EP0715084B1 - Vérin rotatif conique et son application à la commande d'une gouverne d'aéronef - Google Patents
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- EP0715084B1 EP0715084B1 EP95402648A EP95402648A EP0715084B1 EP 0715084 B1 EP0715084 B1 EP 0715084B1 EP 95402648 A EP95402648 A EP 95402648A EP 95402648 A EP95402648 A EP 95402648A EP 0715084 B1 EP0715084 B1 EP 0715084B1
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- rotary actuator
- inner body
- panel
- force transmission
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
- F15B15/12—Characterised by the construction of the motor unit of the oscillating-vane or curved-cylinder type
Definitions
- the invention relates to a rotary actuator.
- a rotary actuator comprising an inner body and at least one body outside coaxially mounted one inside the other of so that they can be rotated relative, each of the cylinder bodies carrying pallets arranged alternately to define two series sealed variable volume control chambers.
- Such a jack is known from document US-A-2 870 748.
- the invention also relates to a control surface. aircraft comprising at least one hinged panel of which pivoting is controlled by such a rotary actuator.
- the inner body and the outer body of the rotary cylinders have one and the other a cylindrical configuration and the height of pallets carried by each of these bodies is uniform from one end to the other of these pallets.
- Number of pallets fitted to the actuator mainly depends on the amplitude of the pivoting movement that is desired order.
- the cylinders rotary knobs are used to control movements of pivoting of limited amplitude between two parts. They have the advantage of having a very low space since they can be placed along the axis relative pivoting between the parts. By comparing, control of the same movement using a cylinder linear requires mounting the cylinder on one of the parts, perpendicular to the pivot axis and the connect to the other room using a mechanism including at least one articulated link.
- control surfaces present rigidities different from those of the wing, it there are differences between deformations in flight control surfaces and sails. For reasons aerodynamics, the maximum values of these differences should be as small as possible. This can lead to carrying out each control under the form of several panels, which must then be ordered independently of each other. In the assumption that we would use two cylinders cylindrical by panel, installation of cylinders in the steering would require the presence of sixteen or twenty four levels depending on whether the control surface cut into two or three panels.
- the main object of the invention is a original design rotary actuator with in particular, for a given diametrical size, a significantly higher power than a cylinder classic cylindrical rotary.
- the invention also relates to a jack rotary whose original design reduces the number of stages necessary for the transmission of forces between the cylinder and the parts and, consequently, the cost of an installation using such cylinders.
- the invention also relates to a jack rotary whose original design reduces torsional deformations of at least one of the bodies inside and outside of the cylinder, relative to the cylinders conventional rotary.
- a rotary actuator comprising an inner body and at least one outer body coaxially mounted one inside the other so as to define between them at least one annular space, first pallets and second integral pallets the inner body and the outer body respectively and arranged alternately in said annular space, to alternately define firsts and second volume tight control chambers variable, including alternating pressure control relative rotation between the inner bodies and exterior, characterized in that at least one interior and exterior body has a section scalable, so that the first and second pallets have a height which decreases by one end to end of these pallets.
- a rotary actuator meeting this definition will be called hereinafter "conical rotary actuator”. This designation, which stems from the evolving nature of the section of the annular space formed between the bodies inside and outside of the cylinder, must not be considered to limit the configuration of this annular space with a precise geometric shape.
- the outer body is cylindrical and has a constant section while the inner body has an evolving section.
- the inner body can in particular present a substantially frustoconical part and a substantially cylindrical part extending a relatively small diameter end of the part substantially frustoconical.
- the relatively large end of the substantially frustoconical part of the inner body then has an outer diameter substantially equal to the inside diameter of the outside body.
- the inner body constitutes the rotor cylinder while the outer body is the stator.
- a reverse arrangement can however be adopted in some applications.
- the internal body of the jack is advantageously a tubular body. This feature allows to connect the inner body to a conditioning circuit in temperature, ensuring circulation, inside of the cylinder of a heat transfer fluid capable of reheat or cool the cylinder as required of use.
- the rotary actuator comprises two bodies exteriors mounted coaxially on two parts of the inner body, each of these two parts bearing second pallets arranged alternately with the first pallets carried by each body exteriors.
- the rotary actuator then advantageously has symmetry with respect to a cutting median plane the inner body in the middle.
- the heights of the first and second pallets decrease from the median plane of the cylinder towards its ends.
- the internal body comprises, between the two parts carrying the second pallets, a central force transmission part.
- each of the outer bodies includes a terminal part transmission of forces, close to each ends of the cylinder.
- the invention also relates to a control surface.
- aircraft comprising at least one hinged panel on a rear spar of a wing element aircraft, around a hinge axis substantially parallel to this rear spar, and means for panel pivot control around this axis of articulation, characterized in that the means pivot control include at least one cylinder conical rotary machine according to the invention, housed in the panel according to its axis of articulation.
- each of the first bearings is carried by the beam back so you can turn around a first axis perpendicular to the spar and passing through the axis of articulation of the panel.
- each of the first bearings is engaged on the terminal parts transmission of cylinder forces by first connecting means in rotation around the axis of articulation of the panel.
- first connecting means in rotation around the axis of articulation of the panel.
- second connecting means in rotation about the axis of articulation, by which the second landing is engaged on the central part of force transmission from the jack.
