Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2006/134253 PCT/FR2006/001315
SYSTEME DE COMMANDE POUR NACELLE DE TURBOREACTEUR
La présente invention se rapporte à un système de commande
électrique destiné à équiper une nacelle de turboréacteur comportant une
pluralité d'organes de manceuvre électromécaniques, ainsi qu'à une nacelle et
un aéronef équipés d'un tel système de commande.
Un avion est mu 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 électro- ou hydr.omécanique
d'actionnement d'un inverseur de poussée et un système électro- ou-
hydromécanique d'actionnement de capotages destinés à permettre des
opérations de maintenance sur le turboréacteur.
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 cetté
phase, l'inverseur permet de renvoyer vers l'avant de la nacelle tout oû
partie
des flux de gâz éjectés par le turboréacteur, générant de ce fait une contre-
poussée qui vient s'ajouter au freinage des roues de l'avion. Pour ce faire,
un
inverseur de poussée comprend de part et d'autre de la nacelle un capot
mobile déplaçable entre, d'une part, une position déployée qui ouvre dans la
nacelle un passage destiné au flux dévié lors d'une phase de freinage, et
d'autre part, une position d'escamotage qui ferme ce passage lors du
fonctionnement normal du turboréacteur ou lorsque l'avion est à l'arrêt. En
plus
du système mécanique d'actionnement de l'inverseur de poussée, un système
mécanique complémentaire permet d'ouvrir radialement l'inverseur de
poussée, divisé à cette fin en deux demi parties amovibles, afin de permettre
l'accès à la partie du turboréacteur entourée par l'inverseur pour procéder à
des opérations de maintenance.
On compte donc trois principaux systèmes d'actionnement annexes
intégrés dans une nacelle à savoir, l'ouverture radiale de capotages pour la
maintenance du turboréacteur, le déploiement et l'escamotage de capots
mobiles de l'inverseur de poussée, et l'ouverture radiale des deux demi
parties
de l'inverseur de poussée.
Actuellement ces systèmes d'actionnement sont principaiement mis-
en oeuvre par des vérins hydrauliques ou pneumatiques. Ces vérins.
nécessitent un réseau de transport d'un fluide sous pression obtenu soit par
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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piquage d'air sur le turboréacteur soit par prélèvement sur le circuit
hydraulique
de l'avion. Cependant, de tels systèmes sont encombrants et requièrent une
maintenance importante car la moindre fuite dans le réseau hydraulique ou
pneumatique peut avoir des conséquences dommageables tant sur l'inverseur
que sur d'autres parties de la nacelle. Par ailleurs, les vérins hydrauliques
ou
pneumatiques délivrent toujours la puissance maximale disponible, ce qui
entraîne une usure prématurée des équipements.
Pour pallier les inconvénients liés aux systèmes pneumatiques et
hydrauliques, les constructeurs et équipementiers de nacelles ont cherché à
les remplacer et à utiliser au maximum des systèmes d'actionnement
électriques de manière à alléger la nacelle et à en simplifier le
fonctionnement,
notamment au niveau des cycles de maintenance nécessaires et de la gestion
des fluides hydrauliques ou pneumatiques. Il existe déjà certains capotages de
nacelles destinés à la maintenance du turboréacteur qui sont actionnées par
des vérins électriques, et un inverseur de poussée actionné électriquement est
décrit dans le document EP 0 843 089.
Les systèmes d'actionnement électriques permettent une gestion
optimale de l'énergie en fonction de la puissance réellement nécessaire au
fonctionnement de ces systèmes tout en occupant moins d'espace dans la
nacelle et en ne requérant pas de circuit de circulation de fluide sous
pression.
