Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Actionneur linéaire télescopique double action à système d'entraînement à
moteur unique
La présente invention se rapporte à un système d'entraînement
pour un actionneur linéaire télescopique double action destiné à permettre
le déplacement d'un premier et d'un second éléments relativement à un
élément fixe, ces trois éléments appartenant en particulier à un inverseur
de poussée pour nacelle de turboréacteur tel que décrit par exemple dans
la demande de brevet français non encore publiée et enregistrée sous le n
06.05512 au nom de la demanderesse.
Un avion est mû par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans
une nacelle abritant également un ensemble de dispositifs d'actionnement
annexes liés à son fonctionnement et assurant diverses fonctions lorsque
le turboréacteur est en fonctionnement ou à l'arrêt. Ces dispositifs
d'actionnement annexes comprennent notamment un système mécanique
d'actionnement d'inverseurs de poussée.
Une nacelle présente généralement une structure tubulaire
comprenant une entrée d'air en amont du turboréacteur, une section
médiane destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section
aval abritant des moyens d'inversion de poussée et destinée à entourer la
chambre de combustion du turboréacteur, et est généralement terminée
par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en aval du turboréacteur.
Les nacelles modernes sont destinées à abriter un turboréacteur
double flux apte à générer par l'intermédiaire des pâles de la soufflante en
rotation un flux d'air chaud (également appelé flux primaire) issu de la
chambre de combustion du turboréacteur, et un flux d'air froid (flux
secondaire) qui circule à l'extérieur du turboréacteur à travers un passage
annulaire, également appelé veine, formé entre un carénage du
turboréacteur et une paroi interne de la nacelle. Les deux flux d'air sont
éjectés du turboréacteur par l'arrière de la nacelle.
Le rôle d'un inverseur de poussée est, lors de l'atterrissage d'un
avion, d'améliorer la capacité de freinage de celui-ci en redirigeant vers
l'avant au moins une partie de la poussée générée par le turboréacteur.
Dans cette phase, l'inverseur obstrue la veine du flux froid et dirige ce
dernier vers l'avant de la nacelle, générant de ce fait une contre-poussée
qui vient s'ajouter au freinage des roues de l'avion.
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Les moyens mis en oeuvre pour réaliser cette réorientation du
flux froid varient suivant le type d'inverseur. Cependant, dans tous les cas,
la structure d'un inverseur comprend des capots mobiles déplaçables entre,
d'une part, une position déployée dans laquelle ils ouvrent dans la nacelle
un passage destiné au flux dévié, et d'autre part, une position
d'escamotage dans laquelle ils ferment ce passage. Ces capots peuvent
remplir une fonction de déviation ou simplement d'activation d'autres
moyens de déviation.
Dans le cas d'un inverseur à grilles, également connu sous le
nom d'inverseur à cascade, la réorientation du flux d'air est effectuée par
des grilles de déviation, le capot n'ayant qu'une simple fonction de
coulissement visant à découvrir ou recouvrir ces grilles, la translation du
capot mobile s'effectuant selon un axe longitudinal sensiblement parallèle à
l'axe de la nacelle. Des portes de blocage complémentaires, activées par le
coulissement du capotage, permettent généralement une fermeture de la
veine en aval des grilles de manière à optimiser la réorientation du flux
froid.
Outre sa fonction d'inversion de poussée, le capot coulissant
appartient à la section arrière et présente un côté aval formant une tuyère
d'éjection visant à canaliser l'éjection des flux d'air. Cette tuyère peut
venir
en complément d'une tuyère primaire canalisant le flux chaud et est alors
appelée tuyère secondaire.
Le document FR 06.05512 répond aux problèmes d'adaptation
de la section de la tuyère aux diverses phases de vol rencontrées, en
particulier les phases de décollage et d'atterrissage de l'avion.
