WO2010112513A1 - Système de commande de vol pour aéronef, comportant une biellette pourvue de capteur - Google Patents

Système de commande de vol pour aéronef, comportant une biellette pourvue de capteur Download PDF

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Bruno Tilly
François Guillot
Jérôme Piaton
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/101—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using sensors inserted into the flexible member

Definitions

  • Flight control system for an aircraft comprising a link provided with a sensor
  • the present invention relates to a control system, for example an aircraft flight control system intended for example for controlling the control surfaces of the aircraft.
  • Such a control system comprises a transmission chain whose elements are arranged and connected to each other so as to transmit the movements of a steering member, such as the handle, to the control surfaces.
  • One of the transmission elements is for example a force transmission link actuating a hydraulic assist servovalve.
  • the transmission chain further comprises a spring allowing a force feedback that is perceptible via the handle by the pilot and proportional to the force exerted by the latter on the handle.
  • strain gauges on the transmission rod to measure the forces exerted on it.
  • strain gauges must be glued directly to the rod to ensure their function and this method of attachment does not provide sufficient reliability and durability in certain applications, including aeronautics.
  • An object of the invention is to at least partially overcome the aforementioned drawbacks.
  • a control system particularly for aircraft flight, comprising a transmission chain with a transmission link, the link having a body having at least one housing end slidably receiving a coupling rod of the rod to an adjacent element of the transmission chain, the housing being closed by a test member, elastically deformable, which is traversed by the rod and which has a periphery internal member attached to the rod and an outer periphery attached to a wall defining the end housing, and in the end housing is received at least one relative displacement sensor of the rod and the body.
  • the test organ is the element whose stiffness makes it possible to report the amplitude of the displacement of the rod
  • the test member performs a second function, namely closing the housing receiving the sensor, so that it limits the placing in the presence of the sensor with ambient humidity or dust and other dirt whose accumulation could lead to sensor malfunction.
  • the rod comprises two end housings which each receive a sensor and a coupling rod and which are each closed by a test member.
  • the test member comprises an inner ring and an outer ring coaxial with each other and connected to one another by an annular elastically deformable web, the inner ring being mounted on the rod and the outer ring being mounted in the housing wall.
  • test organ thus has a simple structure.
  • the test member comprises at least one rigid annular wall extending parallel to the web having an outer periphery forming a lateral stop at a relative displacement of the outer ring relative to the inner ring and, advantageously, the test member comprises two rigid annular walls extending on either side of the web.
  • the wall of the housing belongs to a cartridge which is received with a radial clearance in a cavity formed in one end of the body and which has an end fixed to the body in the vicinity of the test member.
  • the force exerted on the test member by the rod is transmitted to the body via the cartridge at the fixed end thereof while the rest of the cartridge is not subjected to this effort.
  • the sensor is thus preserved from this effort limiting the mechanical stresses to which it is subjected. Constraints related to mounting and differential expansion are also limited.
  • FIG. 1 is a schematic view of the transmission chain of the control system according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic view in longitudinal section of the rod of the invention
  • FIG. 3 is an enlarged view of zone III of FIG.
  • the control system comprises a force transmission chain which comprises a handle 1 connected to an electric motor 2 by a link 3.
  • the electric motor 2 operates directly or indirectly (via a linkage for example) at least one rudder 23 and is connected to a control unit 4.
  • the control unit 4 is arranged and programmed to control the engine 2 in such a way that the latter performs the functions of assistance to the actuation control surfaces, back force to the pilot and compensator (or "trim" in English) for adjusting the neutral position of the handle (position in which the handle remains without action of the driver).
  • the linkage, the control unit 4 and the electric motor 3 are known in themselves and will not be more detailed here.
  • the link 3 comprises a tubular body 5 having two end portions in each of which a cartridge 6 is mounted.
  • Each cartridge 6 is delimited by a cylindrical wall and has an end 7 fixed to the edge of the end portion. corresponding to the body 5 while the rest of the cartridge 6 is received with a radial clearance in the body 5.