- each elevons 12 and 14 is cut into three panels adjacent articulated, of substantially equal dimensions, in the direction defined by the rear spar 18. These three panels are designated by the references 12a, 12b and 12c for internal elevons 12 and 14a, 14b and 14c for the middle elevons 14.
- each of the panels 12a, 1b and 12c and 14a, 14b and 14c is controlled by a conical rotary actuator 16. More specifically, the three rotary cylinders conical 16 associated with each of elevons 12 and 14 are identical.
- each of the rotary cylinders conical 16 has two transmission end parts of efforts which are connected by two bearings 26 to the rear spar 18 of the corresponding half-wing 10.
- the rotary actuator conical 16 comprises a body tubular interior 32 forming rotor and two bodies tubular exteriors 34 forming a stator, mounted coaxially.
- each outer body 34 is identical and each of them is received on one of the parts tubular 38 of the inner body 32, so that delimit between this part 38 and the external body 34 corresponding to a tight annular space vis-à-vis from the outside.
- each outer body 34 has on its outer surface a terminal part 62 for transmitting forces, intended to be engaged on the corresponding bearing 26, in a way that will be described further detail later.
- Each of the tubular parts 38 of the body interior 32 carries pallets on its exterior surface 40 oriented radially outwards (figure 5). These pallets 40 are regularly distributed over the periphery of the tubular part 38. They are by example of four in the embodiment represented. The edges of the turned pallets 40 towards the corresponding external body 34 carry seals 42 ensuring the tightness of the contact between these two rooms.
- each of the external bodies 34 has pallets on its inner surface 44 oriented radially inwards. Pallets 44 are regularly distributed around the axis of the cylinder and their number is the same as that of the pallets 40, so that the pallets 40 and 44 are arranged alternately around the cylinder axis. In the embodiment shown, each of the bodies 34 therefore also has four pallets 44. The edges of the pallets 44 turned towards the body interior 32 have seals 46 which are in tight contact with the outer surface of the corresponding tubular part 38 of the interior body 32.
- the end of relatively large diameter of the part 38a substantially frustoconical of each of the tubular parts 38 has an outside diameter substantially equal to inner body diameter 34 received on this part tubular 38.
- Each of the pallets 40 and 44 has an approximately triangular shape. A calculation simple shows that for the same surface activates pallets and for a cylinder with the same outer diameter, the shape given to the pallets 40 and 44 in the conical rotary actuator according to the invention increases the cylinder's efficiency by 16.7% by compared to a design cylindrical rotary actuator traditional.
- Each of the bearings 26 is mounted on the beam rear 18 of the corresponding half-wing 10 so that it can rotate around a perpendicular axis yy ' to the rear spar 18 and passing through the axis hinge xx 'of the corresponding panel such as the panel 12a in FIG. 5.
- the arrangement which has just been described ensures the translational connection of the actuator 16 and the spar rear 18 of the corresponding half-wing 10, all by allowing a relative displacement necessary for the bending of the half-wing.
- the bearing 20 is fixed on a force introduction fitting 78, itself fixed to the front spar 22 and to the rib strong median 24 (Figure 2) of the corresponding panel 12a.
- the hollow character of the body inner tubular 32 of each of the cylinders 16 allows to connect the internal bodies 32 in series by a line 86 belonging to a conditioning circuit in temperature of a heat transfer fluid. It is thus possible to circulate in the cylinders a heat transfer fluid allowing in particular to heat these to facilitate their activation when the outside temperature is too low.
- At least one shackle 88 is preferably placed between each pair of adjacent elevon panels, substantially mid-cord of these panels. Shackles 88 allow besides avoiding the rotation of each of the panels around its central rib 24, which could occur due to its rotational drive by a single level 20.
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Description
L'invention concerne un vérin rotatif
comprenant un corps intérieur et au moins un corps
extérieur montés coaxialement l'un dans l'autre de
façon à pouvoir être animés d'un mouvement de rotation
relative, chacun des corps du vérin portant des palettes
disposées de façon alternée pour définir deux séries
de chambres de commande étanches à volume variable. Un tel vérin est connu du document US-A-2 870 748.
L'invention concerne également une gouverne
d'aéronef comprenant au moins un panneau articulé dont
le pivotement est commandé par un tel vérin rotatif.
Habituellement, le corps intérieur et le
corps extérieur des vérins rotatifs présentent l'un et
l'autre une configuration cylindrique et la hauteur des
palettes portées par chacun de ces corps est uniforme
d'une extrémité à l'autre de ces palettes. Le nombre de
palettes équipant l'actionneur dépend principalement de
l'amplitude du mouvement de pivotement que l'on désire
commander.
Compte tenu de cette contrainte, les vérins
rotatifs sont utilisés pour commander des mouvements de
pivotement d'amplitude limitée entre deux pièces. Ils
ont alors pour avantage de présenter un très faible
encombrement puisqu'ils peuvent être placés selon l'axe
de pivotement relatif entre les pièces. Par comparaison,
la commande du même mouvement à l'aide d'un vérin
linéaire impose de monter le vérin sur l'une des pièces,
perpendiculairement à l'axe de pivotement et de le
relier à l'autre pièce à l'aide d'un mécanisme incluant
au moins une biellette articulée.
