FR2988073A1

FR2988073A1 - Aeronef

Info

Publication number: FR2988073A1
Application number: FR1352346A
Authority: FR
Inventors: Bernhard Hauber; Felix Hornbach
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-09-20
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: FR2988073B1; DE102012005346A1; DE102012005346B4

Abstract

L'invention concerne un aéronef avec au moins un système d'hypersus tentat ion disposé à l'aile (10) de l'aéronef, qui comprend au moins une unité d'entraînement pour la transformation de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation commandé par le nombre de tours, l'aéronef comprenant en outre au moins une unité de commande qui commande le système d'hypersustentation. Selon l'invention, il est associé au système d'hypersus tentation au moins un accumulateur d'énergie (50) pour l'actionnement de celui-ci.

Description

La présente invention concerne un aéronef avec au moins un système d'hypersustentation disposé à la surface portante ou aile de l'aéronef, qui comprend au moins une unité d'entraînement pour la transformation de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation commandé par le nombre de tours, l'aéronef comprenant en outre au moins une unité de commande qui commande le système d'hypersustentation. Par système d'hypersustentation, on comprend usuellement un dispositif à une aile d'un aéronef qui, durant la phase de décollage et d'atterrissage, sert à augmenter le coefficient de sustentation de l'aile, moyennant quoi l'aéronef est apte à voler, déjà à des vitesses réduites. Usuellement, il s'agit de systèmes de volets d'atterrissage et/ou du système de volet ou bec de bord d' attaque. Les systèmes d'hypersustentation classiques sont reliés directement à l'alimentation de bord électrique et/ou hydraulique de l'aéronef. Pendant l'actionnement du système d'hypersustentation, de la puissance est retirée de cette alimentation de bord. Une unité d'entraînement centrale, positionnée dans le fuselage de l'aéronef, transforme l'énergie hydraulique et/ou électrique en un mouvement de rotation, commandé par le nombre de tours, d'un couple de rotation correspondant. L'unité d'entraînement est reliée au système de transmission se trouvant dans l'aile pour transférer le couple de rotation à des actionneurs. Les actionneurs reçoivent le mouvement de rotation des arbres de transmission et le convertissent un mouvement de translation par lequel les différents volets du système d'hypersustentation sont actionnés respectivement rentrés et sortis. Le système d'hypersustentation possède de nombreux capteurs de surveillance qui surveillent le fonctionnement parfait du système et qui servent de paramètres de régulation pour la commande électronique. Des installations de freinage de sécurité empêchent, en cas d'incidence ou de défaillance, des fonctions défaillantes du système. Le système d'hypersustentation est lié à des ordinateurs de commande de l'aéronef qui constituent l'interface entre les instructions de commande entrées dans le cockpit et l'unité d'entraînement à commander. La figure 1 représente d'une manière schématique une architecture d'un système d'hypersustentation classique. Cette architecture de base est connue à la fois pour des systèmes de bec de bord d'attaque, appelés "slat" en anglais, et aussi pour des systèmes de volets d'atterrissage, appelés "flap" en anglais. Dans l'exemple y représenté sont disposés dans une aile 10 d'un aéronef deux volets 12 et 14, à chaque volet étant associés respectivement deux actionneurs 16 et 18 respectivement 20 et 22. Par une entrée des données 30, les instructions de commande sont entrées dans une électronique de surveillance et de commande 32. Ainsi sont commandés des moteurs 34 ou 36 qui, par un mécanisme de transmission 38 et un arbre de transmission 40, entraînent les actionneurs 16 et 18 respectivement 20 et 22 pour les volets 12 et 14. Les moteurs 34 et 36, selon leur type de construction, sont reliés à une alimentation hydraulique ou électrique 42, qui sont reliées, quant à elles, par une interface 44 à l'alimentation hydraulique ou électrique de l'aéronef. La référence numérique 46 désigne la sortie des données par laquelle sont émises les données réelles respectives du système aux ordinateurs de commande de l'aéronef. Ce système classique entraîne un nombre 30 d'inconvénients. Ainsi, le système d'hypersustentation est alimenté directement par l'alimentation de bord de l'aéronef. Un dimensionnement d'une grandeur correspondante des générateurs dans l'aéronef devient nécessaire. En cas de défaillance complète du mécanisme 35 de propulsion, l'énergie, disponible en quantité très limitée, doit être prélevée de systèmes de groupes de secours existants. Le cas échéant, de ce fait, le fonctionnement du système d'hypersustentation est seulement limité. Dans des systèmes d'entraînement électriques, une conversion complète de tension devient nécessaire pour pouvoir utiliser l'énergie électrique disponible à bord. Une électronique lourde et coûteuse devient nécessaire pour réduire à un minimum un effet rétroactif d'influences perturbatrices sur l'alimentation électrique à bord.