  • the cartridge 6 is fixed so as to be immobilized axially and radially with respect to the body 5. This attachment can be made in a removable manner or not, for example by screwing, keying, welding, crimping, bolting ...
  • Each cartridge 6 delimits a housing 8 receiving a coupling rod 9, a test member 10 and sensors 11.
  • Each rod d hitch 9 is slidably received in the housing 8 of the cartridge 6 and has here an end provided with an eye for coupling to an adjacent element of the transmission chain and a smooth end slidably received in a guide bearing m - swam in a bottom wall 12 of the cartridge 6.
  • Each test member 10 comprises an inner ring 13 and an outer ring 14 coaxial with each other and connected to one another by an annular web 15 and elastically deformable.
  • the inner ring 13 is fixed on the coupling rod 9 and the outer ring 14 is fixed in the end 7 of the cartridge 6 so that each test member closes the housing 8 of the cartridge 6 in which it is mounted .
  • the inner and outer rings 13 are fixed axially with respect to the coupling rod 9 and to the cartridge 6 respectively.
  • This attachment can be made in a manner that can be dismounted or not, for example by screwing, keying, welding, crimping, bolting, etc. Additional sealing means can also be provided between, on the one hand, the inner and outer rings. and, on the other hand, the coupling rod 9 and the cartridge 6 respectively, depending on the quality of the desired seal.
  • the web 15 is sized to transmit an axial force of the outer ring 14 to the inner ring 13 and vice versa so that a given value force causes a predetermined relative displacement of the inner ring 13 and the outer ring 14.
  • L test means thus makes it possible to introduce a fixed and predetermined correspondence between the relative displacement and the effort that provoked it.
  • Each test member 10 further comprises two annular and rigid side walls 16, extending parallel to the web 15, on either side thereof, having an inner periphery integral with the inner ring 13 and a external periphery 17 forming a lateral stop at a relative displacement of the outer ring 14 relative to the inner ring 13.
  • the outer perimeters 17 of the side walls 16 extend on each side of the outer ring 14 to contact the latter in case deterioration of the veil 15.
  • the sensors 11 are linear differential transformers (or LVDTs for Linear Variable Differential Transformers) which are known per se and which comprise an annular magnetic core which is fixed on the coupling rod 9 and a magnetic ring core 19. integral with the cartridge 6.
  • a measuring winding 20 extends around the magnetic core 18 and is connected to connectors 21 opening out of the body 5 to be connected via electrical conductors 22 to the control unit 4.
  • the coupling rod 9 and the cartridge 6 are made of identical materials or having the same coefficient of thermal expansion to prevent a dilation differential falsify the measurements.
  • control unit 4 signals representative of the relative displacement that are provided by the sensors 11 is known in itself and is not detailed here.
  • the link may comprise only one sensor or two sensors on the same side or a sensor at each end, or three or more sensors.
  • the housing 8 can be made directly in the body 5.
  • the cartridge 6 can be fixed differently in the body 5, for example over its entire length.
  • control system for example the control of steering members of a rolling or floating vehicle.

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Abstract

Système de commande, notamment de vol pour aéronef, comprenant une chaîne de transmission avec une biellette (3) de transmission d'effort, la biellette comportant un corps (5) ayant au moins un logement (8) d'extrémité recevant à coulissement une tige d'attelage (9) de la biellette à un élément adjacent de la chaîne de transmission, le logement étant obturé par un organe d'épreuve (10), déformable élastiquement, qui est traversé par la tige et qui a un pourtour interne fixé à la tige et un pourtour externe fixé à une paroi délimitant le logement d'extrémité, et dans le logement d'extrémité est reçu au moins un capteur (11) de déplacement relatif de la tige et du corps.

Description

Système de commande de vol pour aéronef, comportant une biellette pourvue de capteur
La présente invention concerne un système de com- mande, par exemple un système de commande de vol pour aéronef destiné par exemple à la commande des gouvernes de 1' aéronef .