Ce document FR 06.05512 décrit (voir les figures 1 et 2 du
dessin en annexe) un inverseur de poussée comprenant, d'une part, des
grilles de déviation 11 d'au moins une partie d'un flux d'air du
turboréacteur, et d'autre part, au moins un capot 10 mobile en translation
selon une direction sensiblement longitudinale de la nacelle apte à passer
alternativement d'une position de fermeture dans laquelle il assure la
continuité aérodynamique de la nacelle et couvre les grilles de déviation
il, à une position d'ouverture dans laquelle il ouvre un passage dans la
nacelle et découvre les grilles de déviation 11.
Le capot mobile 10 comprend une partie externe 10a et une
partie interne 10b montées chacune mobile en translation et reliées à un
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vérin d'actionnement télescopique 30 apte à permettre leur translation
longitudinale (voir figure 2). La partie externe 10a (côté aval du capot 10)
forme une tuyère d'éjection visant à canaliser l'éjection des flux d'air.
En divisant le capot mobile 10 en une partie interne 1 Ob et une
partie externe 10a déplaçables au moins partiellement indépendamment
l'une par rapport à l'autre, il est possible d'adapter aux conditions de vol
les positions relatives de la partie externe 10a et de la partie interne 10b
de manière à faire varier la section de la tuyère d'éjection formée par le
capot mobile 10 en faisant varier la longueur de la ligne aérodynamique
interne du capot mobile 10, à la fois lorsque le capot mobile 10 est en
position de fermeture et recouvre les grilles de déviation 11, et lorsque le
capot mobile 10 est en position d'ouverture.
Le vérin télescopique 30 possède une première tige 30b pour
déplacer la partie interne 1 Ob et une deuxième tige 30a montée coulissante
dans la première tige 30b pour déplacer la partie externe 10a de capot. Le
rattachement de la partie interne 1Ob à la première tige 30b est réalisé par
l'intermédiaire d'oeillets oblongs 32 disposés de part et d'autre de la tige
30b, de manière à réduire le porte à faux du point de rattachement et
éviter toute contrainte d'hyperstaticité dans l'alignement des trois points
d'attache du vérin 30 au cadre avant fixe et aux parties externe 10a et
interne 1 Ob du capot mobile.
Cette solution est satisfaisante pour un vérin pneumatique ou
hydraulique qui dispose de suffisamment de puissance disponible pour
compenser la survenue d'efforts de frottement parasites entre les deux
tiges de vérin 30a et 30b, dus à un mauvais alignement.
En revanche, pour un vérin électrique, des efforts de frottement
parasites restent dommageables car la nécessité d'augmenter la puissance
disponible pour surmonter ces frottements se traduit alors par un
surdimensionnement du moteur électrique de commande du vérin, ce qui
affecte la masse, l'encombrement et donc le coût de l'ensemble.
Par ailleurs, un vérin électrique double effet présente
généralement des difficultés d'actionnement. En effet, la deuxième tige
étant mobile par rapport à la base du vérin, il est difficile de regrouper les
moyens d'actionnement dans ladite base du vérin et la deuxième tige doit
généralement être équipée de son propre moteur, qui sera donc également
mobile.
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Ces problèmes ont été résolus en proposant un actionneur
linéaire télescopique pour déplacer un premier et un second éléments
relativement à un élément fixe, comprenant une base, destinée à être
rattachée à l'élément fixe, et servant de logement à une première tige
bloquée en rotation et apte à être entraînée en translation par
l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement destiné à être relié à des moyens
d'entraînement en rotation, la première tige étant destinée à être rattachée
par une extrémité au premier élément à déplacer, la première tige
supportant une deuxième tige disposée dans le prolongement de celle-ci et
destinée à être rattachée par une extrémité au deuxième élément à
déplacer, ladite deuxième tige étant apte à être bloquée en rotation et
entraînée en translation par l'intermédiaire d'un deuxième arbre traversant
la base et relié à des moyens d'entraînement en rotation
Une telle disposition permet de regrouper les moyens
d'actionnement des deux tiges de l'actionneur dans la base de ce dernier.