La prise directe du système d'hypersustentation à l'alimentation de bord génère des sources d'erreurs additionnelles qui peuvent entraîner la défaillance de systèmes au niveau de l'aéronef. Enfin la durée d'actionnement du système 15 d'hypersustentation relativement au temps de vol est négligeable. Cependant, tous les composants de l'alimentation de bord doivent être conçus en vue de la puissance requise pour l'actionnement du système. La présente invention a pour objectif la création 20 d'un système d'hypersustentation pour un aéronef, dans lequel les générateurs dans l'aéronef peuvent être dimensionnés d'une manière comparative plus petits, et dans lequel, également en cas de défaillance du mécanisme de propulsion, les systèmes d'hypersustentation peuvent 25 être actionnés d'une manière non limitée. Cet objectif est atteint avec un aéronef avec au moins un système d'hypersustentation disposé à l'aile de l'aéronef, qui comprend au moins une unité d'entraînement pour la transformation de l'énergie électrique ou 30 hydraulique en un mouvement de rotation commandé par le nombre de tours, l'aéronef présentant de plus au moins une unité de commande qui commande le système d'hypersustentation. Selon l'invention, au moins un accumulateur 35 d'énergie est associé au système d'hypersustentation pour l'actionnement de celui-ci.

L'idée de la présente invention consiste à découpler le système d'hypersustentation énergétiquement du système énergétique de bord par l'utilisation d'un accumulateur d'énergie. A cette fin, des accumulateurs d'énergie appropriés sont utilisés qui répondent aux exigences de puissance correspondant au fonctionnement du système d'hypersustentation et qui reçoivent les autres contraintes, par exemple les conditions environnementales et analogues.

Selon des réalisations avantageuses de l'invention, l'aéronef peut avoir une au moins des caractéristiques supplémentaires suivantes considérées isolément ou en combinaison : - le système d'hypersustentation comprend une unité 15 d'entraînement centrale positionnée dans le fuselage de l'aéronef pour la transformation de l'énergie électrique et/ou hydraulique en un couple de rotation transféré par un système de transmission à des actionneurs, ladite unité d'entraînement étant reliée audit au moins un 20 accumulateur d'énergie ; - chaque élément, en particulier chaque volet, du système d'hypersustentation présente un système d'entraînement propre relié respectivement à un accumulateur d'énergie propre ; 25 - un volet du système d'hypersustentation présente plusieurs actionneurs séparés ; - il est associé à chaque actionneur une source d'énergie, un module de régulation de charge, une unité de commande et une unité d'entraînement ; 30 - il est associé à chaque actionneur une source d'énergie, un module de régulation de charge et une unité d'entraînement, alors que la commande des actionneurs a lieu en commun par l'ordinateur de commande de vol ; - il est associé à chaque actionneur une unité 35 d'entraînement et une unité de commande, où est associée aux actionneurs pour un volet du système d'hypersustentation une source d'énergie commune avec une régulation de charge associée ; - il est associé à un premier actionneur pour le volet du système d'hypersustentation une source d'énergie, un module de régulation de charge, une unité de commande et une unité d'entraînement, le au moins un autre actionneur pour le volet du système d'hypersustentation étant relié par un arbre de transmission au premier actionneur ; - le au moins un accumulateur d'énergie est un accumulateur électrique, de préférence un accumulateur lithium-ion ; et - le au moins un accumulateur d'énergie (50) est un accumulateur hydraulique.