Un tel système de commande comprend une chaîne de transmission dont les éléments sont agencés et reliés les uns aux autres de manière à transmettre les mouvements d'un organe de pilotage, comme le manche, aux gouvernes. Un des éléments de transmission est par exemple une biellette de transmission d'effort actionnant une servovalve d'assistance hydraulique. La chaîne de transmission com- prend en outre un ressort permettant un retour de force qui soit perceptible via le manche par le pilote et proportionnel à l'effort exercé par ce dernier sur le manche .
Il a été envisagé d'utiliser un moteur électrique pour à la fois servir de compensateur, remplacer la servovalve et le ressort. La servovalve étant supprimée, le moteur doit alors assurer la fonction d'assistance requise. La commande du moteur électrique à ces fins nécessite de disposer de mesures des efforts exercés par le pilote sur le manche.
Un moyen d'obtenir de telles mesures est de fixer des jauges de contrainte sur la biellette de transmission pour mesurer les efforts exercés sur celle-ci. Toutefois, de telles jauges de contrainte doivent être collées di- rectement sur la biellette pour assurer leur fonction et ce mode de fixation ne présente par des gages de fiabilité et de durabilité suffisants dans certaines applications, notamment aéronautiques.
Il est également connu de ménager dans le corps de la biellette des zones élastiquement déformables auto- risant un déplacement relatif de deux portions du corps de la biellette qui sont associées à un élément de détection de ce déplacement. La structure des dispositifs connus ne permet pas de protéger de manière simple et ef- ficace le capteur des agressions extérieures.
Un but de l'invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients précités.
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un système de commande, notamment de vol pour aéronef, com- prenant une chaîne de transmission avec une biellette de transmission d'effort, la biellette comportant un corps ayant au moins un logement d'extrémité recevant à coulis- sement une tige d'attelage de la biellette à un élément adjacent de la chaîne de transmission, le logement étant obturé par un organe d'épreuve, déformable élastiquement, qui est traversé par la tige et qui a un pourtour interne fixé à la tige et un pourtour externe fixé à une paroi délimitant le logement d'extrémité, et dans le logement d'extrémité est reçu au moins un capteur de déplacement relatif de la tige et du corps.
L'organe d'épreuve est l'élément dont la raideur permet de rapporter l'amplitude du déplacement de la tige
(par rapport au corps) à l'effort exercé sur la tige.
L'organe d'épreuve assure une deuxième fonction, à savoir obturer le logement recevant le capteur, de manière qu'il limite la mise en présence du capteur avec l'humidité ambiante ou des poussières et autres saletés dont l'accumulation pourrait entraîner un dysfonctionnement du capteur . De préférence, la biellette comporte deux logements d'extrémité qui reçoivent chacun un capteur et une tige d' attelage et qui sont obturés chacun par un organe d' épreuve .
Il est ainsi prévu une redondance des éléments de mesure limitant le risque d'une défaillance totale du système de mesure.
Selon un mode de réalisation particulier, l'organe d'épreuve comprend une bague interne et une bague externe coaxiales l'une à l'autre et reliées l'une à l'autre par un voile annulaire élastiquement déformable, la bague interne étant montée sur la tige et la bague externe étant montée dans la paroi du logement.
L'organe d'épreuve a ainsi une structure simple. De préférence, l'organe d'épreuve comprend, au moins une paroi annulaire rigide s' étendant parallèlement au voile en ayant un pourtour externe formant une butée latérale à un déplacement relatif de la bague externe par rapport à la bague interne et, avantageusement, l'organe d'épreuve comprend deux parois annulaires rigides s' étendant de part et d'autre du voile.
Ainsi, si le voile venait à casser, les butées assureraient la transmission de l'effort permettant à la biellette d'assurer sa fonction en maintenant la continuité de la chaîne de transmission. Selon une caractéristique particulière, la paroi du logement appartient à une cartouche qui est reçue avec un jeu radial dans une cavité ménagée dans une des extrémités du corps et qui a une extrémité fixée au corps au voisinage de l'organe d'épreuve. L'effort exercé sur l'organe d'épreuve par la tige est transmis au corps via la cartouche au niveau de l'extrémité fixée de celle-ci tandis que le reste de la cartouche n'est pas soumis à cet effort. Le capteur est de la sorte préservé de cet effort limitant les contrain- tes mécaniques subies par celui-ci. Les contraintes liées au montage et aux dilatations différentielles sont également limitées.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limita- tif de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue schématique de la chaîne de transmission du système de commande conforme à 1' invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale de la biellette de l'invention,
- la figure 3 est une vue agrandie de la zone III de la figure 2.