Dans un vérin rotatif, la pression appliquée
alternativement dans chacune des deux séries de
chambre du vérin tend à déformer en sens inverse les
corps intérieur et extérieur du vérin. Par conséquent,
l'étanchéité des chambres indispensable au fonctionnement
du vérin ne peut être assurée que lorsque celui-ci
ne dépasse pas une certaine longueur, pour une pression
de commande donnée. Un vérin rotatif de conception
cylindrique classique ne peut donc pas être utilisé
pour commander la rotation relative de deux pièces
lorsque le moment de charnière que l'on désire appliquer
entre ces pièces excède une certaine valeur.
Lorsque le moment de charnière que l'on
désire pouvoir appliquer entre les pièces est trop
élevé, il est possible de placer bout à bout deux
vérins rotatifs dont chacun est capable d'exercer la
moitié du moment de charnière requis. Cependant, cela
conduit à accroítre très sensiblement le coût de l'installation,
notamment du fait de la multiplication des
paliers servant à transmettre les efforts entre les
vérins et chacune des pièces. En effet, un vérin rotatif
cylindrique classique est normalement en prise par
deux paliers sur chacune des deux pièces dont il
commande un mouvement de rotation relative. L'utilisation
de deux vérins rotatifs pour commander ce mouvement
nécessiterait donc huit paliers.
Les avantages d'encombrement présentés par
les vérins rotatifs rendent particulièrement attractif
l'utilisation de tels vérins pour commander les gouvernes
des aéronefs et notamment les élevons équipant les
avions supersoniques.
En effet, le logement de tels vérins dans
le bord d'attaque des gouvernes supprimerait toutes les
perturbations aérodynamiques provoquées habituellement
par la présence des vérins linéaires commandant les
gouvernes, malgré la présence éventuelle de carénages
sur ces vérins.
Du fait que les gouvernes présentent des
rigidités différentes de celles de la voilure, il
existe des différences entre les déformations en vol
des gouvernes et de la voilure. Pour des raisons
aérodynamiques, les valeurs maximales de ces
différences doivent être aussi faibles que possible.
Cela peut conduire à réaliser chaque gouverne sous la
forme de plusieurs panneaux, qui doivent alors être
commandés indépendamment les uns des autres. Dans
l'hypothèse où l'on utiliserait deux vérins
cylindriques par panneau, l'implantation des vérins
dans la gouverne nécessiterait la présence de seize ou
vingt quatre paliers selon que la gouverne serait
découpée en deux ou trois panneaux.
Par ailleurs, la redondance imposée par les
règles de sécurité impose généralement de commander les
gouvernes des aéronefs à l'aide de trois circuits
hydrauliques distincts. La prise en compte de cet impératif
combinée avec la réalisation des gouvernes sous
forme de plusieurs panneaux conduit naturellement à
découper chaque gouverne en trois panneaux. L'utilisation
de vérins rotatifs cylindriques impliquerait alors
l'emploi de six vérins pour chaque gouverne, ce qui se
traduirait par la présence de vingt quatre paliers.
Cela rend cette solution trop coûteuse et pratiquement
inacceptable.
L'invention a principalement pour objet un
vérin rotatif de conception originale, présentant
notamment, pour un encombrement diamétral donné, une
puissance sensiblement supérieure à celle d'un vérin
rotatif cylindrique classique.
L'invention a aussi pour objet un vérin
rotatif dont la conception originale permet de réduire
le nombre de paliers nécessaires à la transmission des
efforts entre le vérin et les pièce et, par conséquent,
le coût d'une installation utilisant de tels vérins.
L'invention a aussi pour objet un vérin
rotatif dont la conception originale permet de réduire
les déformations en torsion de l'un au moins des corps
intérieur et extérieur du vérin, par rapport aux vérins
rotatifs classiques.
Conformément à l'invention, ces résultats
sont atteints au moyen d'un vérin rotatif, comprenant
un corps intérieur et au moins un corps extérieur
montés coaxialement l'un dans l'autre de façon à définir
entre eux au moins un espace annulaire, des premières
palettes et des deuxièmes palettes solidaires
respectivement du corps intérieur et du corps extérieur
et disposées de façon alternée dans ledit espace annulaire,
pour y définir alternativement des premières et
des deuxièmes chambres de commande étanches à volume
variable, dont une mise en pression alternée commande
une rotation relative entre les corps intérieur et
extérieur, caractérisé par le fait que l'un au moins
des corps intérieur et extérieur présente une section
évolutive, de telle sorte que les premières et deuxièmes
palettes présentent une hauteur qui décroít d'une
extrémité à l'autre de ces palettes.
Un vérin rotatif répondant à cette définition
sera appelé par la suite "vérin rotatif conique".
Cette désignation, qui découle du caractère évolutif de
la section de l'espace annulaire formé entre les corps
intérieur et extérieur du vérin, ne doit pas être
considérée comme limitant la configuration de cet
espace annulaire à une forme géométrique précise.
Dans une forme de réalisation préférentielle
de l'invention, le corps extérieur est cylindrique
et présente une section constante alors que le
corps intérieur présente une section évolutive.
Dans ce cas, le corps intérieur peut notamment
présenter une partie sensiblement tronconique et
une partie sensiblement cylindrique prolongeant une
extrémité de relativement petit diamètre de la partie
sensiblement tronconique.
L'extrémité de relativement grand diamètre
de la partie sensiblement tronconique du corps intérieur
présente alors un diamètre extérieur sensiblement
égal au diamètre intérieur du corps extérieur.
Dans la forme de réalisation préférentielle
de l'invention, le corps intérieur constitue le rotor
du vérin alors que le corps extérieur en constitue le
stator. Une disposition inverse peut toutefois être
adoptée dans certaines applications.