Toutefois, en raison de l'espace réduit disponible dans la nacelle,
leur mise en place et protection reste une préoccupation importante des
constructeurs. Actuellement, chaque système d'actionnement électrique utilisé
pour assurer l'une des fonctions annexes précitées de la nacelle, comprend au
moins un vérin électrique, actionné par un moteur électrique associé, et
piloté
par une électronique de commande adaptée qui lui est propre. Il convient de
noter que cette électronique de commande doit être protégée des hautes
températures, des vibrations, et autres facteurs risquant d'endommager ses
circuits, ce qui est handicapant en terme d'encombrement, de complexité de
montage et de maintenance, et de coûts.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients
précédemment évoqués et consiste pour cela en un système de commande
électrique destiné à équiper une nacelle de turboréacteur comportant une
pluralité d'organes de manoruvre électromécaniques équipant une pluralité de
dispositifs d'actionnement annexes au turboréacteur, caractérisé en ce que le
système de commande comprend un boîtier électronique de commande
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comportant une pluralité d'entrées de commande destinées à être connectées
à des organes de commande, et une pluralité de sorties connectées aux
organes de manoeuvre électromécaniques des dispositifs d'actionnement
annexes, ledit boîtier de commande étant apte à traduire chaque commande
reçue en une séquence de fonctionnement d'au moins un organe de
man uvre électromécanique correspondant.
Il doit être bien compris que les organes de manoruvre
électromécaniques assurant l'actionnement des capots mobiles équipant un
inverseur de poussée sont généralement commandés par une électronique de
commande commune apte à leur délivrer une puissance électrique importante
afin qu'ils puissent remplir leur fonction. En revanche, les organes de
man uvre électromécaniques assurant le déplacement d'un capotage de
maintenance ou le soulèvement radial d'un demi inverseur ne sont utilisés
qu'au soi lorsque l'avion est à l'arrêt complet et ne nécessitent qu'une
puissance relativement faible par rapport à celle requise pour déplacer les
capots mobiles de l'inverseur de poussée lors d'une phase de freinage de
l'avion.
Ainsi, en prévoyant un système de commande comportant un
boîtier électronique de commande centralisé, il est possible de regrouper
l'ensemble des systèmes électroniques existant actuellement pour piloter
chaque organe de man uvre électromécanique sans surdimensionnement de
la capacité de puissance disponible. En effet, la puissance disponible
initialement pour assurer le fonctionnement de l'inverseur de poussée en vol
est suffisante pour assurer également le fonctionnement des trappes au sol, et
il n'y a donc pas besoin de prévoir une puissance plus importante. Par
ailleurs,
un tel système de commande permet, d'une part, de disposer l'ensemble de
ces systèmes de pilotage dans un même emplacement sécurisé, et d'autre
part, d'éviter la redondance de certaines fonctions électroniques. De ce fait,
les
organes de manoeuvre électromécaniques peuvent être allégés de manière
significative pu'isqu'il n'est plus nécessaire d'associer à chaque organe de
man uvre électromécanique une électronique de pilotage propre et qu'un
même système de pilotage disposé dans le boîtier électronique de commande
assure le pilotage des organes de man uvre électromécaniques assurant une
même fonction. Par ailleurs, le système de pilotage des organes de man uvre
électromécaniques est la partie la plus sensible à la chaleur et aux
vibrations et
doit donc être protégée efficacement. En regroupant les systèmes de pilotage à
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l'intérieur d'un boîtier commun, seul ce boîtier doit être protégé contre les
hautes températures et les vibrations, entre autres, ce qui permet un
allègement global de l'ensemble de la structure et l'utilisation d'organes de
manoruvre électromécaniques plus petits et plus légers, donc également plus
faciles à installer, tester et entretenir.
Avantageusement, le boîtier électronique de commande possède
au moins une entrée d'état destinée à recevoir des informations de position
depuis au moins un capteur associé à au moins un organe de manoruvre
électromécanique.
De manière préférentielle, le boîtier électronique de commande
possède des moyens aptes à recevoir et/ou transmettre des informations d'état
depuis et/ou vers un système de contrôle du turboréacteur.
Ces données de positions et de fonctionnement du turboréacteur
pourront être avantageusement utilisées comme paramètres d'une séquence
de fonctionnement exécutée pour actionner un ou plusieurs organes de
manoruvre électromécaniques. Par ailleurs, le pilote de l'avion reste en
permanence informé de l'état des dispositifs d'actionnement annexes et de la
progression des séquences de fonctionnement activées.