La présente invention vise à fournir un système d'actionnement
simple et fiable permettant l'actionnement des deux tiges par un seul
moteur.
Par ailleurs, ce système d'entraînement doit permettre un
contrôle des parties mobiles en accord avec l'application aéronautique
envisagée, à savoir qu'une section de tuyère variable est généralement
commandée lorsque l'inverseur de poussée est verrouillé en position de
fermeture, la tuyère variable étant réciproquement dans une position de
déploiement maximum lorsque l'inverseur de poussée est déployée.
Pour ce faire, la présente invention se rapporte à un actionneur
linéaire télescopique pour déplacer un premier et un second éléments
relativement à un élément fixe, comprenant une base, destinée à être
rattachée à l'élément fixe, et servant de logement à une première tige
bloquée en rotation et apte à être entraînée en translation par
l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement destiné à être relié à des moyens
d'entraînement en rotation, la première tige étant destinée à être rattachée
par une extrémité au premier élément à déplacer, la première tige
supportant une deuxième tige disposée dans le prolongement de celle-ci et
destinée à être rattachée par une extrémité au deuxième élément à
déplacer, ladite deuxième tige étant apte à être bloquée en rotation et
entraînée en translation par l'intermédiaire d'un deuxième arbre
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d'entraînement traversant la base et relié à des moyens d'entraînement en
rotation, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement des tiges
comprennent un moteur apte à entraîner un arbre d'entrée d'au moins un
différentiel, ledit différentiel présentant, d'une part, un premier arbre de
5 sortie lié à l'un des premier ou deuxième arbres d'entraînement, et d'autre
part, un deuxième arbre de sortie lié quant à lui au deuxième ou premier
arbre d'entraînement.
Par différentiel, on entend tout moyen mécanique permettant de
distribuer une vitesse d'entraînement à une pluralité d'axes de sortie par
répartition de l'effort cinématique.
Ainsi, en entraînant les tiges de l'actionneur par l'intermédiaire
d'un différentiel, il est possible de déplacer l'une ou l'autre des parties
mobiles par un unique moyen moteur.
Avantageusement, les arbres de sortie du différentiel sont
associés à des moyens de blocage en rotation indépendants. Une telle
configuration permet un contrôle des déplacements de l'une ou de l'autre
des parties mobiles pouvant être contrôlés par le verrouillage ou freinage
des arbres.
Avantageusement encore, le blocage en rotation d'au moins un
arbre de sortie est obtenu par blocage en translation de la tige
correspondante. En effet, le blocage des arbres peut être avantageusement
obtenu par le blocage des tiges à l'aide des moyens de verrouillage propres
à ces dernières. Ainsi, dans le cas d'un inverseur de poussée, le capot
mobile est associé à trois verrous assurant sa position fermée ou
ouverture. Ces verrous permettent alors également le blocage en rotation
de l'arbre, même de manière indirecte.
De manière avantageuse, au moins un arbre de sortie comprend
au moins un étage de réduction.
Préférentiellement, au moins un arbre de sortie est équipé de
moyens d'entraînement manuels.
De manière avantageuse, les deux arbres de sorties sont
concentriques.
De manière avantageuse, le différentiel est réalisé sous la forme
d'un train épicycloïdal.
La présente invention se rapporte également à un inverseur de
poussée pour nacelle de turboréacteur comprenant, d'une part, des
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moyens de déviation d'au moins une partie d'un flux d'air du
turboréacteur, et d'autre part, au moins un capot mobile en translation
selon une direction sensiblement parallèle à un axe longitudinal de la
nacelle apte à passer alternativement d'une position de fermeture dans
laquelle il assure la continuité aérodynamique de la nacelle et couvre les
moyens de déviation, à une position d'ouverture dans laquelle il ouvre un
passage dans la nacelle et découvre les moyens de déviation, le capot
mobile comprenant au moins une partie extrême formant tuyère ladite
partie étant montée mobile en translation par rapport au reste du capot,
caractérisé en ce qu'il comprend également un actionneur selon l'invention
permettant le déplacement du capot mobile et de la tuyère.