Le corps intérieur du vérin est avantageusement
un corps tubulaire. Cette caractéristique permet
de relier le corps intérieur à un circuit de conditionnement
en température, assurant la circulation, à l'intérieur
du vérin d'un fluide caloporteur apte à
réchauffer ou à refroidir le vérin selon les conditions
d'utilisation.
Dans la forme de réalisation préférentielle
de l'invention, le vérin rotatif comprend deux corps
extérieurs montés coaxialement sur deux parties du
corps intérieur, chacune de ces deux parties portant
des deuxième palettes disposées de façon alternée avec
les premières palettes portées par chacun des corps
extérieurs.
Le vérin rotatif présente alors avantageusement
une symétrie par rapport à un plan médian coupant
le corps intérieur en son milieu.
En outre, les hauteurs des premières et des
deuxièmes palettes décroissent depuis le plan médian du
vérin vers ses extrémités.
De préférence, le corps intérieur comprend,
entre les deux parties portant les deuxièmes palettes,
une partie centrale de transmission d'effort. De même,
chacun des corps extérieurs comprend une partie terminale
de transmission d'efforts, à proximité de chacune
des extrémités du vérin.
L'invention a également pour objet une gouverne
d'aéronef, comprenant au moins un panneau articulé
sur un longeron arrière d'un élément de voilure
d'aéronef, autour d'un axe d'articulation sensiblement
parallèle à ce longeron arrière, et des moyens de
commande de pivotement du panneau autour de cet axe
d'articulation, caractérisée par le fait que les moyens
de commande de pivotement comprennent au moins un vérin
rotatif conique conforme à l'invention, logé dans le
panneau selon son axe d'articulation.
Les parties terminales de transmission
d'efforts du vérin rotatif sont alors montées dans des
premiers paliers portés par le longeron arrière et la
partie centrale de transmission d'efforts du vérin
rotatif est montée dans un deuxième palier porté par le
panneau. Grâce à cette caractéristique, on voit que la
commande d'une gouverne formée de trois panneaux distincts
ne nécessite que neuf paliers. Le nombre de
paliers est donc réduit de près de deux tiers par rapport
à une gouverne qui utiliserait des vérins rotatifs
cylindriques classiques.
Afin que les déformations de la voilure
dues à sa flexion ne soient pas transmises au vérin,
chacun des premiers paliers est porté par le longeron
arrière de façon à pouvoir tourner autour d'un premier
axe perpendiculaire au longeron et passant par l'axe
d'articulation du panneau.
Pour assurer la transmission des efforts
entre la voilure et le corps extérieur du vérin, chacun
des premiers paliers est en prise sur les parties terminales
de transmission d'efforts du vérin par des
premiers moyens de liaison en rotation autour de l'axe
d'articulation du panneau. De même, la transmission des
efforts entre le tube intérieur du vérin et le panneau
est assurée par des deuxièmes moyens de liaison en
rotation autour de l'axe d'articulation, par lesquels
le deuxième palier est en prise sur la partie centrale
de transmission d'efforts du vérin. Ces premiers et
deuxièmes moyens de liaison en rotation sont constitués
par des cannelures ou par tout mécanisme équivalent
permettant de transmettre directement les efforts à
proximité des panneaux de revêtement de la voilure.
Afin d'assurer la liaison entre le corps
extérieur du vérin et la voilure dans le sens de l'axe
d'articulation du panneau, tout en permettant une
déformation différentielle de la voilure par rapport au
vérin, l'un des premiers paliers est en prise sur l'une
des parties terminales de transmission d'efforts du
vérin par de premiers moyens de liaison en translation
selon l'axe d'articulation précité. Au contraire, l'autre
premier palier est libre de se déplacer parallèlement
à cet axe d'articulation par rapport à l'autre
partie terminale de transmission d'efforts du vérin. De
façon comparable, le deuxième palier est en prise sur
la partie centrale de transmission d'efforts du vérin
par des deuxièmes moyens de liaison en translation
selon l'axe d'articulation.
Dans une forme de réalisation préférentielle
de la gouverne selon l'invention, cette gouverne
comprend au moins deux panneaux reliés entre eux par au
moins une manille, un vérin rotatif étant logé dans
chacun des panneaux.
On décrira à présent, à titre d'exemple non
limitatif, une forme de réalisation préférentielle de
l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans
lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus d'un avion supersonique, représentant notamment l'implantation des élevons dont la commande peut être assurée à l'aide de vérins rotatifs coniques conformes à l'invention ;
- la figure 2 est une vue de dessus, avec arrachement partiel, représentant à plus grande échelle l'implantation des vérins de commande de l'un des élevons interne de l'avion illustré sur la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue de dessus, à plus grande échelle et en coupe longitudinale partielle représentant à plus grande échelle l'un des vérins coniques de commande de l'élevon interne de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une partie du vérin de la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3, représentant à plus grande échelle l'un des paliers par lesquels les vérins sont reliés au longeron arrière de la demi-voilure correspondante ; et
- la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 3 représentant le palier par lequel le vérin est relié au panneau correspondant de l'élevon interne.
Une forme de réalisation préférentielle du
vérin rotatif conique selon l'invention va à présent
être décrite dans son application à la commande des
élevons d'un avion supersonique. Il est fait observer
que les avantages procurés par le vérin rotatif conique
selon l'invention peuvent conduire à utiliser un ou
plusieurs vérins de ce type dans de nombreuses autres
applications.
