CA2700085A1

CA2700085A1 - Double-acting telescopic linear actuator with single-motor drive system

Info

Publication number: CA2700085A1
Application number: CA2700085A
Authority: CA
Inventors: Pierre Andre Marcel Baudu; Guy Bernard Vauchel
Original assignee: Individual
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2009-05-07
Also published as: EP2193594A2; RU2472272C2; FR2922059A1; FR2922059B1; BRPI0817588A2; CN101809849B; CN101809849A; WO2009056713A2; US20100205931A1; RU2010117009A; WO2009056713A3; US8931253B2

Abstract

La présente invention se rapporte actionneur linéaire télescopique pour déplacer un premier (10b) et un second (10a) éléments relativement à un élément fixe (102), comprenant une base (101), destinée à être rattachée à l'élément fixe (102), et servant de logement à une première tige (106) bloquée en rotation et apte à être entraînée en translation par l'intermédiaire d'un arbre (104) d'entraînement destiné à être relié à des moyens d'entraînement (107) en rotation, la première tige étant destinée à être rattachée par une extrémité (108) au premier élément à déplacer, la première tige supportant une deuxième tige (117) disposée dans le prolongement de celle-ci et destinée à être rattachée par une extrémité (118) 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 d'entraînement (112) traversant la base et relié à des moyens d'entraînement en rotation (113,111 ), caractérisée en ce que les moyens d'entraînement des tiges (106, 117) 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 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.

Description

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.

2 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

3 PCT/FR2008/001201 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.

4 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 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

6 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.

7 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

8 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.

9 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.

Claims

1. Actionneur linéaire télescopique pour déplacer un premier (10b) et un second (10a) éléments relativement à un élément fixe (102), comprenant une base (101), destinée à être rattachée à l'élément fixe (102), et servant de logement à une première tige (106) bloquée en rotation et apte à être entraînée en translation par l'intermédiaire d'un arbre (104) d'entraînement destiné à
être relié à des moyens d'entraînement (107) en rotation, la première tige étant destinée à être rattachée par une extrémité (108) au premier élément à
déplacer, la première tige supportant une deuxième tige (117) disposée dans le prolongement de celle-ci et destinée à être rattachée par une extrémité (118) 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 d'entraînement (112) traversant la base et relié à des moyens d'entraînement en rotation (113, 111), caractérisée en ce que les moyens d'entraînement des tiges (106, 117) 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 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.

2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les arbres de sortie du différentiel sont associés à des moyens de blocage en rotation indépendants.

3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le blocage en rotation d'au moins un arbre de sortie est obtenu par blocage en translation de la tige correspondante.

4. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un arbre de sortie comprend au moins un étage de réduction.

5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins un arbre de sortie est équipée de moyens d'entraînement manuels.

6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux arbres de sorties sont concentriques.

7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un train épicycloïdal faisant office de différentiel.

8. Inverseur de poussée pour nacelle de turboréacteur comprenant, d'une part, des 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'une quelconque des revendications 1 à 7 permettant le déplacement du capot mobile et de la tuyère.