En référence aux figures, le système de commande conforme à l'invention comprend une chaîne de transmission d'effort qui comporte un manche 1 relié à un moteur électrique 2 par une biellette 3. Le moteur électrique 2 actionne directement ou indirectement (par une tringlerie par exemple) au moins une gouverne 23 et est relié à une unité de commande 4. L'unité de commande 4 est agencée et programmée pour commander le moteur 2 de telle manière que celui-ci exerce les fonctions d'assistance à l' actionnement des gouvernes, de retour d'effort vers le pilote et de compensateur (ou « trim » en anglais) permettant le réglage de la position neutre du manche (position dans laquelle le manche reste sans action du pilote). La tringlerie, l'unité de commande 4 et le moteur électrique 3 sont connus en eux- mêmes et ne seront pas plus détaillés ici.
La biellette 3 comporte un corps 5, tubulaire, ayant deux portions d'extrémité dans chacune desquelles est montée une cartouche 6. Chaque cartouche 6 est déli- mitée par une paroi cylindrique et possède une extrémité 7 fixée au bord de la portion d'extrémité correspondante du corps 5 tandis que le reste de la cartouche 6 est reçu avec un jeu radial dans le corps 5. La cartouche 6 est fixée de manière à être immobilisée axialement et radia- lement par rapport au corps 5. Cette fixation peut être réalisée de manière démontable ou non par exemple par vissage, clavetage, soudage, sertissage, boulonnage... Chaque cartouche 6 délimite un logement 8 recevant une tige d'attelage 9, un organe d'épreuve 10 et des capteurs 11. Chaque tige d'attelage 9 est reçue à coulissement dans le logement 8 de la cartouche 6 et possède ici une extrémité pourvue d'un œil pour son attelage à un élément adjacent de la chaîne de transmission et une extrémité lisse reçue à coulissement dans un palier de guidage mé- nagé dans une cloison de fond 12 de la cartouche 6.
Chaque organe d'épreuve 10 comprend une bague interne 13 et une bague externe 14 coaxiales l'une à l'autre et reliées l'une à l'autre par un voile 15 annulaire et élastiquement déformable. La bague interne 13 est fixée sur la tige d'attelage 9 et la bague externe 14 est fixée dans l'extrémité 7 de la cartouche 6 de sorte que chaque organe d'épreuve obture le logement 8 de la cartouche 6 dans laquelle il est monté. Les bagues interne 13 et externe 14 sont fixées de manière à être im- mobilisées axialement par rapport à la tige d'attelage 9 et à la cartouche 6 respectivement. Cette fixation peut être réalisée de manière démontable ou non par exemple par vissage, clavetage, soudage, sertissage, boulonnage... Des moyens additionnels d'étanchéité peuvent en outre être prévu entre, d'une part, les bagues interne 13 et externe 14 et, d'autre part, la tige d'attelage 9 et la cartouche 6 respectivement, en fonction de la qualité de l'étanchéité souhaitée.
Le voile 15 est dimensionné pour transmettre un effort axial de la bague externe 14 vers la bague interne 13 et inversement de telle manière qu'un effort de valeur donnée entraîne un déplacement relatif prédéterminé de la bague interne 13 et de la bague externe 14. L'organe d'épreuve permet ainsi d'introduire une correspondance fixe et prédéterminée entre le déplacement relatif et l'effort l'ayant provoqué.
Chaque organe d'épreuve 10 comprend en outre deux parois latérales 16, annulaires et rigides, s' étendant parallèlement au voile 15, de part et d'autre de celui- ci, en ayant un pourtour interne solidaire de la bague interne 13 et un pourtour externe 17 formant une butée latérale à un déplacement relatif de la bague externe 14 par rapport à la bague interne 13. Les pourtours externes 17 des parois latérales 16 s'étendent de chaque côté de la bague externe 14 pour contacter celle-ci en cas de détérioration du voile 15.