Sur la figure 1, on a désigné par la référence
10 chacune des demi-voilures d'un avion supersonique.
Chaque demi-voilure 10 comporte sur son bord de
fuite un élevon interne 12, un élevon médian 14 et un
élevon externe 16. Ces élevons constituent des gouvernes
remplissant différentes fonctions, notamment de
roulis et de profondeur.
Chacun des élevons 12, 14 et 16 est monté
pivotant sur le longeron arrière 18 (figure 2) de la
demi-voilure correspondante, autour d'un axe xx' sensiblement
parallèle à ce longeron. Chaque élevon dispose
d'un débattement limité, par exemple de plus ou moins
25° par rapport à sa position médiane où il est aligné
avec la demi-voilure.
Pour tenir compte à la fois de la rigidité
différente des élevons 12 et 14 et des demi-voilures
10, ainsi que de la nécessité de commander chacun des
élevons par trois circuits hydrauliques séparés afin
d'assurer la redondance nécessaire à la sécurité, chacun
des élevons 12 et 14 est découpé en trois panneaux
articulés adjacents, de dimensions sensiblement égales,
selon la direction définie par le longeron arrière 18.
Ces trois panneaux sont désignés par les références
12a, 12b et 12c pour les élevons internes 12 et 14a,
14b et 14c pour les élevons médians 14. Conformément à
l'invention, chacun des panneaux 12a, 1b et 12c et 14a,
14b et 14c est commandé par un vérin rotatif conique
16. Plus précisément, les trois vérins rotatifs
coniques 16 associés à chacun des élevons 12 et 14 sont
identiques.
On a représenté plus en détail sur la figure
2 l'implantation des trois vérins 16 servant à
commander les trois panneaux 12a, 12b et 12c de l'un
des élevons internes 12. L'implantation des vérins
commandant les autres élevons est réalisée selon le
même principe. Elle ne sera donc pas décrite.
Comme l'illustre notamment la figure 2, les
trois vérins 16 assurant la commande de élevons 12
présentent une symétrie de révolution autour d'un axe
confondu avec l'axe de pivotement xx' de l'élevon.
Chaque vérin 16 est logé dans le bord de fuite du panneau
12a, 12b ou 12c correspondant.
Plus précisément, chacun des vérins rotatifs
coniques 16 comporte une partie centrale de transmission
d'efforts reliée par un palier 20 au longeron
avant 22 et à la nervure forte médiane 24 du panneau
correspondant.
Par ailleurs, chacun des vérins rotatifs
coniques 16 comporte deux parties terminales de transmission
d'efforts qui sont reliées par deux paliers 26
au longeron arrière 18 de la demi-voilure 10 correspondante.
Chacun des vérins rotatifs coniques 16 est
alimenté en fluide hydraulique sous pression par un
bloc hydraulique 30. Dans le cas des élevons internes
12, les blocs hydrauliques 30 sont montés sur le longeron
arrière 18 de la voilure, de façon à ménager entre
ce longeron et le bord d'attaque de chacun des panneaux
de l'élevon un espace permettant notamment le passage
d'un certain nombre de canalisations reliant les
moteurs au fuselage de l'avion. Dans le cas de gouvernes
implantées différemment telles que les élevons
intermédiaires 14 sur la figure 1, les blocs hydrauliques
peuvent être montés directement sur les vérins 16.
La structure de l'un des vérins rotatifs
coniques 16 conforme à l'invention va à présent être
décrite en détail en se référant notamment aux figures
3 et 4.
Comme l'illustrent ces figures, dans la
forme de réalisation représentée, le vérin rotatif
conique 16 conforme à l'invention comporte un corps
intérieur tubulaire 32 formant rotor et deux corps
extérieurs tubulaires 34 formant stator, montés coaxialement.
De façon plus précise, le corps intérieur
tubulaire 32 comporte une partie centrale 36 de transmission
d'efforts, prévue pour être en prise sur le
palier 20 d'une manière qui sera décrite plus en détail
ultérieurement. De part et d'autre de cette partie
centrale 36 de transmission d'efforts, le corps intérieur
32 comporte deux partie tubulaires 38, symétriques
par rapport au plan médian du vérin, confondu avec
le plan de coupe VI-VI sur la figure 3.
Les deux corps extérieurs 34 sont identiques
et chacun d'entre eux est reçu sur l'une des parties
tubulaires 38 du corps intérieur 32, de façon à
délimiter entre cette partie 38 et le corps extérieur
34 correspondant un espace annulaire étanche vis-à-vis
de l'extérieur. A proximité des extrémités du vérin,
chaque corps extérieur 34 comporte sur sa surface extérieure
une partie terminale 62 de transmission d'efforts,
prévue pour être en prise sur le palier 26 correspondant,
d'une manière qui sera décrite plus en
détail ultérieurement.
Chacune des parties tubulaires 38 du corps
intérieur 32 porte sur sa surface extérieure des palettes
40 orientées radialement vers l'extérieur (figure
5). Ces palettes 40 sont régulièrement réparties sur la
périphérie de la partie tubulaire 38. Elles sont par
exemple au nombre de quatre dans la forme de réalisation
représentée. Les bords des palettes 40 tournés
vers le corps extérieur 34 correspondant portent des
joints d'étanchéité 42 assurant l'étanchéité du contact
entre ces deux pièces.
