FR2965545A1 - Train d'atterrissage d'aeronef comprenant un moteur electrique - Google Patents

Abstract

Le train d'atterrissage (14) d'aéronef, comprend : - au moins une roue (16) comprenant une jante (26), et - une machine électrique (18) comprenant un stator (24) et un rotor rigidement solidaire de la jante.

Description

-1- L'invention concerne les trains d'atterrissage d'aéronef. On connaît du document EP-1 904 368 un avion muni d'une roue avant motorisée de train d'atterrissage. Le stator du moteur correspond à la fusée de la roue. Son rotor est relié à la jante par l'intermédiaire d'engrenages permettant au moteur de mettre la roue en rotation. Ce moteur permet de faire rouler l'avion au sol en l'entraînant d'une façon qui est, au moins en partie, indépendante de la poussée fournie par les moteurs principaux de l'avion assurant la propulsion en vol. Le moteur de ce document a toutefois pour inconvénient de rendre le train d'atterrissage encombrant. En d'autres termes, cet agencement augmente considérablement les dimensions et la masse du train avant. Un but de l'invention est de fournir un train d'atterrissage motorisé ayant des dimensions et une masse réduites. A cet effet, on prévoit selon l'invention un train d'atterrissage d'aéronef, qui comprend : - au moins une roue comprenant une jante, et - une machine électrique comprenant un stator et un rotor rigidement solidaire de la jante. Ainsi, l'entraînement direct de la jante par le rotor permet de se dispenser des liaisons par engrenage présentes dans l'art antérieur. On peut donc réduire les dimensions et la taille du train. On peut aussi en simplifier la conception ainsi que l'assemblage. Avantageusement, la jante comprend le rotor. Ainsi, c'est la jante elle-même qui forme le rotor du moteur, ce qui permet encore de réduire les dimensions et la masse du train. De préférence, la jante est d'une seule pièce avec le rotor. On réduit encore ainsi davantage les dimensions et la masse de l'ensemble. De préférence, la machine est de type synchrone et sans balai. Cette machine est réversible et peut donc servir de moteur et de générateur de courant. On peut prévoir que le train comprend des aimants et des enroulements s'étendant au droit de la roue. Avantageusement, le train comprend des aimants et des enroulements, les uns parmi les aimants et les enroulements étant portés par une face orientée en direction d'un axe de la roue et les autres parmi les aimants et les enroulements étant portés par une face orientée en direction opposée à l'axe. De préférence, les aimants sont portés par la face orientée en direction de 2965545 -2- l'axe et les enroulements sont portés par l'autre face. Avantageusement, les aimants sont reçus dans une gorge du rotor. Ils se trouvent ainsi protégés à l'égard des chocs et des autres agressions. De préférence, le stator porte le rotor dans une zone située au droit de la 5 roue. Cet agencement permet lui aussi de réduire la dimension axiale du train. De préférence, le stator porte le rotor dans une cavité du stator. On prévoit également selon l'invention un aéronef qui comporte un train d'atterrissage selon l'invention.