La mise en oeuvre de l'invention sera mieux comprise à l'aide de
la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin
annexé.
La figure 1 (déjà commentée) est une vue partielle schématique
en coupe longitudinale d'un inverseur de poussée selon l'art antérieur,
équipé d'un capot mobile séparé en une partie interne et une partie externe
déplaçables l'une par rapport à l'autre.
La figure 2 (déjà commentée) représente un vérin télescopique
d'actionnement des parties interne et externe de capot de type
pneumatique ou hydraulique selon l'art antérieur pour l'actionnement de
l'inverseur de poussée formant tuyère variable de la figure 1.
La figure 3 représente schématiquement un exemple
d'actionneur linéaire télescopique double action, applicable à un inverseur
de poussée du type illustré sur les figures 1 et 2 pour le déplacement des
parties interne et externe de son capot mobile.
La figure 4 est une représentation de l'actionneur de la figure 3
équipé d'un système d'entraînement différentiel selon l'invention.
L'actionneur linéaire télescopique illustré sur la figure 3 vise à
permettre de déplacer un premier élément - ici, la partie interne 10b de
capot des figures 1 et 2 - et un second élément - ici, la partie externe 1Oa
de capot - relativement à un élément fixe, ici un cadre avant fixe 102 de
l'inverseur de poussée.
L'actionneur comprend une base 101 de forme générale
tubulaire, prévue pour être rattachée au cadre avant fixe 102 par un
cardan 103.
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Un tube 106 tubulaire, formant une première tige de
l'actionneur télescopique, prévu pour être rattaché à une extrémité, par un
cardan 108, à la partie interne 10b, est monté mobile en translation axiale
mais bloqué en rotation par le cardan 108.
Une vis d'entraînement 104 de type vis à billes est monté
mobile en rotation dans le tube 106 qu'elle entraîne en translation.
De premiers moyens motorisés électriques d'entraînement 107
sont prévus pour entraîner en rotation la vis d'entraînement 104 de
manière à déployer le tube 106 hors de la base 101 ou le rétracter dans
cette dernière.
Une glissière tubulaire 111 est montée mobile en rotation dans
la vis d'entraînement 104.
Une première tige 112, liée en translation axiale avec le
fourreau 106, est montée mobile en translation axiale dans la glissière
tubulaire 111.
De seconds moyens motorisés électriques d'entraînement 113
sont prévus pour entraîner en rotation la glissière 111.
Le tube 117, constituant une deuxième tige de l'actionneur
télescopique, mobile en translation mais bloqué en rotation, est rattaché
par une extrémité 118 à la partie externe 1 Oa de capot.
Selon l'invention, les moyens d'entraînement comprennent un
unique moteur M électrique apte à entraîner un axe 210 constituant un axe
d'entrée d'un train épicycloïdal 206.
Le mouvement de rotation animant l'axe d'entrée 210 est
ensuite distribué par le train épicycloïdal, d'une part, à un premier arbre de
sortie 203 lié au premier arbre d'entraînement 104, et d'autre part, à un
deuxième arbre de sortie 207 par l'intermédiaire de planétaires 204, le
deuxième arbre de sortie 207 étant apte à entraîner le fourreau 111,
éventuellement par l'intermédiaire d'un étage de réduction.
Le train épicycloïdal 206 intègre également des moyens
d'entraînement manuels 221, 222 permettant l'entraînement,
éventuellement par le branchement d'un moteur électrique externe ou d'un
outil adapté, respectivement du premier arbre de sortie 203, et du
deuxième arbre de sortie 207.