Avantageusement, le boîtier électronique de commande comprend
au moins un emplacement destiné à recevoir une carte électronique de
commande dédiée au pilotage d'au moins un dispositif d'actionnement annexe.
Ainsi, il est facile de remplacer l'électronique de commande lors d'une mise à
jour, par exemple, sans avoir à remplacer l'intégralité du boîtier
électronique de
commande. De manière préférentielle, le boîtier électronique de commande est
apte à recevoir au moins une carte électronique de commande dédiée par
dispositif d'actionnement annexe. De cette manière, chaque carte dédiée au
pilotage d'un dispositif annexe déterminé peut être remplacée ou mise à jour
indépendamment des autres.
Avantageusement, le boîtier électronique de commande comprend
des entrées de commandes dédiées à l'actionnement de dispositifs
d'actionnement annexes de maintenance, et destinées à être activées par des
boutons de type homme-mort .
Avantageusement encore, le boîtier électronique de commande
comprend, d'une part, au moins un module de puissance, et d'autre part, au
moins un module électronique de commande. En effet, l'espace disponible
pour intégrer des composants dans une nacelle est extrêmement limité et il
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peut être intéressant de pouvoir dissocier le boîtier électronique de commande
en modules plus petits afin de faciliter son intégration dans la nacelle.
La présente invention se rapporte également à une Nacelle
destinée à équiper un turboréacteur et comprenant au moins un capotage
5 mobile destiné à permettre des opérations de maintenance du turboréacteur et
au moins un inverseur de poussée comprenant au moins un capot mobile, le
capotage de maintenance et le capot mobile étant chacun conçus de façon à
être actionnés par au moins un dispositif d'actionnement équipé d'au moins un
organe de manceuvre électromécanique, caractérisée en ce qu'elle est équipée
d'un système de commande tel que décrit précédemment, apte notamment à
centraliser les opérations de commande et l'exécution de séquences de
fonctionnement des dispositifs d'actionnement propres au capotage de
maintenance et au capot mobile.
Avantageusement, les organes de manoeuvre électromécaniques
équipant des dispositifs d'actionnement destinés à des fonctions de
maintenance sont actionnés à partir d'au moins un bouton de type homme-
mort relié au système de commande.
Avantageusement encore, le boîtier électronique de commande du
système de commande est fixé dans un cadre avant de l'inverseur de poussée.
De manière préférentielle, le boîtier électronique de commande se
décompose en au moins deux ensembles connectés l'un à l'autre. En effet,
étant donné l'espace disponible réduit, un boîtier électronique de commande
subdivisé en au moins deux ensembles peut être intégré plus facilement dans
la nacelle.
De plus, la présente invention se rapporte également à un aéronef
caractérisé en ce qu'il est équipé d'une pluralité de turboréacteurs logés
chacun dans une nacelle telle que décrite précédemment.
La mise en oruvre de l'invention sera mieux comprise à l'aide de la
description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé
dans lequel :
La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une nacelle
équipée d'un système de commande selon l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective d'un inverseur de poussée
en position d'ouverture, dite jet inversé , équipant la nacelle de la
figure 1.
La figure 3 est un diagramme fonctionnel d'un système de
commande intégré dans la nacelle de la figure 1.
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Avant de décrire plus avant un mode de réalisation de l'invention, il
est important de préciser que celle-ci n'est pas limitée à une structure de
nacelle particulière. Bien qu'illustrée par une nacelle équipée d'un inverseur
à
grille, elle pourra être mise en uvre avec des nacelles de conceptions
différentes, utilisant notamment des inverseurs de poussée à portes.
La figure 1 présente une vue schématique partielle d'une nacelle 1
abritant un turboréacteur 2 et intégrant un inverseur de poussée 3.