Ainsi, selon un premier mode de réalisation de l'invention, un système d'hypersustentation autarcique, basé sur un entraînement central, est protégé. Le couplage du système d'hypersustentation a lieu ici sur la base du système classique. A cette fin, l'architecture de base du système est conservée, l'interface énergétique vers l'alimentation de bord étant interrompue et remplacée par un système d'accumulation indépendant. Un accumulateur envisageable est ici un accumulateur électrique basé sur la technologie lithium-ion. Cet accumulateur électrique peut être chargé à l'aide d'une régulation de charge d'une manière continue par l'alimentation électrique de bord de l'aéronef. La charge peut également avoir lieu par la récupération d'énergie électrique par le système lui-même (aspect régénératif).

Le courant de charge requis à cette fin est faible, de sorte que la puissance continue requise, en comparaison avec la puissance classique, est très petite. La puissance requise pour l'actionnement du système peut être appelée en l'espace de peu de temps et n'a pas d'effet sur l'alimentation de bord de l'aéronef. Cependant, lors de la conception de l'accumulateur, il faut tenir compte du fait que la quantité d'énergie doit suffire pour plusieurs actionnements successifs. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un système d'hypersustentation autarcique basé sur des 5 entraînements de volets individuels est protégé. Le couplage du système d'hypersustentation peut avoir lieu ici sur la base d'une nouvelle architecture de système. Cette idée inventive se distancie de l'entraînement central décrit jusqu'à présent et prévoit 10 pour chaque volet un système d'entraînement propre. Chaque volet est commandé et actionné par un entraînement séparé, des actionneurs séparés et par un accumulateur d'énergie propre. Chaque système de volet individuel possède ses propres électroniques de surveillance et de 15 commande de sorte que chaque volet est commandé directement par l'ordinateur de commande de l'aéronef. Le système de transmission qui est présent dans des dispositifs d'entraînement central classiques, peut être omis entre les volets. Tout comme dans le système 20 précédent, l'accumulateur est chargé continuellement de sorte que l'énergie requise peut être fournie en peu de temps. L'avantage du dispositif d'entraînement individuel des volets réside en ce que les composants peuvent être dimensionnés plus petits, cependant le nombre de 25 composants à installe dans l'aéronef se multiplie. D'autres modes de réalisation de l'invention contiennent un système d'hypersustentation autarcique qui est constitué d'une combinaison de dispositifs d'entraînement central et de volets individuels. 30 Dans ce cas, le découplage du système d'hypersustentation peut être réalisé sur la base de combinaisons d'un système d'hypersustentation autarcique avec dispositif d'entraînement central et d'un système d'hypersustentation autarcique basé sur des dispositifs 35 d'entraînement de volet individuel. En particulier en ce qui concerne la surveillance et la commande, différentes solutions de détail peuvent être sélectionnées. Le choix de la solution de détail dépend cependant du cas d'application individuel. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, une commande d'actionneurs tout à fait séparée avec source d'énergie propre, module de régulation de charge propre, unité de commande propre et unité d'entraînement propre y est associée. Chaque actionneur est donc commandé indépendamment directement par les ordinateurs de commande de vol.

Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les actionneurs ont une surveillance commune et sont commandés conjointement par les ordinateurs de commande de vol, cependant la source d'énergie, le module de régulation de charge et l'unité d'entraînement sont associés séparément à chaque actionneur. Selon un autre mode de réalisation encore préféré de l'invention, il est associé à chaque actionneur une unité d'entraînement et une unité de commande, et aux actionneurs pour un volet du système d'hypersustentation étant associée une source d'énergie commune avec une régulation de charge associé. Enfin, selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, il est associé à un premier actionneur pour un volet du système d'hypersustentation une source d'énergie, un module de régulation de charge et une unité de commande ainsi qu'une unité d'entraînement, le au moins un autre actionneur pour le volet du système d'hypersustentation étant relié par un arbre de transmission au premier actionneur.