10 On prévoit en outre selon l'invention un procédé de commande d'un aéronef dans lequel, lors d'un atterrissage, avant que l'aéronef touche le sol, la machine met en rotation la roue, de préférence avec une vitesse fonction d'une vitesse de l'aéronef par rapport au sol. On prévoit enfin selon l'invention un procédé de commande d'un aéronef 15 dans lequel, lors d'un décollage, après que l'aéronef a quitté le sol, on freine la roue au moyen de la machine. Ces deux procédés permettent de tirer parti de la présence de la machine dans le train afin respectivement de mettre en mouvement la roue à une vitesse convenable préalablement à l'atterrissage pour faciliter son contact avec le sol et 20 de récupérer l'énergie de la roue après le décollage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un aéronef selon l'invention au sol ; 25 - la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale suivant le plan II-II du train avant de l'aéronef de la figure 1 ; et - la figure 3 est une demie vue en coupe montrant à plus grande échelle une partie du train de la figure 2. On a illustré aux figures 1 à 3 un aéronef selon l'invention. Il s'agit dans le 30 présent exemple d'un aérodyne et en l'espèce d'un avion 2 comprenant un fuselage 4 et deux ailes 6. Il comprend un empennage 8 et des réacteurs 10 fixés aux ailes respectives. Il s'agit d'un avion apte au transport commercial de marchandises et/ou d'un ou plusieurs passagers. L'avion est apte à effectuer un vol long-courrier en emportant au moins 50 passagers, voire au moins 100 ou 200 35 passagers ou du fret. Il comprend à l'avant du fuselage 4 un poste de pilotage 12 destiné à être occupé par au moins un pilote. L'avion comprend un train d'atterrissage avant ou roulette 14 et des trains 2965545 -3- principaux 17, en l'espèce au nombre de deux. Le train avant 14 comprend dans le présent exemple deux roues 16 dont une est représentée plus en détail aux figures 2 et 3. Ce nombre, toutefois, n'est pas limitatif et on pourra réduire ou augmenter le nombre de roues dans le train avant. Les deux roues du train ont un 5 axe de rotation horizontal commun 22. Sauf indication contraire, toutes les pièces du train qui vont être décrites ci-après sont à symétrie de révolution autour de l'axe 22. Le train 14 comprend pour chaque roue un support 20 illustré à gauche sur les figures. Ce support est solidaire du châssis du train ainsi que de la colonne de 10 direction du train. Le train 14 comprend deux machines électriques tournantes 18 pouvant notamment fonctionner en moteur, associées aux roues 16 respectives. Nous allons décrire ci-après l'agencement de l'une des machines et de l'une des roues. L'agencement des deux machines et des deux roues est symétrique par rapport 15 au plan vertical longitudinal médian de l'avion. La machine 18 est ici une machine synchrone à aimants permanents, sans balai et à courant continu. Elle comprend un stator 24 et un rotor 26. Le stator 24 est fixé rigidement au support 20, par exemple au moyen de boulons dont la vis traverse des orifices coaxiaux 28 du stator et du châssis décentrés par rapport à 20 l'axe 22. Le stator 24 comprend un corps creux en forme de manchon présentant une face externe circonférentielle cylindrique 30 orientée en direction opposée à l'axe 22. Les orifices 28 sont ménagés dans un rebord s'étendant à l'extrémité proximale de ce corps. La face 30 porte des enroulements formant un bobinage 25 ou un solénoïde pour le stator. Le stator 24 présente une face principale interne cylindrique 34 et une face secondaire interne cylindrique 36 s'étendant en saillie radiale de la face principale et dont elle est séparée par deux épaulements à ses extrémités axiales. La roue comprend un arbre 38 par l'intermédiaire duquel elle est portée par le 30 stator 24. Le train comprend deux paliers annulaires 40 en contact par leurs faces internes avec l'arbre 38 et par leurs faces externes avec la face principale 34. L'arbre est donc reçu dans la cavité du stator. Les paliers sont en butée axiale contre les épaulements respectifs à l'encontre de leur déplacement en direction l'un de l'autre. Il s'agit en l'espèce de roulements coniques disposés suivant un 35 montage en « O », les axes des éléments roulants coniques étant inclinés dans des directions opposées par rapport à l'axe 22 d'un palier à l'autre. L'arbre 38 est rigidement fixé au rotor 26. Pour cela, l'arbre comprend un 2965545 -4- tronçon 44 à section carrée dans un plan perpendiculaire à l'axe 22. La roue comprend une plaque 46 formant un arrêt de fusée, s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe 22 et présentant en son centre un orifice carré enfilé sur le secteur 44. La plaque est, quant à elle, rigidement fixée à un flasque ou plateau 5 plat 48 du rotor 26 au moyen de plusieurs boulons 50 dont l'axe est parallèle à l'axe 22 mais décalé par rapport à ce dernier. Les éléments de fixation 50 peuvent comprendre des pions de centrage relatifs des deux pièces et des goujons de montage par exemple de diamètre compris entre 3 et 5 millimètres. On peut modifier le nombre et le diamètre des goujons qui sont fonction des charges à 10 transmettre aux roues. L'arbre 38 est par ailleurs rigidement fixé à la plaque 46. Une rondelle 52 est interposée suivant la direction axiale entre d'une part la partie de l'arbre portée par les paliers et d'autre part la plaque 46. Un écrou 56 est enfilé sur l'extrémité filetée de l'arbre pour serrer la plaque 46 et la rondelle contre le reste de l'arbre.