De façon comparable, chacun des corps extérieurs
34 porte sur sa surface intérieure des palettes
44 orientées radialement vers l'intérieur. Les palettes
44 sont régulièrement réparties autour de l'axe du
vérin et leur nombre est le même que celui des palettes
40, de telle sorte que les palettes 40 et 44 sont disposées
de façon alternée autour de l'axe du vérin. Dans
la forme de réalisation représentée, chacun des corps
extérieurs 34 comporte donc également quatre palettes
44. Les bords des palettes 44 tournés vers le corps
intérieur 32 portent des joints d'étanchéité 46 qui
sont en contact étanche avec la surface extérieure de
la partie tubulaire 38 correspondante du corps intérieur
32.
Du fait de l'agencement qui vient d'être
décrit et selon une configuration classique dans les
vérins rotatifs, l'espace annulaire délimité entre
chaque corps extérieur 34 et la partie tubulaire 38 du
corps intérieur 32 est divisé par les palettes alternées
40 et 44 en deux séries de chambres à volume
variable, désignées par les références 48 et 50 sur la
figure 5.
Le montage de chacun des corps extérieurs
34 sur le corps intérieur 32 du vérin est réalisé de
telle sorte qu'une rotation relative entre ces deux
pièces soit possible. Pour cela, l'extrémité de chacun
des corps extérieurs 34 coopère avec les extrémités de
la partie tubulaire 38 correspondante du corps intérieur
32 par deux roulements 52 et 54 tels que des
roulements à aiguille.
Le bloc hydraulique 30 (figure 2) associé à
chacun des vérins 16 est relié aux deux corps
extérieurs 34 de ce dernier par des tuyauteries 56.
Plus précisément, un premier groupe de tuyauteries 56
débouche dans les chambres 48, alors qu'un deuxième
groupe de tuyauteries 56 débouche dans les chambres 50.
Grâce à cet agencement, il est possible de
mettre en pression les chambres 48 tout en mettant à
l'atmosphère les chambres 50, ou inversement, de façon
à commander la rotation du corps intérieur 32 dans les
corps extérieurs 34 dans l'un ou l'autre sens.
Conformément à l'invention, la section de
l'un au moins des corps intérieur 32 et extérieur 34
est évolutive, de telle sorte que les palettes 40 et 44
présentent une hauteur qui décroít d'une extrémité à
l'autre de ces palettes.
Dans la forme de réalisation illustrée sur
les figures, cette caractéristique est obtenue en donnant
au corps tubulaire extérieur 34 une section uniforme,
c'est-à-dire une forme cylindrique et en donnant
à chacune des parties tubulaires 38 du corps intérieur
32 une section évolutive.
Dans l'exemple de réalisation représenté
sur les figures 3 et 4, la section évolutive de chacune
des parties tubulaires 38 du corps intérieur 32 est
obtenue en formant dans chaque partie 38 une partie 38a
sensiblement tronconique, dont le diamètre va en diminuant
à partir de la partie centrale 36 de transmission
d'efforts, et une partie 38b sensiblement cylindrique,
prolongeant l'extrémité de relativement petit diamètre
de la partie 38a sensiblement tronconique, jusqu'à
l'extrémité correspondante du vérin 16.
Comme on l'a déjà indiqué, cette forme
n'est donnée qu'à titre d'exemple, la génératrice de
chacune des parties tubulaires 38 pouvant prendre une
forme différente, par exemple droite ou incurvée.
Dans cette configuration, l'extrémité de
relativement grand diamètre de la partie 38a sensiblement
tronconique de chacune des parties tubulaires 38
présente un diamètre extérieur sensiblement égal au
diamètre du corps intérieur 34 reçu sur cette partie
tubulaire 38. Chacune des palettes 40 et 44 présente
une forme approximativement triangulaire. Un calcul
simple permet de montrer que, pour une même surface
active des palettes et pour un vérin présentant le même
diamètre extérieur, la forme donnée aux palettes 40 et
44 dans le vérin rotatif conique selon l'invention
permet d'accroítre de 16,7 % le rendement du vérin par
rapport à un vérin rotatif cylindrique de conception
traditionnelle.
De plus, la forme du corps intérieur 32
constituant le rotor du vérin réduit la déformation de
cette pièce en torsion par accroissement linéaire de
son diamètre. Cette caractéristique rend négligeable
les déformations en torsion du corps intérieur 32 par
rapport aux déformations consécutives à la pressurisation
des chambres 48 ou 50.
Pour permettre le montage et le démontage
de chacun des corps extérieurs 34 du vérin rotatif
conique 16, le corps intérieur tubulaire 32 se prolonge
à chacune de ses extrémités par une partie filetée 39
(figure 4) sur laquelle est vissé un écrou de blocage
56. Une butée à rouleaux 58 est interposée entre
l'écrou 56 et une face d'extrémité du corps extérieur
34 correspondant, de façon à permettre le blocage en
translation du corps intérieur 32 sans en empêcher la
rotation. Une vis creuse 60 est vissée dans chacune des
extrémités du corps intérieur 32 de façon à bloquer
l'écrou 56 correspondant.
Chaque partie terminale 62 de transmission
d'efforts est en prise sur l'un des paliers 26 selon un
agencement qui va à présent être décrit en se référant
à la figure 5.
Chacun des paliers 26 est monté sur le longeron
arrière 18 de la demi-voilure 10 correspondante
de façon à pouvoir tourner autour d'un axe yy' perpendiculaire
au longeron arrière 18 et passant par l'axe
d'articulation xx' du panneau correspondant tel que le
panneau 12a sur la figure 5.
