the event of a power failure.
  • Figures 1 to 3 show a piloting system of an aircraft, comprising a piloting stick, according to an exemplary embodiment.
  • the handle is typically located in the cockpit of the aircraft.
  • the stick can be used by the pilot of the aircraft to control moving parts of the aircraft electronically.
  • the thick solid lines between two functional units correspond to mechanical connections
  • the arrow connections with thick lines represent a mechanical or magnetic coupling of two units (with uncoupling possible)
  • the arrow links with thin lines are electronic connections allowing data transmission.
  • the control stick comprises a control lever 1, mounted to rotate relative to a frame 2.
  • the force application device comprises a mechanical seal 10.
  • the lever 1 is rotatable along an axis X of roll and an axis Y of pitch, the two axes being orthogonal.
  • the mechanical seal 10 is fixed to a frame 2 integral with the floor of the aircraft cockpit.
  • control stick comprises an electric motor 3a comprising a drive shaft of axis A linked to the axis X of the roll of the lever.
  • linked to the axis is meant that a connecting mechanism exists between the shaft of axis A and an element of the joint 2 set in motion when the lever pivots along the axis X.
  • handle comprises an electric motor 3b comprising a drive shaft of axis B linked to the axis Y of pitching of the lever.
  • the motor 3a could be arranged to act directly on the X axis via a rotating shaft linked to the joint 10 and the motor 3b could be arranged to act directly on the Y axis via a rotating shaft linked to the joint 10.
  • Motors 3a and 3b are configured to apply force to their respective drive shafts.
  • the force applied by the motors is calculated according to a force law, depending on the position of the lever.
  • the handle preferably includes sensors for angular displacement of the lever.
  • Said sensors preferably comprise a sensor 11a associated with the roll axis and a sensor 11b associated with the pitch axis.
  • Said sensors communicate electronic position signals to a computer 12.
  • the sensors 11 a and 11 b acquire a rotary position of the drive shafts, respectively along the axes A and B.
  • the computer 12 includes an electronic interface with the sensors. It can thus receive acquired data of angular displacement of the lever.
  • the sensors 11 a and 11 b are also configured to communicate to the computer 12 information on the speed of rotation of the lever 1 along their associated axes.
  • the position / speed information of the lever is translated into control signals for piloting moving parts of the aircraft by a flight control unit 13, or FCS for "Flight Control System", of the aircraft.
  • control stick includes force sensors 15a and 15b respectively associated with the roll axis X and the pitch axis Y of the lever.
  • Said sensors are configured to measure the torque exerted on the lever in pivoting along the X axis and along the Y axis.
  • the force sensors 15a and 15b are typically strain gauges, for example of the capacitive or piezoelectric type.
  • Such force sensors are particularly useful if the system includes a mode of piloting in effort, in addition to a mode of piloting on the move, examples of operation of which will be described in relation to the embodiments below.
  • a force piloting mode the lever 1 is immobilized and the control unit 8 determines control signals for the moving parts of the aircraft as a function of the forces applied to the lever 1 by the pilot.
  • FIG. 1 illustrates, in addition to the elements described above, a plurality of elements of force application devices, which will be described below.
  • each of the force application motors 3a and 3b comprises a force application device of its own, constituting a mechanical emergency route for this motor.
  • Figure 1 shows a structural embodiment of the lever 1 mounted on the mechanical seal 10.
  • the seal 10 is mounted on the frame 2 which is secured to a chassis of the aircraft.
  • the force application motors 3a and 3b (not visible) are here offset relative to the lever.
  • the lever 1 is free at one end and fixed to a first plate 101 at the other end.
  • the first plate 101 is movable in rotation along the X axis and along the Y axis and is linked to a second plate 102 of the joint 2.
  • the X axis is linked to the first plate 101, so that a pivoting of the first plate 101 around the Y axis rotates the X axis around the Y axis.
  • Two transmissions each comprising a universal joint, translate a movement of rotation of the lever along the X axis, respectively along the Y axis, into a rotation movement of the associated drive shaft (not shown) extending along axis A, respectively along axis B.
  • the motor drive shafts are thus mechanically linked to the lever.
  • the motors 3a and 3b are directly connected to the mechanical seal 10 and can transmit a resistive or motor force in response to the pivoting movements of the lever 1 by the pilot, according to a force law or a predetermined damping law.
  • the pilot lever and the force application device are shown in side view.
  • the lever 1 is here in a neutral position.
  • the neutral position corresponds to a position where the piloting controls do not act in roll or in pitch on the moving parts of the aircraft.
  • the lever 1 is mounted on the cockpit cabin at the level of a base having a bellows 17.
  • the motors 3a and 3b are therefore hidden by the walls of the cockpit of the aircraft.
  • the roll motor 3a and the pitch motor 3b are, in this example, of identical dimensions.
  • the elements providing the mechanical escape route for the motors are here located under the motors, inside the housing 50.
  • the drive shafts associated with the motors extend inside the housing 50. The latter is fixed relative to the casing 4.
  • the control system comprises a mechanical emergency route for at least one of the force feedback motors 3a and 3b (and, preferably, for each of these motors), in order to prevent the rotation of the lever 1 from being completely free in the event of an electrical failure affecting said motor.
  • a mechanical emergency route for the roll motor 3a driving the shaft 41 a of axis A Thanks to the mechanical emergency, the pilot keep in case of failure a force feedback or "haptic feedback "
  • the emergency route is produced by the force application device which comprises a first pin 30a, a second pin 40a, means 7a for clamping the first pin and the second pin, an electromagnet 5a, an actuator 6a comprising a magnetic material and a casing 4.
  • the casing is integral with a frame of the aircraft.
  • the effort application device has two distinct configurations:
  • first pin 30a then undergoes a resistive force opposing rotational movements of the first pin 30a relative to the casing 4 around the axis A, a first tooth 71 and a second tooth 74 of the clamping means 7a tightening together the first pawn 30a and the second pawn 40a.
  • the second pin 40a is carried by an output gear facing an input gear linked to the casing.
  • supplying current to the electromagnet 5a, or cutting the current causes a displacement of the actuator 6a and a change in configuration of the force application device.
  • the input and output meshes are not generated.
  • the force application device comprises a declutching device 16a allowing disengagement of the two meshes 62 and 63, even when the standard supply circuit of the electromagnet 5a is faulty.
  • the declutching device 16a comprises a second supply circuit for replenishing, on command, the electromagnet 5a and reactivating the latter.
  • the second electromagnet supply circuit is separate from its standard supply circuit.
  • the declutching device 16a comprises a user interface located on the lever 1, such as a button-type switch.
  • a user interface located on the lever 1, such as a button-type switch.
  • the electromagnet is active again and the input and output gears are disengaged.
  • the pilot is able to reposition the lever along the roll and pitch axes, without undergoing any resistive force from the force application device, while the button is pressed.
  • the first pin 30a and the second pin 40a are repositioned at the same time as the lever.
  • the pilot can thus select the neutral point serving as a reference for the force law exerted by the force application device in the blocking configuration.