15 L'écrou s'étend dans un évidement du plateau et est auto-freiné sur l'arbre 38. Comme illustré à la figure 3, on peut prévoir d'inverser la position de la rondelle 52 et du plateau 46 pour placer ce dernier entre la rondelle et la partie de l'arbre portée par les paliers. La rondelle 52 est alors par exemple de type « Grower » en vue de freiner l'écrou.

20 Le rotor comprend une paroi cylindrique 60 présentant un bord d'extrémité distale à partir duquel s'étend le flasque 48 qui est d'une seule pièce avec la paroi. La paroi 60 présente une face interne cylindrique 62 orientée en direction de l'axe 22. La machine comprend des aimants permanents 64 fixés, par exemple par collage, à la face 62. Les aimants 64 se trouvent donc en regard de 25 l'enroulement 32 suivant la direction radiale à l'axe 22. Les aimants 64 sont montés suivant un agencement en étoile. A son bord d'extrémité proximale, la paroi 60 du rotor présente un rebord 76 s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe 22 et en direction de ce dernier. Ce rebord coopère avec la paroi 60 et le flasque 48 pour former une gorge annulaire dans laquelle sont reçus les aimants 30 64 et qui contribue à les protéger lors du montage de la jante sur l'arbre 38. Dans le présent mode de réalisation, la roue présente une jante qui non seulement est rigidement fixée au rotor 26, mais est formée par ce dernier en étant d'une seule pièce avec lui. La jante comprend des supports de pneumatiques 66 s'étendant radialement en saillie d'une face externe 70 de la 35 paroi 60 et présentant une forme annulaire. La roue comprend enfin un pneumatique 72 fixé aux supports 66. Le pneumatique est de préférence sans chambre à air. 2965545 -5- On voit donc que le stator 24 et le rotor 26 s'étendent au droit de la roue. Plus précisément, l'arbre 38, l'enroulement 32 et les aimants 64 s'étendent au droit de la jante 26 et du pneumatique 72. Le stator 24 forme en l'espèce la fusée de la roue.

5 La jante ou rotor 26 est de préférence réalisée en alliage d'aluminium pour ne pas interférer avec les champs magnétiques créés par les aimants. Elle peut aussi être réalisée en acier faiblement allié et amagnétique. La machine est alimentée en courant électrique au moyen d'un câblage 80 s'étendant le long du support 20 et du stator 24 mais décentré par rapport à 10 l'axe 22, et par l'intermédiaire d'un contrôleur 82 qui permet de commander la machine et notamment de choisir un mode de fonctionnement en moteur ou en générateur de courant. Le contrôleur est connecté à un accélérateur électrique 84. En variante, ce dernier peut être mécanique et commandé par une pédale d'accélérateur.

15 Comme on le voit, dans cet agencement, la fusée de la roue qui sert aussi de stator porte les bobinages 32 qui créent le champs magnétique tournant permettant d'entraîner le rotor. Le contrôleur 82 permet de faire varier la vitesse et le sens de rotation de ce champ tournant. Ainsi, en inversant le sens de rotation du champ, on peut freiner la roue.