A cet effet, chacun des paliers 26 comporte
une face plane 64 qui est en appui sur la face arrière
du longeron arrière 18 par l'intermédiaire d'une butée
à aiguilles 68. Une partie cylindrique 70 du palier 26
fait saillie sur la face plane 64 selon l'axe yy', en
traversant un passage circulaire formé dans le longeron
arrière 18. Sur la face avant du longeron arrière 18,
un écrou 72 est vissé sur une partie filetée de la
partie cylindrique 70, de façon à coopérer avec cette
face avant du longeron 18 par une deuxième butée à
aiguilles 74.
Par ailleurs, chacun des paliers 26 est en
prise avec la partie terminale 62 de transmission d'efforts
du corps extérieur 34 correspondant du vérin, par
l'intermédiaire de moyens de liaison en rotation autour
de l'axe d'articulation xx' du panneau 12a. Dans la
forme de réalisation illustrée sur la figure 5, ces
moyens de liaison en rotation sont constitués par des
cannelures 76 en développante de cercle, formées sur
les parties terminales 62 de transmission d'efforts et
par des cannelures complémentaires 77 formées dans une
couronne 28 du palier 26, entourant la partie terminale
précitée.
Il est à noter que cet agencement permet de
transmettre les efforts entre le vérin et la
demi-voilure correspondante près des panneaux de revêtement
de la voilure. Cela permet de réduire l'encombrement
des paliers 26 entre le longeron arrière 18 et
le vérin 16 proprement dit. La place ainsi libérée
facilite le cheminement des canalisations issues des
moteurs de l'avion.
En outre, l'un des paliers 26 (par exemple
celui qui n'est pas représenté sur la figure 5) porte
des moyens de liaison en translation entre ce palier et
le corps extérieur 34 correspondant, selon l'axe d'articulation
xx' du panneau 12a. Ces moyens de liaison en
translation peuvent notamment être constitués par des
flasques solidaires du palier et venant se placer de
part et d'autre des extrémités des cannelures 76 qui
font saillie sur la surface extérieure du corps extérieur
34 correspondant. Au contraire, l'autre palier 26
est libre en translation sur la partie terminale 62 de
transmission d'efforts correspondante.
L'agencement qui vient d'être décrit assure
la liaison en translation du vérin 16 et du longeron
arrière 18 de la demi-voilure 10 correspondante, tout
en permettant un déplacement relatif nécessaire à la
flexion de la demi-voilure.
On décrira à présent en se référant à la
figure 6 un exemple de réalisation du palier 20 reliant
le corps intérieur 32 du vérin 16 au panneau 12a, en se
référant à la figure 6.
Comme l'illustre cette figure, le palier 20
est fixé sur une ferrure d'introduction d'efforts 78,
elle-même fixée au longeron avant 22 et à la nervure
forte médiane 24 (figure 2) du panneau 12a correspondant.
Ce palier 20 coopère avec la partie centrale
36 de transmission d'efforts du vérin 16 par des
moyens de liaison en rotation. Comme pour les paliers
26, ces moyens de liaison en rotation comprennent des
cannelures 80 en développante de cercle, formées sur la
surface extérieure de la partie centrale 36 de transmission
d'efforts, et des cannelures complémentaires 81
formées dans une couronne 82 du palier 20 entourant
cette partie centrale 36.
En outre, des moyens sont prévus pour assurer
la liaison en translation entre le palier 20 et la
partie centrale 36 de transmission d'efforts du vérin
16, selon l'axe de pivotement xx' du panneau 12a. Ces
moyens de liaison en translation comprennent par exemple
deux flasques 84, solidaires du palier 20 et situés
de part et d'autre des extrémités des cannelures 81 qui
font saillie sur la surface extérieure du corps intérieur
32.
Comme on l'a illustré très schématiquement
en 86 sur la figure 2, le caractère creux du corps
tubulaire intérieur 32 de chacun des vérins 16 permet
de relier les corps intérieurs 32 en série par une
canalisation 86 appartenant à un circuit de conditionnement
en température d'un fluide caloporteur. Il est
ainsi possible de faire circuler dans les vérins un
fluide caloporteur permettant notamment de réchauffer
ces derniers pour faciliter leur actionnement lorsque
la température extérieure est trop basse.
Afin que la défaillance de l'un quelconque
des trois circuits équipant l'aéronef soit sans conséquence
sur l'actionnement simultané de chacun des trois
panneaux 12a, 12b et 12c de l'élevon 12, au moins une
manille 88 est de préférence placée entre chaque paire
de panneaux adjacents de l'élevon, sensiblement à
mi-corde de ces panneaux. Les manilles 88 permettent en
outre d'éviter la rotation de chacun des panneaux
autour de sa nervure centrale 24, qui pourrait se produire
du fait de son entraínement en rotation par un
palier 20 unique.
En plus des avantages intrinsèques aux
vérins rotatifs coniques qui ont été énoncés précédemment,
l'application de ces vérins à la commande des
gouvernes d'un aéronef procure de nombreux avantages.
Ainsi, l'implantation des vérins dans le
bord d'attaque des gouvernes, habituellement inoccupé,
libère un espace dans une zone habituellement très
encombrée située à proximité de l'arrière du longeron
arrière de la voilure.