  • the position of the second pin 40a depends on the position of the lever.
  • the entry and exit meshes are re-engaged and the lever is biased toward a neutral point which depends on the position the pilot has selected for the lever.
  • the first pin 30a is mounted on the drive shaft of axis A, that is to say that the first pin 30a is integral with the rotational movement of the shaft around the axis A.
  • the first pawn is a nipple.
  • the stud is cylindrical in shape and projects from a surface piece 42a integral with the rotary movement of the shaft.
  • the first piece can rotate relative to the housing 4.
  • the second pin 40a is mounted on an output gear 62 which will be described below, the output gear 62 being movable relative to the casing 4 in the operating configuration.
  • the second pin 40a is, in the neutral position shown in Figure 4, coaxial with the first pin 30a.
  • the second pin 40a is also a pin of cylindrical shape.
  • the force application device further comprises a damping part, preferably a viscous damping part 14a, extending transversely between the first pin 30a and the second pin 40a.
  • the electromagnet 5a is electrically powered by a current source from the aircraft piloting system. If the said system is switched off or faulty, the electromagnet does not produce any particular magnetic field.
  • the electromagnet and the roll motor 3a are supplied by the same source of electric current (standard supply circuit of the electromagnet).
  • the electromagnet transforms the electric current into a magnetic field, and in the event of an electrical failure affecting the roll motor 3a, the electromagnet is also affected by the failure and does not produce any magnetic field.
  • the loss of action of the electromagnet is thus automatic and immediate in the event of a current gate of the roll motor 3a.
  • the electromagnet 5a is associated with an actuator 6a.
  • the actuator 6a is “passive” in the example below. Its displacement and its mechanical action on the pins depend on the desired magnetic interaction with the field of the electromagnet.
  • the actuator 6a comprising a magnetic material.
  • magnetic material is understood here to mean a metallic material reacting to the magnetic field, so that the current supply of the electromagnet displaces the actuator.
  • the material of the actuator 6a is chosen to have the same polarity as that of the electromagnet 5a. So :
  • the actuator when the electromagnet is not supplied with current, in particular in the event of a breakdown, the actuator is not forced to remain close to the electromagnet, and the actuator moves away from the electro -magnet.
  • the actuator is forced in a direction away from the electromagnet when the electromagnet is supplied with electric current.
  • the clamping means comprise a first tooth 71 and a second tooth 74 movable in rotation relative to the casing 4 and also relative to the first pin and the second pin.
  • the clamping means 7a comprise a first jaw 70 and a second jaw 73 movable relative to the casing 4, the first tooth 71 belonging to the first jaw and the second tooth 74 belonging to the second jaw.
  • Teeth 71 and 74 have free surfaces arranged to extend one opposite the other when the jaws are in the clamped position. The teeth 71 and 74 tend to align the two pins in a direction parallel to the axis A when the force application device is in the locking configuration.
  • the first pin 30a and the second pin 40a thus have sufficient axial extension (here along the axis A) so that the teeth 71 and 74 of the clamping means can engage against the lateral faces of the two pins, in order to clamp the two pins together.
  • Figures 4 and 5 relate to a particular embodiment of the force application device with mechanical escape route.
  • the clamping means 7a are clamped, in the operating configuration as in the locking configuration, in a position of mechanical equilibrium.
  • the first pawn 30a therefore tends to align with the second pawn 40a.
  • the pawns here tend to align in a direction parallel to the A axis.
  • the second pin is connected to an output gear 62 which may or may not be driven with an input gear 63, depending on the respective axial position of the two gears.
  • Figure 4 shows an operating configuration
  • FIG. 5 shows a blocking configuration. This latter configuration corresponds to a damaged state of the roll motor 3a.
  • the first pin 30a has been shown in a state pivoted about the axis A, corresponding to an offset position of the lever 1 along the roll axis relative to a central position of the lever.
  • the clamping means are, in this example, jaws 70 and 73 having teeth 71 and 74.
  • the first jaw 70 extends under the surface part 42a.
  • the first jaw comprises a central circular plate, pierced in its center to let pass a fixing which immobilizes the jaw 70 in translation along the axis A.
  • the jaw 70 is movable in rotation around the axis A.
  • the second jaw 73 also includes a central circular plate.
  • the housing and the two jaws 70 and 73 are fixed in translation with respect to each other.
  • a free end of the first pin 30a and a free end of the second pin 40a extend in a gap between the two jaws.
  • an axial gap 31 exists between the first pin 30a and the second pin 40a.
  • An elastic link preferably made up of one or more springs, connects one end of the first jaw and one end of the second jaw, so that the jaws remain in the clamped position on the first pin and on the second pin.
  • the force application device further comprises a mechanical coupling device between the second pin 40a and the casing 4.
  • the coupling device comprises the input engagement 63 mounted fixed in rotation about the axis A relative to the casing 4 and the output meshing 62 mounted fixed in rotation relative to the second pin 40a.
  • the two meshes are movable in translation in a direction parallel to the axis A.
  • the input gear 62 and the output gear 63 have here an annular ring shape centered on the axis A of the shaft.
  • the input gear is in an axial position between the jaw 73 and the output gear.
  • the output gear is, in its position not engaged with the input gear, movable in translation along the axis A and in rotation about the axis A. Under the effect of the clamping means 7a, the second pin 40a therefore follows the rotational movements of the first pin 30a around the axis A when the meshes are not engaged.
  • the output meshing 63 is fixed in rotation about the axis A relative to the casing 4.
  • return means are fixed on the one hand to the casing 4 or to a part integral with the casing, and on the other hand to one side of the outlet meshing 63 facing the casing 4.
  • the return means are here two springs 64. The return means tend to bring the meshes back into a driven position.
  • the means for securing the input gear 63 and the output gear 62 form a dog clutch.
  • One of the entry meshing and the exit meshing may comprise at least one tooth, preferably several, and the other meshing comprises at least as many housings of shape and dimensions complementary to the teeth.
  • the force application device comprises a declutching device to allow the selection of the neutral point of the force law
  • the number of teeth is advantageously high, preferably greater with three teeth, and these teeth are regularly distributed around the perimeter of the meshing which carries them to allow precise adjustment of this neutral point.
  • the actuator 6a and the electromagnet 5a are configured so that, when the electromagnet 5a biases the actuator 6a - in the operating configuration - one of the input meshing and the meshing output is requested in a direction of distance from the other meshing.
  • the magnetic action of the electromagnet on the actuator is strong enough to counter the relaxation of the springs 64.
  • the actuator 6a comprises a magnetic material located in the crown of the input gear 63 and the electromagnet 5a is located in a part of the casing 4 opposite the input gear 63.
  • the polarities of the magnetic material and the electromagnet are the same, so that the input meshing 63 is attracted by the electromagnet.
  • the electromagnet 5a can be located on the output gear. The electromagnet is then in a position facing the actuator in a direction parallel to the axis A.