En fonctionnement, quand le mobile A est bloqué en translation,
ou quand l'arbre d'entraînement 104 du mobile A, est directement bloqué
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en rotation, le mouvement d'entraînement de l'arbre d'entrée 210 par le
moteur M entraîne en rotation le train épicycloïdal 206 qui fait tourner
autour de leurs axes les planétaires 204. Le mouvement de rotation d'un
des planétaires 204 est transmis au deuxième arbre de sortie 207 qui
entraîne le fourreau 1 1 1 en rotation.
La rotation du fourreau 111 est transmise comme
précédemment à l'arbre 112, et le mobile B, bloqué en rotation, est animé
d'un mouvement de translation correspondant.
Réciproquement, quand le mobile B est bloqué en translation ou
quand le deuxième arbre de sortie 207 est bloqué en rotation, par exemple
par un frein 213 disposé sur la chaîne de transmission du moyen
d'entraînement manuel correspondant 222, le mouvement d'entraînement
de l'arbre d'entrée 210 par le moteur M entraîne en rotation le train
épicycloïdal 206 qui reste solidaire des planétaires 204 (ceux-ci étant
également bloqués en rotation en raison du blocage du deuxième arbre de
sortie), l'ensemble des planétaires 204 entraînant alors le premier arbre
203 dont le mouvement de rotation est transmis au premier arbre
d'entraînement 204 et transformé comme précédemment expliqué en
mouvement de translation du mobile A.
L'ouverture manuelle suit sensiblement le même
fonctionnement, l'arbre de sortie dont l'entraînement n'est pas souhaité
étant bloqué en rotation.
Comme expliqué, le système d'entraînement selon l'invention a
pour avantage de permettre le déplacement de l'un ou de l'autre mobiles
A, B par un unique moteur et une unique commande, le déplacement
dépendant uniquement du maintien en position verrouillée du mobile B, A
adverse.
Le blocage des mobiles A, B s'effectuera principalement par des
verrous faisant généralement partie intégrante, pour des raisons de
sécurité, des ces dispositifs. Notamment, dans le cadre de l'application aux
inverseurs de poussée, un capot mobile 10 est nécessaire associé à trois
systèmes de verrouillage. Le système de tuyère variable possède
également des butées internes limitant la translation de la tuyère.
On notera que ce système d'entraînement répond à de
nombreuses exigences de sécurité et est particulièrement fiable.
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En effet, même en cas de perte de la fonction déplacement du
mobile B, typiquement le volet de tuyère, il faut la perte des trois verrous
du mobile A, typiquement l'inverseur de poussée pour qu'un déplacement
par inadvertance de ce dernier puisse survenir. Un tel incident est
extrêmement peu probable (probabilité inférieure à 1.10-9).
Réciproquement, la perte de la fonction déplacement du mobile
A, typiquement l'inverseur de poussée ; implique le retour en position
verrouillée du mobile B, typiquement la tuyère.
Si le mobile B n'est pas en position verrouillée quand on
souhaite commander le mobile A, le moteur M provoquera d'abord le
déploiement ou le retour du mobile B jusqu'à une de ses butées de course.
La conséquence n'est donc pas une perte de fonction mais un simple
retard à la manoeuvre, ce qui est nettement moins pénalisant.
Comme mentionné, des actionneurs selon l'invention sont
particulièrement destinés à actionner les parties d'un capot d'inverseur de
poussée. Bien évidemment, selon la taille du capot à déplacer, il peut être
nécessaire d'utiliser un ou plusieurs actionneurs. Dans le cas où plusieurs
actionneurs sont utilisés, la synchronisation des deux tiges avec les autres
actionneurs pourra être effectuée par synchronisation électrique entre les
différents moteurs.
Il convient également de noter qu'il a été décrit un mode de
réalisation dans lequel les arbres de l'actionneur sont mis en rotation
chacun par un même moteur électrique. Il est bien évidemment possible en
variante de prévoir un moteur électrique dédié pour chaque arbre.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier
de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et
qu'elle
comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que
leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