L'inverseur
de poussée 3 possède une structure disposée en partie arrière de la nacelle 1,
et divisé en deux demi parties 41 située de part et d'autre de la nacelle 1 et
comprenant chacune un capot mobile 4 semi-circulaire. Chaque capot mobile 4
est amovible de manière à pouvoir coulisser pour découvrir des grilles 5
d'aubages de déviation placées entre les capots mobiles 4 et une section de
passage du flux d'air du turboréacteur 2 à dévier. Des portes de blocage 6
sont
disposées à l'intérieur de la structure de manière à pouvoir pivoter et passer
d'une position dans laquelle elles ne gênent pas le passage du flux d'air à
une
position dans laquelle elles bloquent ce passage. Afin de coordonner
l'ouverture des capots mobiles 4 avec une position obturante des portes de
blocage 6, celles-ci sont chacune mécaniquement reliées à l'un des capots
mobiles 4 par des charnières et à la structure fixe par un système de bielles
(non représentées).
Le déplacement des capots mobiles 4 le long de l'extérieur de la
structure est assurée par un ensemble de vérins 8a, 8b montés sur un cadre
avant 9 de l'inverseur de poussée 3 à l'intérieur duquel sont logés un moteur
électrique 10 et des arbres flexibles de transmission (non visibles) connectés
respectivement aux vérins 8a, 8b pour les actionner.
Plus précisément, chaque capot mobile 4 peut être translaté sous
l'action de trois vérins 8a, 8b, comprenant un vérin central 8a et deux vérins
additionnels 8b, actionnés par un unique moteur électrique 10. La puissance
délivrée par le moteur électrique 10 est. tout d'abord distribuée aux vérins
centraux 8a par l'intermédiaire de deux arbres de transmission flexibles, puis
aux vérins additionnels 8b par d'autres arbres de transmission flexibles.
De plus, chaque demi partie 41 de l'inverseur de poussée 3 est
amovible et est équipée de vérins électriques latéraux 12 actionnés par un
moteur électrique 35 et aptes à permettre l'ouverture radiale de chaque demi
partie 41 pour procéder à des opérations de maintenance sur la partie du
turboréacteur 2 entourée par l'inverseur de poussée 3.
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En amont de l'inverseur de poussée 3, la nacelle 1 comprend deux
capotages 13 situés de part et d'autre de la nacelle 1 pouvant être chacun
déplacés par deux vérins électriques 14 actionnés par un moteur électrique 36
de manière à ouvrir la nacelle 1 et à permettre l'accès au turboréacteur 2
lors
d'opérations de maintenance.
L'ensemble des vérins 8a, 8b, 12, 14 électriques est commandé
par un boîtier électronique de commande 15 comprenant, d'une part, un
module électronique 15a destiné au pilotage des vérins 8a, 8b, 12, 14, et
d'autre part, un module de puissance 15b destiné à fournir aux moteurs
électriques 10, 35, 36 l'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Ce boîtier
électronique de commande 15 forme, avec les vérins 8a, 8b, 12, 14, un
système de commande fixé dans le cadre avant 9 de l'inverseur de poussée 3.
Un tel système de commande est représenté schématiquement sur la figure 3.
Le module électronique 15a du boîtier électronique de commande
15 comporte des entrées de commande 16, 17 destinées à* commander
respectivement l'ouverture et la fermeture des capotages 13, des entrées de
commande 18, 19 destinées à commander l'ouverture et la fermeture radiale
des demi parties 41 de l'inverseur de poussée 3 pour des opérations de
maintenance, et des entrées de commande 20, 21 destinées à actionner
l'ouverture et la fermeture des capots mobiles 4 accomplissant leur fonction
d'inversion de poussée.
Les entrées de commande 16, 17, 18, 19 sont activées par des
boutons 37, 38, 39, 40 du type homme-mort disposés sur une face
extérieure de la nacelle 1. Les entrées de commande 20, 21 sont reliées à un
système de contrôle 22 du turboréacteur, connu sous le nom de FADEC.
De plus, le FADEC 22 est relié au module électronique 15a par une
pluralité d'entrées d'informations 23, destinées à recevoir divers paramètres
de
fonctionnement du turboréacteur, tels qu'une vitesse de soufflante, une valeur
de pression dans la veine du turboréacteur, et tout autre paramètre pouvant
être utilisé par le boîtier électronique de commande 15 pour piloter les
vérins
8a, 8b, 12, 14, de manière adaptée.