  • the mechanical equilibrium position of the coupling device is a position where the input gear 63 generates the output gear 62.
  • the output gear 62 blocks the input gear 63, and therefore the second pin 40a, rotating around the axis A.
  • the actuator 6a In a configuration in normal operation, for example during the flight of the aircraft with a functional electrical supply, the actuator 6a is in the position remote from FIG. 4.
  • the roll motor 3a preferably exerts a resistive force opposing the roll movement imposed by the pilot on the lever 1.
  • the second pin 40a follows the rotational movements of the first pin 30a (in other words, of the shaft drive) around axis A.
  • the electromagnet no longer produces a particular magnetic field.
  • the effort application device enters the blocking configuration.
  • the means of securing the entry and exit meshes come into engagement.
  • the coupling device is clutched.
  • the second pin 40a is then fixed in rotation relative to the housing.
  • the clamping means 7a tend to align the first pin 30a relative to the second pin 40a.
  • the roll motor drive shaft undergoes a resistive force opposing a rotational movement of the first pin.
  • the first pin 30a tends towards a fixed point aligned with the second pin 40a.
  • the drive shaft being mechanically coupled to the control lever 1 via the mechanical seal 10, the resistive force tends to bring the lever 1 to a neutral point.
  • the neutral point depends on the position of the second pin when the electromagnet is deactivated, which position itself depends on the position of lever 1 on the roll axis when the fault is triggered.
  • the neutral point then corresponds to the last position without failure of the second pin 40a, even if this latter position does not correspond to a central position of the lever.
  • An effort law is implemented by the mechanical emergency route.
  • An advantage is to allow the obtaining of a non-fixed neutral point for the lever.
  • a declutching device makes it possible to disengage the input and output gears during a breakdown in a controlled manner.
  • the neutral point of the lever serving as a reference for the force law can then be different from the position of the lever when the fault is triggered, if the pilot has selected this neutral point after the fault has been triggered.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'application d'effort pour un manche de pilotage d'un aéronef, dans lequel le manche de pilotage comprend un levier de commande relié à au moins un moteur comprenant un arbre d'entraînement mobile en rotation autour d'un axe, le dispositif d'application d'effort comprenant: un premier pion, relié à l'arbre, un carter, un électro-aimant, un actionneur mobile comprenant un matériau magnétique, un dispositif d'accouplement comprenant un engrènement d'entrée, relié au carter, et un engrènement de sortie comprenant un deuxième pion, des moyens de serrage du premier pion et du deuxième pion, comprenant une première dent et une deuxième dent, avec une configuration de fonctionnement, dans laquelle l'électro-aimant est actif et l'engrènement de sortie est positionné à distance de l'engrènement d'entrée, et une configuration de blocage dans laquelle l'électro-aimant est inactif et les engrènements sont engrainés.

Description

Dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne les dispositifs de pilotage utilisés par le pilote dans un cockpit d’aéronef. Elle concerne notamment un manche actif comprenant un retour d’effort intégré pour assister le pilote.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Un dispositif de pilotage dans un cockpit d’aéronef comprend, de manière habituelle, un manche de pilotage avec notamment un levier de commande monté rotatif selon un axe dit de roulis et un axe dit de tangage, ces deux axes étant orthogonaux l’un à l’autre. On rencontre le plus souvent des dispositifs de type « manche à balai ».
En fonction de la position du levier selon ces deux axes, le dispositif de pilotage transmet des commandes de déplacement à des organes de pilotage de l’aéronef.
Sur les modèles les plus récents d’aéronef, la commande des mouvements de l’aéronef est électronique et le dispositif de pilotage intégré dans le cockpit peut être de type « mini-manche » (« side stick » en anglais). La position du levier selon les deux axes de roulis et de tangage est mesurée par des capteurs et traduite en commandes de déplacement. Le levier n’est pas directement lié mécaniquement aux parties mobiles de l’aéronef. Il n’y a pas de retour mécanique direct sur le levier pour le pilote.
Or, il est souhaitable pour la sécurité du vol que le pilote perçoive un retour mécanique au niveau du levier. Les systèmes de signalisation du cockpit peuvent ne pas être suffisants pour provoquer une réaction suffisamment rapide du pilote face à des événements imprévus au cours du vol. Les sensations de pilotage sont bien meilleures si le mini-manche de pilotage intègre un retour d’effort, aussi appelé « retour haptique ».
II a été proposé à ce titre d’équiper le mini-manche de systèmes mécaniques passifs, comme des systèmes à ressort, ou de systèmes électromécaniques actifs.
Par ailleurs, il a été proposé dans le document FR 3 01 1 815 d’utiliser un dispositif de retour d’effort actif à moteur électrique. Typiquement, dans ce document, le dispositif de commande de vol d’aéronef comporte un levier de commande monté sur une platine et relié à un moteur d’axe de roulis et un moteur d’axe de tangage par l’intermédiaire d’arbres de transmission. Les deux moteurs sont commandés selon une loi d’effort, de sorte à générer un effort résistif s’opposant à l’effort exercé sur le levier (retour d’effort) lorsqu’un seuil d’effort est dépassé par le pilote.
Un tel dispositif s’avère efficace pour restituer les sensations de pilotage et accroître la sécurité du vol. Toutefois, en cas de défaillance électrique ou mécanique au niveau d’un des moteurs ou en cas de panne sur la chaîne de traitement des signaux de commande des moteurs, le retour d’effort peut être supprimé.
Dans le domaine de l’aéronautique, les exigences en matière de disponibilité des dispositifs de pilotage sont élevées. Il n’est donc pas acceptable que le pilote passe brutalement à un mode de pilotage sans retour d’effort, en cas de défaillance d’un moteur ou de sa chaîne de traitement.
En outre, les systèmes actifs de retour d’effort de l’état de l’art comprennent souvent un nombre important de composants, notamment les moteurs de roulis et de tangage mais aussi des embrayages, des limiteurs de couple, des engrenages, etc. Ces systèmes peuvent s’avérer coûteux, encombrants et difficiles à intégrer dans un cockpit d’aéronef.
RESUME DE L’INVENTION
Au regard de ce qui précède, il existe un besoin pour un manche de pilotage intégrant une voie de secours mécanique, pour empêcher que la rotation du levier ne soit libre et que le pilote ne perde tout retour d’effort, en cas de défaillance électrique affectant un moteur de retour d’effort.
Le manche recherché ne doit pas pouvoir basculer, en cas de panne affectant ledit moteur, dans un mode où le pilote pivote librement le levier.
Il existe un besoin secondaire pour un manche de pilotage dans lequel, en cas de panne affectant ledit moteur, le levier n’est pas complètement immobilisé et les mouvements de pivotement du levier sont amortis.
De préférence, la voie de secours mécanique recherchée fournit un effort résistif variable en fonction de la position du levier par rapport à un point neutre, en cas de panne affectant le moteur de retour d’effort. On recherche également un mini-manche de masse, d’encombrement et de consommation électrique moindres par rapport à l’existant.
