FR3008953A1

FR3008953A1 - Aeronef a entrainement ameliore du systeme hypersustentateur

Info

Publication number: FR3008953A1
Application number: FR1457157A
Authority: FR
Inventors: Bernhard Hauber
Original assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH; Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH; Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2015-01-30
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: CA2857145C; DE102014010356B4; DE102014010356A1; US20150076282A1; FR3008953B1; US9352825B2; CA2857145A1

Abstract

L'invention se rapporte à un aéronef. Celui-ci comprend au moins un système hypersustentateur qui est agencé à l'aile de l'aéronef et qui comprend un dispositif d'entraînement pour la conversion de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation à vitesse contrôlée. L'aéronef présente en outre au moins une unité de commande qui commande le système hypersustentateur, où le dispositif d'entraînement comprend un dispositif d'entraînement principal (10) et un dispositif d'entraînement alternatif, le dispositif d'entraînement alternatif (12), étant alimenté par une source d'énergie décentralisée (18). L'invention est applicable en particulier dans le domaine de l'aéronautique.

Description

La présente invention se rapporte à un aéronef muni d'au moins un système hypersustentateur qui est agencé à l'aile de l'aéronef et qui comprend au moins un dispositif d'entraînement pour convertir de l'énergie 5 électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation à régulation de vitesse, l'aéronef comprenant en outre au moins une unité de commande qui commande le système hypersustentateur. D'une manière typique, un appareil à une aile d'un 10 aéronef doit être compris comme un système hypersustentateur qui sert à augmenter le coefficient de la sustentation ou portance de l'aile lors des phases de décollage et d'atterrissage, moyennant lequel l'aéronef est déjà apte à voler à des vitesses réduites. En règle 15 générale, les systèmes à volets et/ou le système à bec est/sont compris par celui-ci. Les systèmes hypersustentateurs classiques sont directement connectés à l'alimentation électrique et/ou hydraulique à bord de l'aéronef. La puissance est prélevée de cette 20 alimentation à bord durant l'actionnement du système hypersustentateur. Une unité d'entraînement centrale dans le fuselage convertit l'énergie hydraulique et/ou électrique en un mouvement de rotation à régulation de vitesse, d'un 25 couple correspondant. L'unité d'entraînement est connectée au système de transmission situé dans l'aile pour transmettre le couple aux actionneurs. Les actionneurs reçoivent le mouvement de rotation des arbres de transmission et le 30 convertissent en un mouvement de translation par lequel les volets individuels du système hypersustentateur sont actionnés ou sont amenés à rentrer et à sortir. Le système hypersustentateur possède un grand nombre de capteurs de surveillance qui surveillent que le système 35 fonctionne correctement et qui servent de paramètres de de régulation pour la commande électronique. Des dispositifs de sécurité sont destinés à prévénir les fonctions défaillantes critiques du système en cas de défaillance. Le système hypersustentateur est relié à des ordinateurs de commande de vol qui représentent l'interface entre les commandes d'entrée qui sont entrées dans le cockpit et l'unité d'entraînement à commander ou contrôler. Lors de la conception de systèmes hypersustentateurs, leur disponibilité est d'une importance particulière. Celle-ci est assurée d'une manière typique par l'architecture de l'alimentation et des systèmes hypersustentateurs dans lesquels, lors d'une défaillance de systèmes d'alimentation spécifiques, le système à bec peut toujours être actionné pour permettre un atterrissage sûr de l'aéronef (soi-disant protection contre le décrochage). Il est également important de pouvoir actionner le système à volets étant donné qu'alors l'atterrissage peut être exécuté nettement plus facilement et avec moins de risques, en particulier dans le cas d'un aéronef toujours entièrement avitaillé et donc plus lourd. La disponibilité des systèmes hypersustentateurs dépend essentiellement de la disponibilité des dispositifs d'entraînement et des systèmes d'alimentation connectés à ceux-ci. La probabilité de défaillance d'un système d'alimentation hydraulique d'un avion pour passagers est d'environ 5x10-4/Fh. La probabilité de défaillance d'un système d'alimentation électrique est approximativement de lx10-5/Fh. Dans l'art antérieur, deux moteurs d'entraînement ont été couplés d'une manière typique via une transmission pour assurer l'entraînement des systèmes hypersustentateurs. A cet égard, les deux dispositifs d'entraînement sont chacun connectés aux systèmes d'alimentation de l'aéronef.