Les capteurs 11 sont des transformateurs différentiels linéaires (ou LVDT pour « Linear Variable Différentiel Transformer ») qui sont connus en eux-mêmes et qui comprennent un noyau magnétique 18 annulaire qui est fixé sur la tige d'attelage 9 et un noyau magnétique 19 annulaire solidaire de la cartouche 6. Un enroulement de mesure 20 s'étend autour du noyau magnétique 18 et est relié à des connecteurs 21 débouchant à l'extérieur du corps 5 pour être reliés via des conducteurs électriques 22 à l'unité de commande 4.
On notera que la tige d' attelage 9 et la cartouche 6 sont réalisées dans des matériaux identiques ou ayant le même coefficient de dilatation thermique afin d'éviter qu'un différentiel de dilatation ne viennent fausser les mesures.
L'exploitation, par l'unité de commande 4, des signaux représentatifs du déplacement relatif qui sont fournis par les capteurs 11 est connue en elle-même et n'est pas détaillée ici.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. La biellette peut ne comprendre qu'un capteur ou deux capteurs disposés du même côté ou un capteur à chaque extrémité, ou bien encore trois capteurs ou plus de quatre .
Le logement 8 peut être réalisé directement dans le corps 5.
La cartouche 6 peut être fixée différemment dans le corps 5, par exemple sur toute sa longueur.
D'autres applications du système de commande sont envisageables et par exemple la commande d'organes de di- rection d'un véhicule roulant ou flottant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de commande, notamment de vol pour aéronef, comprenant une chaîne de transmission avec une biel- lette (3) de transmission d'effort, caractérisé en ce que la biellette comporte un corps (5) ayant au moins un logement (8) d'extrémité recevant à coulissement une tige d'attelage (9) de la biellette à un élément adjacent de la chaîne de transmission, le logement est obturé par un organe d'épreuve (10), déformable élastiquement, qui est traversé par la tige et qui a un pourtour interne fixé à la tige et un pourtour externe fixé à une paroi délimitant le logement d'extrémité, et en ce que dans le logement d'extrémité est reçu au moins un capteur (11) de déplacement relatif de la tige et du corps.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel la biellette (3) comporte deux logements d'extrémité (8) qui reçoivent chacun un capteur (11) et une tige d'attelage (9) et qui sont obturés chacun par un organe d'épreuve (10) .
3. Système selon la revendication 1, dans lequel l'organe d'épreuve (10) comprend une bague interne (13) et une bague externe (14) coaxiales l'une à l'autre et reliées l'une à l'autre par un voile annulaire (15) élastiquement déformable, la bague interne étant montée sur la tige (9) et la bague externe étant montée dans la paroi du logement
(8) .
4. Système selon la revendication 3, dans lequel l'organe d'épreuve (10) comprend, au moins une paroi annulaire rigide (16) s' étendant parallèlement au voile (15) en ayant un pourtour externe formant une butée latérale à un déplacement relatif de la bague externe (14) par rapport à la bague interne (13) .
5. Système selon la revendication 4, dans lequel l'organe d'épreuve (10) comprend deux parois annulaires rigides (16) s' étendant de part et d'autre du voile (15) .
6. Système selon la revendication 3, dans lequel la paroi du logement (8) appartient à une cartouche (6) qui est reçue avec un jeu radial dans une cavité ménagée dans une des extrémités du corps (5) et qui a une extrémité fixée au corps au voisinage de l'organe d'épreuve (10).
7. Système selon la revendication 1, dans lequel le capteur (11) comprend un transformateur différentiel linéaire comportant au moins un enroulement fixé à la tige
(9) ou à la paroi du logement (8) et un noyau fixé à la paroi du logement ou à la tige.
8. Système selon la revendication 1, dans lequel le logement d'extrémité (8) reçoit au moins deux capteurs (11) •
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