A ce titre, selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, dans lequel le manche de pilotage comprend un levier de commande relié à au moins un moteur comprenant un arbre d’entraînement mobile en rotation autour d’un axe, le dispositif d’application d’effort comprenant :
- un premier pion, relié à l’arbre,
- un carter, configuré pour être fixe par rapport à l’aéronef, - un électro-aimant,
- un actionneur mobile par rapport au carter, ledit actionneur comprenant un matériau magnétique,
- un dispositif d’accouplement comprenant un engrènement d’entrée, relié au carter, et un engrènement de sortie configuré pour coopérer avec l’engrènement d’entrée,
ledit engrènement de sortie comprenant un deuxième pion,
- des moyens de serrage du premier pion et du deuxième pion, lesdits moyens de serrage comprenant une première dent et une deuxième dent configurées pour serrer le premier pion et le deuxième pion,
le dispositif d’application d’effort présentant une configuration de fonctionnement, dans laquelle l’électro-aimant est actif et l’engrènement de sortie est positionné à distance de l’engrènement d’entrée de sorte que le deuxième pion est mobile en rotation autour de l’axe, et une configuration de blocage, dans laquelle l’électro-aimant est inactif et l’engrènement de sortie est engrainé avec l’engrènement d’entrée de sorte à bloquer en rotation le deuxième pion par rapport au carter.
En particulier, le dispositif d’application d’effort est avantageusement conforme à la revendication 1. Un premier avantage de l’invention est de fournir une voie de secours mécanique pour empêcher que le levier ne soit complètement libre dans son mouvement de pivotement. En cas de défaillance affectant le moteur, l’électro aimant n’est plus actif et le dispositif d’application d’effort adopte une configuration de blocage. Un couple résistant, s’opposant à une rotation du premier pion par rapport au carter, est exercé sur le premier pion lorsque le dispositif d’application d’effort est en configuration de blocage. En effet, les moyens de serrage comprennent des dents qui viennent serrer le premier pion et le deuxième pion, le deuxième pion étant solidaire en rotation par rapport au carter. L’arbre d’entraînement est alors freiné dans son mouvement de rotation.
Un avantage de l’invention est que la voie de secours mécanique fournie par le dispositif d’application d’effort est réversible, le dispositif d’application d’effort pouvant adopter à nouveau une configuration de fonctionnement lorsque l’électro-aimant est à nouveau actif. La position relative des engrènements est contrôlée via l’électro-aimant pour alterner entre la configuration de fonctionnement et la configuration de blocage. Cette alternance est possible au sol comme en vol.
Un deuxième avantage est d’éviter une immobilisation complète de l’arbre d’entraînement associé au moteur, lorsqu’une panne électrique affecte le moteur et lorsque l’électro-aimant n’est plus actif. En effet, les moyens de serrage ne bloquent pas nécessairement totalement une rotation du premier pion par rapport au deuxième pion.
Le dispositif d’application d’effort de l’invention tend à ramener, lorsqu’il est dans la configuration de blocage, le premier pion vers une position qui dépend de la position du deuxième pion au moment de l’inactivation de l’électro aimant. Le deuxième pion étant mobile en rotation autour de l’axe dans la configuration de fonctionnement, il est possible que la position du deuxième pion lors de cette inactivation ne soit pas en correspondance avec une position centrale du levier.
Le dispositif d’application d’effort de l’invention peut présenter les caractéristiques optionnelles et non limitatives suivantes, prises seules ou en l’une quelconque des combinaisons techniquement possibles :
- l’actionneur est monté sur l’engrènement d’entrée.
- l’électro-aimant est monté sur le carter, de sorte que l’actionneur est à une position axiale entre l’électro-aimant et l’engrènement de sortie selon l’axe.
- le dispositif comprend des moyens de rappel comportant une première extrémité fixée au carter et une deuxième extrémité fixée sur l’engrènement d’entrée, les moyens de rappel étant configurés pour déplacer l’engrènement d’entrée suivant l’axe.
- l’un parmi l’engrènement d’entrée et l’engrènement de sortie comprend au moins une dent, l’autre parmi l’engrènement d’entrée et l’engrènement de sortie comprenant au moins un logement complémentaire, la dent étant configurée pour pénétrer dans le logement complémentaire en configuration de blocage.
- les moyens de serrage comportent une première mâchoire et une deuxième mâchoire, le dispositif comprenant en outre une liaison élastique en compression, telle qu’un ressort de compression, reliant la première mâchoire et la deuxième mâchoire de sorte à solliciter la première dent et la deuxième dent contre le premier pion et le deuxième pion en configuration de fonctionnement.
- le dispositif comprend en outre un capteur de déplacement angulaire configuré pour acquérir une mesure de déplacement angulaire de l’arbre.
- le dispositif comprend en outre une pièce d’amortissement s’étendant sur une surface de contact entre le premier pion et le deuxième pion.
- le dispositif comprend en outre un dispositif de débrayage configuré pour désengager l’engrènement d’entrée et l’engrènement de sortie, ledit dispositif comprenant un deuxième circuit d’alimentation distinct d’un circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant, afin de permettre un désengagement desdits engrènements alors que le circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant est défaillant.
- ledit engrènement de sortie est relié à l’actionneur. L’invention concerne selon un deuxième aspect un manche de pilotage d’un aéronef comprenant un levier de commande, comprenant au moins un moteur qui présente un arbre d’entraînement mobile en rotation autour d’un axe, et comprenant en outre un dispositif d’application d’effort tel que défini précédemment par moteur.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, accompagnée des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
La [Fig.1] représente de façon fonctionnelle l’architecture d’ensemble d’un système de pilotage comprenant un manche de pilotage selon un mode de réalisation ;
La [Fig.2] est une vue en perspective du levier de commande d’aéronef et du joint mécanique du système de la Figure 1 ;
La [Fig.3] est une vue de côté du levier de la Figure 1 intégrant un dispositif de retour d’effort ;
La [Fig.4] est une vue schématique de côté d’une interface entre un arbre moteur et un carter comprenant un dispositif de retour d’effort selon un mode de réalisation de l’invention, vu dans une configuration de fonctionnement hors panne électrique ;
La [Fig.5] est une vue schématique de côté de l’interface moteur/carter comprenant le dispositif de retour d’effort de la Figure 4, vu dans une configuration de blocage en cas de panne électrique.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION
Les exemples ci-après concernent un dispositif d’application d’effort destiné à fonctionner avec un levier de pilotage rotatif selon des axes de roulis et de tangage. L’invention s’applique toutefois avec les mêmes avantages à un levier rotatif selon un nombre quelconque d’axes.
Dans la description ci-après et sur les figures annexées, des éléments similaires sont associés aux mêmes références alphanumériques.
Architecture d’ensemble du système de pilotage
Les Figures 1 à 3 représentent un système de pilotage d’un aéronef, comprenant un manche de pilotage, selon un exemple de réalisation.