Ces vérins 8a, 8b, 12, 14 sont chacun connectés à une sortie 25,
26, 27 par lesquelles est délivrée aux moteurs électriques 10, 35, 36
actionnant
les vérins 8a, 8b, 12, 14 l'énergie électrique nécessaire pour les faire
fonctionner de manière appropriée en fonction de la commande activée. Pour
ce faire, le module électronique 15a abrite des cartes électroniques (non
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visibles) dédiées et implémentant chacune au moins une séquence de
commande adaptée à la fonction à laquelle elle est destinée. Ainsi, le module
électronique 15a abrite au moins une carte électronique destinée à mettre en
oeuvre des séquences de fermeture et d'ouverture des capotages 13, une carte
électronique à mettre en oruvre des séquences de fermeture et d'ouverture
radiale des demi parties 41 de l'inverseur de poussée 3 pour des opérations de
maintenance, et une carte électronique destinée à mettre en oeuvre des
séquences de fermeture et d'ouverture des capots mobiles 4 d'inversion de-
poussée. Un convertisseur 42 permet de convertir le voltage de la puissance
électrique entre la puissance électrique reçue et la puissance électrique
nécessaire aux sorties 25, 26, 27 en fonction du moteur 10, 35, 36 activé.
Par ailleurs, il convient de noter que, d'une part, chaque vérin 8a,
8b, 12, 14 est équipé d'un capteur de position 30, et que d'autre part, chaque
moteur électrique 10, 35, 36 actionnant les vérins 8a, 8b, 12, 14 est équipé
d'un capteur de vitesse 31 destiné à mesurer la vitesse du moteur électrique
10, 35, 36. Chaque capteur de position 30, et chaque capteur de vitesse 31 est
connecté au module électronique 15a par des entrées d'état 32, 33 destinées à
collecter des informations de position et de vitesse et éventuellement les
utiliser comme paramètres dans une séquence d'actionnement des vérins 8a,
8b, 12, 14.
Un utilisateur souhaitant commander l'ouverture des capotages 13
procédera de la façon suivante. Tout d'abord l'utilisateur appuie sur le
bouton
37 de type homme-mort affecté à l'ouverture des capotages 13. Ce faisant,
il active l'entrée de commande 16 correspondante qui déclenche l'exécution
d'une séquence de fonctionnement adaptée implémentée sur la carte
électronique située dans le module électronique 15a et dédiée à l'ouverture et
à la fermeture des capotages 13. L'exécution de cette séquence commande et
régule la puissance délivrée au moteur électrique 36 activant les vérins 14.
Une
fois ouverte, l'utilisateur peut alors effectuer son travail de maintenance.
Une
fois l'opération de maintenance terminée, l'utilisateur commande la fermeture
des capotages 13 en appuyant sur le bouton 38 homme-mort
correspondant qui active l'entrée de commande 17. De la même manière, il
déclenche ainsi l'exécution de la séquence de fonctionnement correspondant à
la fermeture et qui est implémentée sur la carte électronique dédiée aux
capotages 13.
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L'utilisation de boutons 37, 38 du type homme-mort est
particulièrement recommandée pour des raisons de sécurité. En effet, ces
boutons exigent la pression permanente de l'opérateur pour que la séquence
d'ouverture ou de fermeture des capotages 13 s'exécute. Si l'opérateur relâche
le bouton 37, 38 avant la fin de la séquence d'ouverture ou de fermeture, la
séquence est arrêtée.
Il convient également de noter que l'actionnement des capotages
13 ne peut intervenir qu'au sol lorsque le turboréacteur 2 est à l'arrêt.
Avant
d'activer la séquence de fonctionnement appropriée, il est possible de
vérifier
le fonctionnement du turboréacteur 2 grâce aux entrées d'informations 23 en
provenance du FADEC 22 et le cas échéant d'empêcher l'exécution d'une
séquence d'ouverture ou de fermeture des capotages 13.