Par ailleurs, les transferts d'efforts entre
les vérins et la voilure s'effectuent près des
panneaux de revêtement de cette dernière, ce qui réduit
les efforts introduits dans les structures. Il est
ainsi possible d'évider la structure du palier 20 près
de son axe de symétrie.
Comme on l'a déjà souligné, un vérin rotatif
conique conforme à l'invention peut être utilisé dans
de nombreux secteurs industriels, dès lors qu'un mouvement
de rotation alternatif de relativement faible
amplitude doit être commandé. Par ailleurs, selon
l'effort à exercer, ce vérin peut être simple ou
double, comme celui qui vient d'être décrit. Le nombre
de palettes est adapté à l'amplitude du mouvement à
commander.
Claims (16)
- Vérin rotatif, comprenant un corps intérieur (32) et au moins un corps extérieur (34) montés coaxialement l'un dans l'autre de façon à définir entre eux au moins un espace annulaire, des premières palettes (40) et des deuxièmes palettes (44) solidaires respectivement du corps intérieur et du corps extérieur et disposées de façon alternée dans ledit espace annulaire, pour y définir alternativement des premières (48) et des deuxièmes (50) chambres de commande étanches à volume variable, dont une mise en pression alternée commande une rotation relative entre les corps intérieur (32) et extérieur (34), caractérisé par le fait que l'un au moins des corps intérieur (32) et extérieur (34) présente une section évolutive, de telle sorte que les premières (40) et les deuxièmes palettes (44) présentent une hauteur qui décroít d'une extrémité à l'autre de ces palettes.
- Vérin rotatif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps extérieur (34) présente une section constante alors que le corps intérieur (32) présente une section évolutive.
- Vérin rotatif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps intérieur (32) présente une partie (38a) sensiblement tronconique et une partie(38b) sensiblement cylindrique prolongeant une extrémité de relativement petit diamètre de la partie sensiblement tronconique.
- Vérin rotatif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une extrémité de relativement grand diamètre de la partie sensiblement tronconique du corps intérieur (32) présente un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur du corps extérieur (34) .
- Vérin rotatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps intérieur (32) et le corps extérieur (34) constituent respectivement un rotor et un stator.
- Vérin rotatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps intérieur (32) est un corps tubulaire apte à être relié à un circuit (86) de conditionnement en température d'un fluide caloporteur.
- Vérin rotatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend deux corps extérieurs (34) montés coaxialement sur deux parties (38) du corps intérieur (32), chacune de ces deux parties portant des premières palettes (40) disposées de façon alternée avec les deuxièmes palettes (44) portées par chacun des corps extérieurs (34).
- Vérin rotatif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il présente une symétrie par rapport à un plan médian coupant- le corps intérieur (32) en son milieu.
- Vérin rotatif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que les hauteurs des premières et des deuxièmes palettes (40,44) décroissent depuis le plan médian du vérin vers ses extrémités.
- Vérin rotatif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le corps intérieur (32) comprend, entre les parties (38) portant les premières palettes (40), une partie centrale (36) de transmission d'efforts, chacun des corps extérieurs (34) comprenant une partie terminale (62) de transmission d'efforts, à proximité de chacune des extrémités du vérin.
- Gouverne d'aéronef, comprenant au moins un panneau (12a,12b,12c), articulé sur un longeron arrière (18) d'un élément de voilure (10) d'aéronef, autour d'un axe d'articulation (xx') sensiblement parallèle à ce longeron arrière, et des moyens de commande de pivotement du panneau autour de cet axe d'articulation, caractérisée par le fait que les moyens de commande de pivotement comprennent au moins un vérin (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, logé dans le panneau (12a,12b,12c) selon ledit axe d'articulation (xx').
- Gouverne d'aéronef selon les revendications 10 et 11 combinées, caractérisée par le fait que les parties terminales (62) de transmission d'efforts du vérin rotatif (16) sont montées dans des premiers paliers (26) portés par le longeron arrière (18) et que la partie centrale (36) de transmission d'efforts du vérin rotatif est montée dans un deuxième palier (20) porté par le panneau (12a).
- Gouverne d'aéronef selon la revendication 12, caractérisée par le fait que chacun des premiers paliers (26) est porté par le longeron arrière (18) de façon à pouvoir tourner autour d'un premier axe (yy') perpendiculaire au longeron et passant par l'axe d'articulation (xx') du panneau.
- Gouverne d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisée par le fait que chacun des premiers paliers (26) est en prise sur les parties terminales (62) de transmission d'efforts du vérin par des premiers moyens (76) de liaison en rotation autour de l'axe d'articulation du panneau et que le deuxième palier (20) est en prise sur la partie centrale (36) de transmission d'efforts du vérin par des deuxièmes moyens (80) de liaison en rotation autour de l'axe d'articulation.
- Gouverne d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée par le fait que l'un des premiers paliers (26) est en prise sur l'une des parties terminales (62) de transmission d'efforts du vérin par des premiers moyens de liaison en translation selon l'axe d'articulation du panneau et que le deuxième palier (20) est en prise sur la partie centrale (36) de transmission d'efforts du vérin par des deuxièmes moyens (84) de liaison en translation selon l'axe d'articulation.
- Gouverne d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisée par le fait que la gouverne (12) comprend au moins deux panneaux (12a,12b) reliés entre eux par au moins une manille (88), un vérin rotatif (16) étant logé dans chacun des panneaux.
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