Le manche se trouve typiquement dans le cockpit de l’aéronef. Le manche est utilisable par le pilote de l’aéronef pour commander des parties mobiles de l’aéronef de manière électronique.
Sur la Figure 1 , les traits pleins épais entre deux unités fonctionnelles correspondent à des liaisons mécaniques, les liaisons fléchées à trait épais représentent un accouplement mécanique ou magnétique de deux unités (avec désaccouplement possible) et les liaisons fléchées à trait fin sont des liaisons électroniques permettant une transmission de données.
Le manche de pilotage comprend un levier 1 de commande, monté rotatif par rapport à un bâti 2. Le dispositif d’application d’effort comprend un joint mécanique 10. Le levier 1 est rotatif selon un axe X de roulis et un axe Y de tangage, les deux axes étant orthogonaux. Le joint mécanique 10 est fixé à un bâti 2 solidaire du plancher du cockpit de l’aéronef.
Dans le présent exemple, le manche de pilotage comprend un moteur électrique 3a comprenant un arbre d’entraînement d’axe A lié à l’axe X de roulis du levier. Par « lié à l’axe » on entend qu’un mécanisme de liaison existe entre l’arbre d’axe A et un élément du joint 2 mis en mouvement lorsque le levier pivote selon l’axe X. De même, le manche comprend un moteur électrique 3b comprenant un arbre d’entraînement d’axe B lié à l’axe Y de tangage du levier.
En alternative, le moteur 3a pourrait être agencé pour agir directement sur l’axe X via un arbre tournant lié au joint 10 et le moteur 3b pourrait être agencé pour agir directement sur l’axe Y via un arbre tournant lié au joint 10.
Les moteurs 3a et 3b sont configurés pour appliquer un effort sur leur arbre d’entraînement respectif. De préférence, l’effort appliqué par les moteurs est calculé selon une loi d’effort, en fonction de la position du levier.
Pour acquérir l’information de position du levier, le manche comprend de façon préférentielle des capteurs de déplacement angulaire du levier. Lesdits capteurs comprennent de préférence un capteur 11a associé à l’axe de roulis et un capteur 11 b associé à l’axe de tangage. Lesdits capteurs communiquent des signaux électroniques de position à un calculateur 12.
Selon un exemple, les capteurs 11 a et 11 b acquièrent une position rotative des arbres d’entraînement, respectivement selon les axes A et B.
Le calculateur 12 comprend une interface électronique avec les capteurs. Il peut ainsi recevoir des données acquises de déplacement angulaire du levier. De façon optionnelle, les capteurs 11 a et 11 b sont également configurés pour communiquer au calculateur 12 des informations de vitesse de rotation du levier 1 selon leurs axes associés. Les informations de position/vitesse du levier sont traduites en signaux de commande de pilotage de parties mobiles de l’aéronef par une unité 13 de commande de vol, ou FCS pour « Flight Control System », de l’aéronef.
En option, le manche de pilotage comprend des capteurs d’effort 15a et 15b associés respectivement à l’axe de roulis X et à l’axe de tangage Y du levier.
Lesdits capteurs sont configurés pour mesurer le couple exercé sur le levier en pivotement selon l’axe X et selon l’axe Y. Les capteurs d’effort 15a et 15b sont typiquement des jauges de contraintes, par exemple de type capacitif ou piézoélectrique.
De tels capteurs d’effort sont notamment utiles si le système comprend un mode de pilotage en effort, en complément d’un mode de pilotage en déplacement dont des exemples de fonctionnement seront décrits en relation aux modes de réalisation ci-après. Dans un mode de pilotage en effort, le levier 1 est immobilisé et l’unité de commande 8 détermine des signaux de commande des parties mobiles de l’aéronef en fonction des efforts appliqués sur le levier 1 par le pilote.
La vue de la Figure 1 illustre, en sus des éléments ci-avant décrits, une pluralité d’éléments de dispositifs d’application d’effort, qui seront décrits ci- après.
Dans une forme de réalisation, illustrée sur les figures annexées, chacun des moteurs 3a et 3b d’application d’effort comprend un dispositif d’application d’effort qui lui est propre, constituant une voie de secours mécanique pour ce moteur.
Pour simplifier, seul un premier dispositif d’application d’effort sera décrit et illustré dans les Figures 4 à 8, le deuxième dispositif étant identique.
Sur la Figure 1 , les références alphanumériques se terminant par la lettre ‘a’ correspondent à l’axe X de roulis. Les références se terminant par la lettre‘b’ sont les mêmes, transposées à l’axe Y de tangage. La Figure 2 représente un exemple structurel de réalisation du levier 1 monté sur le joint mécanique 10. Le joint 10 est monté sur le bâti 2 qui est solidarisé à un châssis de l’aéronef. Les moteurs 3a et 3b d’application d’effort (non visibles) sont ici déportés par rapport au levier. Le levier 1 est libre à une extrémité et fixé à une première platine 101 à l’autre extrémité. La première platine 101 est mobile en rotation selon l’axe X et selon l’axe Y et est liée à une deuxième platine 102 du joint 2. L’axe X est lié à la première platine 101 , de sorte qu’un pivotement de la première platine 101 autour de l’axe Y fait pivoter l’axe X autour de l’axe Y.
Deux transmissions, comprenant chacune un joint de Cardan, traduisent un mouvement de rotation du levier selon l’axe X, respectivement selon l’axe Y, en un mouvement de rotation de l’arbre d’entraînement associé (non représenté) s’étendant selon l’axe A, respectivement selon l’axe B.
Les arbres d’entraînement des moteurs sont ainsi liés mécaniquement au levier. Les moteurs 3a et 3b sont en prise directe sur le joint mécanique 10 et peuvent transmettre un effort résistif ou moteur en réponse aux mouvements de pivotement du levier 1 par le pilote, selon une loi d’effort ou une loi d’amortissement prédéterminée.
Sur la Figure 3, on a représenté le levier de pilotage et le dispositif d’application d’effort en vue de côté. Le levier 1 est ici dans une position neutre. De façon habituelle, la position neutre correspond à une position où les commandes de pilotage n’agissent ni en roulis, ni en tangage sur les parties mobiles de l’aéronef. Le levier 1 est monté sur la cabine du cockpit au niveau d’un socle présentant un soufflet 17. Les moteurs 3a et 3b sont donc cachés par les parois de l’habitacle de l’aéronef.
Le moteur 3a de roulis et le moteur 3b de tangage sont, dans cet exemple, de dimensions identiques. Les éléments réalisant la voie de secours mécanique des moteurs sont ici situés sous les moteurs, à l’intérieur du boîtier 50. Les arbres d’entraînement associés aux moteurs se prolongent à l’intérieur du boîtier 50. Ce dernier est fixe par rapport au carter 4.
Pour plus de détails sur la structure du joint mécanique 10 et sur la liaison mécanique avec les moteurs 3a et 3b, on pourra se référer à la Figure 1 du document FR 3 011 815 et à la description y afférente.