Les solutions inventives décrites ci-dessus présentent un nombre d'avantages. Tout d'abord la sécurité et la disponibilité du système d'hypersustentation ont été améliorées considérablement. Par la suppression de la liaison directe avec l'alimentation de bord, des défaillances au niveau de l'aéronef ne peuvent plus agir sur ou influencer le fonctionnement du système d'hypersustentation. De plus le système d'hypersustentation peut être actionné à tout moment du point de vue énergétique. L'électronique coûteuse et complexe présente jusqu'à présent dans les systèmes centraux peut être supprimée ou au moins réduite. Le système d'hypersustentation n'a plus d'effet sur d'autres systèmes au niveau de l'aéronef. En particulier on évite qu'une puissance requise élevée et très courte soit appelée au niveau de l'aéronef par le système d'hypersustentation. Par l'utilisation de quantités d'énergie continues et réduites dans le temps, des charges de pointe au niveau de l'aéronef sont évitées de sorte que divers composants peuvent être adaptés à celles-ci et conçus plus avantageusement.

D'autres systèmes au niveau de l'aéronef, en cas de défaillances, peuvent éventuellement être également alimentés. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 20 apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'une aile 25 d'aéronef avec un système d'hypersustentation selon l'art antérieur, la figure 2 une vue selon la figure 1 en accord avec une première solution inventive, la figure 3 une vue selon la figure 2 en accord 30 avec une deuxième solution inventive, les figures 4 à 7 des solutions individuelles différentes du système d'hypersustentation conforme à l'invention. Les modes de réalisation décrits ci-après se 35 réfèrent par principe à l'utilisation d'unités d'entraînement électriques ou hydrauliques dans la surface portante de l'aéronef dans l'aile de l'aéronef ou dans la demi-aile en tant que partie du système d'hypersustentation. La figure 2 représente un mode de réalisation de la présente invention, dont l'architecture dans son ensemble 5 ressemble dans une grande mesure à l'architecture conventionnelle, étant donné que le système d'hypersustentation autarcique représenté ici est également basé sur un entraînement central conventionnel. L'architecture de base correspond donc à celle de l'art 10 antérieur représentée sur la figure 1. Uniquement l'interface énergétique à l'alimentation de bord est interrompue et est remplacée par un système d'accumulation indépendant. Dans le mode de réalisation représenté ici, des accumulateurs lithium-ion 15 correspondants 50 sont utilisés, par lesquels sont entraînés les moteurs 34 et 36. Par une régulation de charge 52, l'interface à l'alimentation électrique de l'aéronef reçoit une puissance électrique respectivement petite ou faible. Le 20 courant de charge requis à cette fin est réduit de sorte que cette puissance continue requise, en comparaison avec celle du système classique, est très réduite. D'autre part, la puissance requise pour l'actionnement du système peut être appelée en l'espace de très peu de temps. 25 Dans la variante de réalisation selon la figure 3, il est représenté une architecture de système nouvelle avec un système d'hypersustentation autarcique constitué de dispositifs d'entraînement de volet individuels. Les volets 12 et 14 sont à chaque fois entraînés par les 30 actionneurs 16 et 18 respectivement 20 et 22. Le système d'entraînement pour le volet 12 est donc constitué par les actionneurs 16 et 18. L'actionneur 16 est entraîné par le moteur 34 et l'actionneur 18 par le moteur 36. Il est associé aux moteurs 34 et 36 un accumulateur 35 d'énergie 50 qui est relié par la régulation de charge 52 à l'interface 54 pour l'alimentation électrique de l'aéronef. Celle-ci sert à la réception de la faible puissance électrique. La référence numérique 32 désigne l'électronique de surveillance respectivement de commande du système d'entraînement. Celle-ci est en liaison avec la sortie des données 46 et l'entrée des données 30.

Chaque système de volet individuel 12 ou 14 dispose maintenant d'une électronique de surveillance et de commande propre, de sorte que chaque volet 12 respectivement 14 est commandé directement par l'ordinateur de commande de vol, et le système de transmission entre les différents volets peut être omis. Comme dans les systèmes décrits avant selon la figure 2, l'accumulateur est chargé continuellement de sorte que l'énergie requise peut être fournie dans un laps de temps court. Les composants des dispositifs d'entraînement de volet individuel peuvent être réalisés en d'une manière comparative en des dimensions plus petites. Le découplage du système d'hypersustentation peut avoir lieu sur la base de combinaisons d'un système central respectivement autarcique au niveau des volets.