20 On voit également que la face interne du stator est associée à la fixation de la roue au support 20 tandis que sa face externe est associée à la coopération électromagnétique avec le rotor notamment pour le faire tourner. Cet agencement permet de changer rapidement la roue si besoin. La roue peut en effet être changée de la même manière qu'une roue classique. Pour cela, on désolidarise la 25 jante 26 de la plaque 46 si on souhaite ne changer que la roue en elle-même, à savoir le pneumatique 16 et la jante 26. On peut aussi ôter toute la partie tournante comprenant la jante 26 et l'arbre 38. Si on souhaite remplacer l'ensemble formé par la roue et le stator 24, on sépare ce dernier du support 20.Cet agencement permet aussi de limiter les dimensions et la masse de 30 l'ensemble. Un tel train d'atterrissage peut être utilisé pour mouvoir l'avion au sol lors du roulage d'une façon partiellement voire totalement indépendante d'une poussée éventuelle fournie par les propulseurs 10. Suivant le sens de rotation des roues 16 et le déplacement désiré de l'avion, la machine peut entraîner l'avion en 35 mode moteur ou bien le freiner en mode générateur, sans générer d'usure mécanique dans chacun des cas. Les pertes sont essentiellement d'ordre calorifique. Ainsi, on peut prévoir un mode normal dans lequel le moteur entraîne 2965545 -6- la roue pour déplacer l'avion. On peut au contraire prévoir un mode en freinage avec éventuellement une récupération d'énergie mécanique pour la convertir en courant, mode dans lequel la machine fonctionne comme un générateur. On peut prévoir notamment que, lors d'un atterrissage, avant le contact de 5 l'avion avec le sol, on détermine une valeur de vitesse de l'avion par rapport au sol et on met la roue en rotation au moyen du moteur 18 avec une vitesse fonction de la valeur déterminée. On peut ainsi donner à la roue une vitesse tangentielle proche ou identique à la vitesse de déplacement de l'avion et ainsi faciliter le contact ultérieur du train avec le sol.

10 Par ailleurs, on peut prévoir que, lors d'un décollage, après que l'avion a quitté le sol et que la roue tourne à grande vitesse, on freine cette dernière au moyen de la machine fonctionnant en générateur afin de récupérer l'énergie mécanique et de la convertir en courant électrique. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications 15 sans sortir du cadre de celle-ci. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus au sein d'un train avant, elle est applicable aux trains principaux. Que ce soit dans le train avant ou dans les trains principaux, on pourra prévoir un nombre de roue motrice conforme à l'invention égal à 1, 2 ou supérieur.

20 La machine électrique tournante pourra être une machine asynchrone ou encore une machine à courant alternatif. On pourra mettre en ceuvre les procédés de commande de l'aéronef au décollage et à l'atterrissage indépendamment de l'agencement du train d'atterrissage selon l'invention. 25

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Train d'atterrissage (14) d'aéronef (2), caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une roue (16) comprenant une jante (26), et - une machine électrique (18) comprenant un stator (24) et un rotor rigidement solidaire de la jante.
2. 2. Train d'atterrissage selon la revendication précédente dans lequel la jante (26) comprend le rotor.
3. 3. Train d'atterrissage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la jante (26) est d'une seule pièce avec le rotor.
4. 4. Train d'atterrissage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la machine (18) est de type synchrone et sans balai.
5. 5. Train d'atterrissage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend des aimants (64) et des enroulements (32), les uns (64) parmi les aimants et les enroulements étant portés par une face (62) orientée en direction d'un axe (22) de la roue et les autres (32) parmi les aimants et les enroulements étant portés par une face (30) orientée en direction opposée à l'axe.
6. 6. Train d'atterrissage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le stator (24) porte le rotor (26) dans une zone située au droit de la roue.
7. 7. Train d'atterrissage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le stator (24) porte le rotor (26) dans une cavité du stator.
8. 8. Aéronef (2) caractérisé en ce qu'il comporte un train d'atterrissage (14) selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes.
9. 9. Procédé de commande d'un aéronef (2) selon la revendication précédente caractérisé en ce que, lors d'un atterrissage, avant que l'aéronef touche le sol, la machine met en rotation la roue (16), de préférence avec une vitesse fonction d'une vitesse de l'aéronef par rapport au sol.
10. 10. Procédé de commande d'un aéronef (2) selon la revendication 8 caractérisé en ce que, lors d'un décollage, après que l'aéronef a quitté le sol, on freine la roue (16) au moyen de la machine.