Dispositif d’application d’effort
Le système de pilotage comprend une voie de secours mécanique pour au moins l’un des moteurs de retour d’effort 3a et 3b (et, de préférence, pour chacun de ces moteurs), afin d’empêcher que la rotation du levier 1 ne soit complètement libre en cas de défaillance électrique affectant ledit moteur. Dans toute la suite, on décrira la voie de secours mécanique pour le moteur 3a de roulis entraînant l’arbre 41 a d’axe A. Grâce au secours mécanique, le pilote conserver en cas de défaillance un retour d’effort ou « retour haptique ».
La voie de secours est réalisée par le dispositif d’application d’effort qui comprend un premier pion 30a, un deuxième pion 40a, des moyens 7a de serrage du premier pion et du deuxième pion, un électro-aimant 5a, un actionneur 6a comprenant un matériau magnétique et un carter 4. Le carter est solidaire d’un bâti de l’aéronef. Le dispositif d’application d’effort présente deux configurations distinctes :
- une configuration de fonctionnement, dans laquelle l’actionneur 6a se trouve dans une position portant la référence 6-2 sur les figures, dans laquelle l’électro-aimant 5a est actif et sollicite l’actionneur 6a,
- une configuration de blocage, dans laquelle l’électro-aimant est inactif et dans laquelle l’actionneur 6a se trouve dans une position portant la référence 6-1 sur les figures. Le premier pion 30a subit alors un effort résistif s’opposant à des mouvements de rotation du premier pion 30a par rapport au carter 4 autour de l’axe A, une première dent 71 et une deuxième dent 74 des moyens de serrage 7a serrant ensemble le premier pion 30a et le deuxième pion 40a.
Notamment, dans l’exemple ci-après, le deuxième pion 40a est porté par un engrènement de sortie faisant face à un engrènement d’entrée lié au carter.
Ainsi, le fait d’alimenter en courant l’électro-aimant 5a, ou de couper le courant, provoque un déplacement de l’actionneur 6a et un changement de configuration du dispositif d’application d’effort. Dans l’exemple ci-après, dans la configuration de fonctionnement, les engrènements d’entrée et de sortie ne sont pas engrainés.
A l’inverse, lorsque le dispositif d’application d’effort est dans la configuration de blocage, les deux engrènements sont engrainés. Le carter 4 étant fixe par rapport au bâti 2 et le premier pion 30a étant relié à l’arbre 41 a d’entraînement du moteur 3a, le pilote ressent un effort résistif lorsqu’il essaie de déplacer le levier 1 dans la direction de roulis - malgré la défaillance du moteur électrique 3a de roulis. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif d’application d’effort comprend un dispositif de débrayage 16a permettant un désengagement des deux engrènements 62 et 63, même lorsque le circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant 5a est défaillant. Le dispositif de débrayage 16a comprend un deuxième circuit d’alimentation pour réalimenter, sur commande, l’électro-aimant 5a et réactiver ce dernier. Le deuxième circuit d’alimentation de l’électro-aimant est distinct de son circuit d’alimentation standard. Avantageusement, le dispositif de débrayage 16a comprend une interface utilisateur située sur le levier 1 , telle qu’un interrupteur de type bouton. Par exemple, pendant que le pilote presse le bouton, l’électro-aimant est à nouveau actif et les engrènements d’entrée et de sortie sont désengagés. Le pilote est en mesure de repositionner le levier selon les axes de roulis et de tangage, sans subir d’effort résistif du dispositif d’application d’effort, pendant que le bouton est pressé. Le premier pion 30a et le deuxième pion 40a sont repositionnés en même temps que le levier.
Si le circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant 5a est le même que le circuit d’alimentation du moteur 3a, un tel dispositif de débrayage fournit la possibilité au pilote de désengager les engrènements d’entrée et de sortie même en cours de défaillance de l’alimentation du moteur 3a afin de repositionner le "point neutre" du levier 1 suivant les besoins.
Le pilote peut ainsi sélectionner le point neutre servant de référence pour la loi d’effort exercée par le dispositif d’application d’effort dans la configuration de blocage.
En effet, au moment où le pilote lâche le bouton, la position du deuxième pion 40a dépend de la position du levier. Après que le pilote a lâché le bouton, les engrènements d’entrée et de sortie sont à nouveau engrainés et le levier est sollicité vers un point neutre qui dépend de la position que le pilote a sélectionnée pour le levier.
Un exemple de structure du dispositif d’application d’effort est donné ci- après.
Premier pion et deuxième pion Le premier pion 30a est monté sur l’arbre d’entraînement d’axe A, c’est-à- dire que le premier pion 30a est solidaire du mouvement de rotation de l’arbre autour de l’axe A.
Dans cet exemple, le premier pion est un téton. Le téton est de forme cylindrique et fait saillie d’une pièce de surface 42a solidaire du mouvement rotatif de l’arbre. Le premier pion peut tourner par rapport au carter 4.
Le deuxième pion 40a est monté sur un engrènement de sortie 62 qui sera décrit ci-après, l’engrènement de sortie 62 étant mobile par rapport au carter 4 dans la configuration de fonctionnement.
Le deuxième pion 40a est, dans la position neutre représentée en Figure 4, coaxial au premier pion 30a.
Le deuxième pion 40a est également un téton de forme cylindrique.
De façon avantageuse, le dispositif d’application d’effort comprend en outre une pièce d’amortissement, de préférence une pièce d’amortissement visqueux 14a, s’étendant transversalement entre le premier pion 30a et le deuxième pion 40a.
Electro-aimant et actionneur
L’électro-aimant 5a est alimenté électriquement par une source de courant du système de pilotage de l’aéronef. Si ledit système est éteint ou défaillant, l’électro-aimant ne produit pas de champ magnétique particulier.
Dans les deux modes ci-après, et de manière préférée, l’électro-aimant et le moteur de roulis 3a sont alimentés par la même source de courant électrique (circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant). Ainsi, lorsque le moteur est fonctionnel, l’électro-aimant transforme le courant électrique en champ magnétique, et en cas de panne électrique affectant le moteur de roulis 3a, l’électro-aimant est également affecté par la panne et ne produit pas de champ magnétique.
La perte d’action de l’électro-aimant est ainsi automatique et immédiate en cas de porte de courant du moteur de roulis 3a.
L’électro-aimant 5a est associé à un actionneur 6a. L’actionneur 6a est « passif » dans l’exemple ci-après. Son déplacement et son action mécanique sur les pions dépendent de l’interaction magnétique souhaitée avec le champ de l’électro-aimant.
L’actionneur 6a comprenant un matériau magnétique. Par matériau magnétique, on comprendra ici un matériau métallique réagissant au champ magnétique, de sorte que l’alimentation en courant de l’électro-aimant déplace l’actionneur.
Dans l’exemple ci-après, le matériau de l’actionneur 6a est choisi de polarité identique à celle de l’électro-aimant 5a. Ainsi :
- lorsque l’électro-aimant est alimenté en courant, l’actionneur 6a est forcé dans un sens de rapprochement par rapport à l’électro-aimant ;
- lorsque l’électro-aimant n’est pas alimenté en courant, notamment en cas de panne, l’actionneur n’est pas forcé à demeurer proche de l’électro-aimant, et l’actionneur s’éloigne de l’électro-aimant.