Différentes solutions de détail seront expliquées plus en détail à l'aide des figures 4 à 7 à titre d'exemple. Ainsi, sur la figure 6, un volet 14 est entraîné par deux actionneurs 20 et 22. Chaque actionneur 20 respectivement 22 présente un moteur séparé 34 et 36, un accumulateur d'énergie propre 50 et 51, une régulation de charge séparée 52 et 53 ainsi qu'une surveillance séparée 32 et 33. Dans le mode de réalisation selon la figure 7, il est représenté un seul entraînement d'un volet 14 avec une commande séparée des actionneurs mais une surveillance commune 32. Sur la figure 4, un volet 14 est entraîné par des actionneurs 20 et 22 avec des moteurs propres 34 et 36. Cependant il est prévu pour les moteurs 34 et 36 un accumulateur commun 50 avec une régulation de charge commune. La commande a cependant lieu à nouveau séparément par les surveillances 32 et 33 pour chaque moteur 20 respectivement 22.

Enfin, un autre mode de réalisation est représenté sur la figure 5, dans lequel un volet 14 est entraîné par deux actionneurs 20 et 22, où est associé uniquement à l'actionneur 20 un moteur 34, un accumulateur 50, une régulation de charge 52 et une surveillance 32. Le deuxième actionneur 22 est relié dans ce mode de réalisation par un arbre de transmission 40 à l'actionneur 20 et est déplacé par celui-ci pour le déplacement du volet 14. Les modes de réalisation représentés sur les figures 4 à 7 sont représentés seulement à titre d'exemple. Bien évidemment d'autres modifications et variantes de l'attribution des différents composants aux actionneurs ou volets du système d'hypersustentation sont possibles dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Aéronef avec au moins un système d'hypersustentation disposé à l'aile (10) de l'aéronef, qui comprend au moins une unité d'entraînement pour la transformation de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation commandé par le nombre de tours, l'aéronef présentant de plus au moins une unité de 10 commande qui commande le système d'hypersustentation, caractérisé en ce qu'il est associé au système d'hypersustentation au moins un accumulateur d'énergie (50) pour l'actionnement de celui-ci.
2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que le système d'hypersustentation comprend une unité d'entraînement centrale positionnée dans le fuselage de l'aéronef pour la transformation de l'énergie électrique et/ou hydraulique en un couple de rotation transféré par un système de transmission à des actionneurs, ladite 20 unité d'entraînement étant reliée audit au moins un accumulateur d'énergie (50).
3. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément, en particulier chaque volet (14), du système d'hypersustentation présente un système 25 d'entraînement propre relié respectivement à un accumulateur d'énergie (50) propre.
4. Aéronef selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un volet (14) du système d'hypersustentation présente plusieurs actionneurs séparés(20,22). 30
5. Aéronef selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est associé à chaque actionneur une source d'énergie, un module de régulation de charge (52,53), une unité de commande et une unité d'entraînement. 35
6. Aéronef selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est associé à chaque actionneur une source d'énergie, un module de régulation de charge(52,53) et une unité d'entraînement, alors que la commande des actionneurs a lieu en commun par l'ordinateur de commande de vol.
7. Aéronef selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est associé à chaque actionneur une unité d'entraînement et une unité de commande, où est associée aux actionneurs pour un volet du système d'hypersustentation une source d'énergie commune (50) avec une régulation de charge associée.
8. Aéronef selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est associé à un premier actionneur pour le volet du système d'hypersustentation une source d'énergie, un module de régulation de charge, une unité de commande et une unité d'entraînement, le au moins un autre actionneur (22) pour le volet du système d'hypersustentation étant relié par un arbre de transmission (40) au premier actionneur.
9. Aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un accumulateur d'énergie (50) est un accumulateur électrique, de préférence un accumulateur lithium-ion.
10. Aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un accumulateur d'énergie (50) est un accumulateur hydraulique.