De la même manière, un utilisateur souhaitant commander
l'ouverture radiale des demi parties 41 de l'inverseur de poussée 3 pour
réaliser une opération de maintenance sur la partie du turboréacteur 2
entourée par ledit inverseur de poussée 3 procédera de la façon suivante. Tout
d'abord l'utilisateur appuie sur le bouton 39 de type homme-mort affecté à
l'ouverture radiale des demi parties 41 Ce faisant, il active l'entrée de
commande 18 correspondante qui déclenche l'exécution une séquence de
fonctionnement adaptée implémentée sur la carte électronique dédiée à
l'ouverture et à la fermeture radiale des demi parties 41 et qui est située
dans
le module électronique 15a. L'exécution de cette séquence commande et
régule la puissance délivrée au moteur électrique 35 activant les vérins 12.
Une
fois l'opération de maintenance terminée, l'utilisateur commande la fermeture
des demi parties 41 de l'inverseur de poussée 3 en appuyant sur le bouton 40
homme-mort correspondant qui active l'entrée de commande 19. De la
même manière, il déclenche ainsi l'exécution de la séquence de
fonctionnement correspondant à la fermeture des demi partie 41 qui est
implémentée sur la carte électronique dédiée.
Comme précédemment, l'actionnement radial des demi parties 41
ne doit intervenir que lorsque le turboréacteur 2 est à l'arrêt. Avant
d'activer la
séquence de fonctionnement appropriée, le fonctionnement du turboréacteur 2
est testé grâce à une entrée d'information spécifique et le cas échéant
l'exécution d'une séquence d'ouverture ou de fermeture des demi parties 41
est empêchée. Il convient de noter que de manière général il est également
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nécessaire d'ouvrir les capots mobiles 4 avant de pouvoir soulever radialement
les demi parties 41.
Les capots mobiles 4 sont actionnés par les vérins 8a, 8b. Ce
mouvement est commandé par le pilote de l'avion depuis la cabine de pilotage.
5 Ce dernier actionne des commandes correspondantes sur le tableau de bord,
commandes qui sont retransmises au FADEC 22 puis au module électronique
15a par les entrées de commande 20 ou 21, selon que le pilote commande
respectivement une ouverture ou une fermeture des capots mobiles 4.
L'activation de l'entrée de commande 20, 21 déclenche l'exécution
10 d'une séquence de fonctionnement appropriée sur la carte électronique
disposée dans le module électronique 15a et dédié à l'actionnement des
capots mobiles 4 d'inversion de poussée. La collecte d'informations de
fonctionnement du turboréacteur 2 via les entrées d'informations 23 permet
d'adapter la séquence de fonctionnement en fonction de divers paramètres du
turboréacteur 2 tels que, par exemple, son régime de fonctionnement.
II convient de rappeler que l'actionnement des capotages 13 et des
demi parties 41 de l'inverseur de poussée 3, n'intervient qu'au sol lorsque le
turboréacteur est à l'arrêt. La puissance électrique totale maximale
nécessaire
est celle nécessaire pour actionner les vérins 8a, 8b, 12, 14 soumis aux
efforts
les plus intenses, c'est-à-dire les vérins 8a, 8b actionnant les capots
mobiles 4
lors d'une inversion de poussée. Par conséquent le module d'alimentation 15b
sera dimensionné pour pouvoir délivrer une puissance électrique maximale
suffisante pour actionner les capots mobiles 4 en mode inversion de poussée,
cette puissance étant suffisante pour assurer l'ouverture des capotages 13 et
des demi parties 41 lors d'une opération de maintenance lorsque l'avion est à
l'arrêt. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de surdimensionner le module
de puissance 15b par rapport à un module de puissance existant.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples
particuliers 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. Il
convient
notamment de noter que la présente invention n'est pas limitée aux dispositifs
assurant les fonctions d'inversion de poussée et de maintenance assurées par
les organes de manoruvre électromécanique mais peut également concerner
toute autre fonction commandée électriquement et intégrée à une nacelle de
turboréacteur.