En alternative, si la polarité du matériau magnétique de l’actionneur est opposée à celle de l’électro-aimant, l’actionneur est forcé dans un sens d’éloignement par rapport à l’électro-aimant lorsque l’électro-aimant est alimenté en courant électrique. Moyens de serrage des pions
Les moyens de serrage comprennent une première dent 71 et une deuxième dent 74 mobiles en rotation par rapport au carter 4 et également par rapport au premier pion et au deuxième pion. Dans l’exemple ci-après, les moyens de serrage 7a comprennent une première mâchoire 70 et une deuxième mâchoire 73 mobiles par rapport au carter 4, la première dent 71 appartenant à la première mâchoire et la deuxième dent 74 appartenant à la deuxième mâchoire. Les dents 71 et 74 présentent des surfaces libres agencées pour s’étendre l’une en face de l’autre lorsque les mâchoires sont en position serrée. Les dents 71 et 74 tendent à aligner les deux pions selon une direction parallèle à l’axe A lorsque le dispositif d’application d’effort est en configuration de blocage.
Le premier pion 30a et le deuxième pion 40a présentent ainsi une extension axiale suffisante (ici selon l’axe A) pour que les dents 71 et 74 des moyens de serrage puissent venir en prise contre les faces latérales des deux pions, afin de serrer les deux pions ensemble.
Les Figures 4 et 5 se rapportent à un mode de réalisation particulier du dispositif d’application d’effort avec voie de secours mécanique.
Les moyens de serrage 7a sont serrés, dans la configuration de fonctionnement comme dans la configuration de blocage, dans une position d’équilibre mécanique. Le premier pion 30a tend donc à s’aligner avec le deuxième pion 40a. Les pions tendent ici à s’aligner selon une direction parallèle à l’axe A.
Le deuxième pion est relié à un engrènement de sortie 62 qui est engrainé ou non avec un engrènement d’entrée 63, selon la position axiale respective des deux engrènements.
La Figure 4 représente une configuration de fonctionnement et la Figure
5 représente une configuration de blocage. Cette dernière configuration correspond à un état d’avarie du moteur de roulis 3a. Sur ces deux figures, on a représenté le premier pion 30a dans un état pivoté autour de l’axe A, correspondant à une position décalée du levier 1 selon l’axe de roulis par rapport à une position centrale du levier.
Les moyens de serrage sont, dans cet exemple, des mâchoires 70 et 73 présentant des dents 71 et 74.
La première mâchoire 70 s’étend sous la pièce de surface 42a. La première mâchoire comprend un plateau circulaire central, percé en son centre pour laisser passer une fixation qui immobilise la mâchoire 70 en translation selon l’axe A. La mâchoire 70 est mobile en rotation autour de l’axe A.
La deuxième mâchoire 73 comprend également un plateau circulaire central. Le carter et les deux mâchoires 70 et 73 sont fixes en translation les uns par rapport aux autres.
Une extrémité libre du premier pion 30a et une extrémité libre du deuxième pion 40a s’étendent dans un écart entre les deux mâchoires. Dans la configuration de la Figure 5, Un écart axial 31 existe entre le premier pion 30a et le deuxième pion 40a. Une liaison élastique, de préférence constituée d’un ou plusieurs ressorts, relie une extrémité de la première mâchoire et une extrémité de la deuxième mâchoire, de sorte que les mâchoires demeurent en position serrée sur le premier pion et sur le deuxième pion.
Le dispositif d’application d’effort comprend en outre un dispositif d’accouplement mécanique entre le deuxième pion 40a et le carter 4. Le dispositif d’accouplement comprend l’engrènement d’entrée 63 monté fixe en rotation autour de l’axe A par rapport au carter 4 et l’engrènement de sortie 62 monté fixe en rotation par rapport au deuxième pion 40a. Les deux engrènements sont mobiles en translation selon une direction parallèle à l’axe A.
A titre d’exemple, l’engrènement d’entrée 62 et l’engrènement de sortie 63 présentent ici une forme de couronne annulaire centrée sur l’axe A de l’arbre. L’engrènement d’entrée est à une position axiale située entre la mâchoire 73 et l’engrènement de sortie.
L’engrènement de sortie est, dans sa position non enclenchée à l’engrènement d’entrée, mobile en translation selon l’axe A et en rotation autour de l’axe A. Sous l’effet des moyens de serrage 7a, le deuxième pion 40a suit donc les mouvements de rotation du premier pion 30a autour de l’axe A lorsque les engrènements ne sont pas enclenchés.
L’engrènement de sortie 63 est fixe en rotation autour de l’axe A par rapport au carter 4. De plus, dans cet exemple, des moyens de rappel sont fixés d’une part au carter 4 ou à une pièce solidaire du carter, et d’autre part à un côté de l’engrènement de sortie 63 faisant face au carter 4. Les moyens de rappel sont ici deux ressorts 64. Les moyens de rappel tendent à ramener les engrènements dans une position engrainée.
Dans cet exemple, les moyens de solidarisation de l’engrènement d’entrée 63 et de l’engrènement de sortie 62 forment un crabot. L’un parmi l’engrènement d’entrée et l’engrènement de sortie peut comprendre au moins une dent, de préférence plusieurs, et l’autre engrènement comprend au moins autant de logements de forme et de dimensions complémentaires par rapport aux dents. Dans le mode avantageux où le dispositif d’application d’effort comprend un dispositif de débrayage pour permettre la sélection du point neutre de la loi d’effort, le nombre de dents est avantageusement élevé, de préférence supérieur à trois dents, et ces dents sont régulièrement réparties sur le périmètre de l’engrènement qui les porte pour permettre un réglage précis de ce point neutre.
Sur les Figures 4 et 5, on a représenté deux dents 65 de l’engrènement de sortie 62 et deux logements complémentaires 66 de l’engrènement d’entrée 63. Lorsque les engrènements d’entrée et de sortie sont rapprochés selon l’axe A, les dents s’engagent dans les logements complémentaires.
L’actionneur 6a et l’électro-aimant 5a sont configurés de sorte que, lorsque l’électro-aimant 5a sollicite l’actionneur 6a - dans la configuration de fonctionnement - l’un parmi l’engrènement d’entrée et l’engrènement de sortie soit sollicité dans un sens d’éloignement par rapport à l’autre engrènement. L’action magnétique de l’électro-aimant sur l’actionneur est suffisamment forte pour contrer la détente des ressorts 64.
Dans cet exemple, l’actionneur 6a comprend un matériau magnétique situé dans la couronne de l’engrènement d’entrée 63 et l’électro-aimant 5a est situé dans une pièce du carter 4 en regard de l’engrènement d’entrée 63. Les polarités du matériau magnétique et de l’électro-aimant sont les mêmes, de sorte que l’engrènement d’entrée 63 est attiré par l’électro-aimant.
On notera qu’en alternative, l’électro-aimant 5a peut être localisé sur l’engrènement de sortie. L’électro-aimant est alors à une position face à l’actionneur selon une direction parallèle à l’axe A.
Lorsque l’électro-aimant 5a ne sollicite pas l’actionneur 6a - dans la configuration de blocage de la Figure 5 - l’engrènement d’entrée 63 n’est pas attiré vers le carter et n’est pas éloigné de l’engrènement de sortie 62.
La position d’équilibre mécanique du dispositif d’accouplement est une position où l’engrènement d’entrée 63 engraine l’engrènement de sortie 62.
Ainsi, l’engrènement de sortie 62 bloque l’engrènement d’entrée 63, et donc le deuxième pion 40a, en rotation autour de l’axe A.
Séquence de fonctionnement du dispositif à point neutre non fixe
Dans une configuration en fonctionnement normal, par exemple en cours de vol de l’aéronef avec une alimentation électrique fonctionnelle, l’actionneur 6a est dans la position éloignée de la Figure 4. Le moteur de roulis 3a exerce de préférence un effort résistif s’opposant au mouvement de roulis imposé par le pilote sur le levier 1. Le deuxième pion 40a suit les mouvements de rotation du premier pion 30a (autrement dit, de l’arbre d’entraînement) autour de l’axe A.
En cas de panne, l’électro-aimant ne produit plus de champ magnétique particulier. Le dispositif d’application d’effort entre en configuration de blocage. Les moyens de solidarisation des engrènements d’entrée et de sortie entrent en prise. Le dispositif d’accouplement est craboté.
Le deuxième pion 40a est alors solidaire en rotation par rapport au carter Les moyens de serrage 7a tendent à aligner le premier pion 30a par rapport au deuxième pion 40a. L’arbre d’entraînement du moteur de roulis subit un effort résistif s’opposant à un mouvement de rotation du premier pion. Le premier pion 30a tend vers un point fixe aligné avec le deuxième pion 40a.
L’arbre d’entraînement étant couplé mécaniquement au levier de pilotage 1 par l’intermédiaire du joint mécanique 10, l’effort résistif tend à ramener le levier 1 vers un point neutre.
Par défaut, le point neutre dépend de la position du deuxième pion lors de l’inactivation de l’électro-aimant, position qui dépend elle-même de la position du levier 1 sur l’axe de roulis lors du déclenchement de la panne. Le point neutre correspond alors à la dernière position hors panne du deuxième pion 40a, même si cette dernière position ne correspond pas à une position centrale du levier.
Une loi d’effort est mise en œuvre par la voie de secours mécanique. Un avantage est de permettre l’obtention d’un point neutre non fixe pour le levier.
Dans le mode avantageux décrit ci-avant, un dispositif de débrayage permet de désengager en cours de panne les engrènements d’entrée et de sortie de manière contrôlée. Le point neutre du levier servant de référence pour la loi d’effort peut alors être différent de la position du levier lors du déclenchement de la panne, si le pilote a sélectionné ce point neutre après le déclenchement de la panne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, dans lequel le manche de pilotage comprend un levier (1 ) de commande relié à au moins un moteur (3a) comprenant un arbre d’entraînement, l’arbre d’entraînement étant mobile en rotation autour d’un axe (A), le dispositif d’application d’effort comprenant :
un premier pion (30a), relié à l’arbre,
un carter (4), configuré pour être fixe par rapport à l’aéronef, - un électro-aimant (5a),
un actionneur (6a) mobile par rapport au carter, ledit actionneur comprenant un matériau magnétique,
un dispositif d’accouplement comprenant un engrènement d’entrée (63), relié au carter, et un engrènement de sortie (62) configuré pour coopérer avec l’engrènement d’entrée,
ledit engrènement de sortie comprenant un deuxième pion (40a), des moyens de serrage (7a) du premier pion et du deuxième pion, lesdits moyens de serrage comprenant une première dent (71 ) et une deuxième dent (74) configurées pour serrer le premier pion et le deuxième pion, le dispositif d’application d’effort présentant une configuration de fonctionnement, dans laquelle l’électro-aimant (5a) est actif et l’engrènement de sortie est positionné à distance de l’engrènement d’entrée de sorte que le deuxième pion (40a) est mobile en rotation autour de l’axe (A), et une configuration de blocage, dans laquelle l’électro-aimant (5a) est inactif et l’engrènement de sortie est engrainé avec l’engrènement d’entrée de sorte à bloquer en rotation le deuxième pion (40a) par rapport au carter (4).
2. Dispositif d’application d’effort selon la revendication 1 , l’actionneur (6a) étant monté sur l’engrènement d’entrée (63).
3. Dispositif d’application d’effort selon la revendication 2, l’électro-aimant (5a) étant monté sur le carter (4), de sorte que l’actionneur (6a) est à une position axiale entre l’électro-aimant (5a) et l’engrènement de sortie (62) selon l’axe (A).
4. Dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant des moyens de rappel (64) comportant une première extrémité fixée au carter (4) et une deuxième extrémité fixée sur l’engrènement d’entrée (63), les moyens de rappel étant configurés pour déplacer l’engrènement d’entrée suivant l’axe (A).
5. Dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’un parmi l’engrènement d’entrée (63) et l’engrènement de sortie (62) comprend au moins une dent (65), l’autre parmi l’engrènement d’entrée (63) et l’engrènement de sortie comprenant au moins un logement complémentaire (66), la dent étant configurée pour pénétrer dans le logement complémentaire en configuration de blocage.
6. Dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de serrage comportent une première mâchoire (70) et une deuxième mâchoire (73), le dispositif comprenant en outre une liaison élastique en compression, telle qu’un ressort de compression, reliant la première mâchoire et la deuxième mâchoire de sorte à solliciter la première dent (71 ) et la deuxième dent (74) contre le premier pion (30a) et le deuxième pion (40a) en configuration de fonctionnement.
7. Dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre un capteur (11 a) de déplacement angulaire configuré pour acquérir une mesure de déplacement angulaire de l’arbre.
8. Dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant en outre une pièce d’amortissement (14a) s’étendant sur une surface de contact (31 ) entre le premier pion (30a) et le deuxième pion (40a).
9. Dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un dispositif de débrayage (16a) configuré pour désengager l’engrènement d’entrée (62) et l’engrènement de sortie (63), ledit dispositif (16a) comprenant un deuxième circuit d’alimentation distinct d’un circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant (5a), afin de permettre un désengagement desdits engrènements alors que le circuit d’alimentation standard de l’électro-aimant est défaillant.
10. Manche de pilotage d’un aéronef comprenant un levier de commande
(1 ), comprenant au moins un moteur (3a) qui présente un arbre d’entraînement, l’arbre d’entraînement étant mobile en rotation autour d’un axe (A), le manche comprenant en outre un dispositif d’application d’effort selon l’une des revendications 1 à 9 par moteur.
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