Ces unités d'entraînement peuvent être construites généralement en accord avec les architectures différentes suivantes : En fonctionnement actif/actif, les deux moteurs sont toujours actionnés ensemble, ceux-ci coopérant par une soi-disant transmission différentielle d'addition. En alternance, les deux moteurs peuvent également 5 être amenés à fonctionner ensemble selon un fonctionnement actif/actif et sont aptes à coopérer par une soi-disant addition de couple. En fonctionnement actif/passif, un moteur principal est normalement amené à fonctionner, un autre moteur 10 étant à disposition dans le cas d'une défaillance. Dans cet art antérieur, il se pose le problème que les deux moteurs sont toujours connectés à l'alimentation centrale de l'aéronef. Cela nuit à la disponibilité et se traduit par un 15 poids comparativement élevé. Il est déjà connu par le document DE 10 2012 00 53 46 A de découpler tout le système hypersustentateur de l'alimentation centrale et de le faire fonctionner centralement ou par actionnement de volets en utilisant 20 des stockages d'énergie. D'autre part, il est connu par le document US 2009/0302153 Al de prévoir des batteries ou des supercondensateurs (également appelés ultracaps) pour l'alimentation centrale de l'aéronef en énergie comme 25 tampons électriques pour la récupération ou pour une grande consommation de courte durée de l'énergie. La présente invention a pour objectif de développer davantage la disponibilité d'un dispositif d'entraînement de systèmes hypersustentateurs de telle sorte que le 30 système dans son ensemble puisse être d'une construction comparativement plus simple, tout en ayant une disponibilité très élevée. Cet objectif est atteint conformément à la présente invention par un aéronef ayant au moins un système 35 hypersustentateur qui est agencé à l'aile de l'aéronef et qui comprend un dispositif d'entraînement pour la conversion de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation à régulation de vitesse ou de régime, l'aéronef comprenant en outre au moins une unité de commande qui commande le système hypersustentateur. Dans un tel aéronef en accord avec l'invention, le dispositif d'entraînement est formé par un dispositif d'entraînement principal et un dispositif d'entraînement alternatif, le dispositif d'entraînement alternatif étant alimenté par une source d'énergie décentralisée. Le dispositif d'entraînement principal peut être alimenté avantageusement avec 100% de puissance d'entraînement en optant pour cette solution, alors que le dispositif d'entraînement alternatif n'a pas besoin de fournir cette puissance d'entraînement de 100%. Il est important, en cas d'opération d'urgence par le dispositif d'entraînement alternatif dans un système hypersustentateur que les becs ou volets puissent toujours être déplacés. Dans le cas d'une défaillance, il est cependant acceptable que les becs ou les volets, c'est-à-dire les éléments ou systèmes du système hypersustentateur, requièrent une' période plus longue pour se déployer en comparaison avec une opération normale. Cette topologie d'entraînement produit en accord avec l'invention un dispositif d'entraînement très simple, léger et peu coûteux qui possède néanmoins une fiabilité très élevée, c'est-à-dire une sécurité intégrée. Le dispositif d'entraînement alternatif fonctionnant à batteries peut être conçu d'une manière particulièrement avantageuse exactement en fonction des demandes du cas de défaut observé ou de n'importe quel autre évènement de fonctionnement. On peut supposer -que l'opération du dispositif d'entraînement alternatif a lieu relativement rarement, et requiert de ce fait seulement une très petite quantité d'énergie étant donné qu'ici, par exemple, un rentrage et une sortie des systèmes hypersustentateurs est seulement nécessaire deux à trois fois. Etant donné que le dispositif d'entraînement alternatif peut être développé d'une manière exacte pour ces demandes et que les conditions spéciales ne doivent pas être prises en compte par d'autres systèmes de l'aéronef, le dispositif d'entraînement alternatif deviendra plus léger et aussi moins coûteux. La probabilité de défaillances du dispositif d'entraînement alternatif est en outre améliorée relativement à la probabilité de défaillances antérieure lors de l'utilisation du système classique selon l'art antérieur. D'autres aspects préférés de l'invention résultent 15 des caractéristiques ci-après. Le dispositif d'entraînement principal continue à être alimenté par un système d'alimentation de l'aéronef. En accord avec un mode de réalisation préféré de l'invention, les sources d'énergie décentralisées sont 20 prévues pour entraîner le dispositif d'entraînement alternatif par des batteries ou batteries dites ultracaps. Plusieurs batteries sont réunies dans le pack batterie, les batteries réunies fonctionnant d'une manière avantageuse selon différents principes d'action, 25 c'est-à-dire qu'elles sont basées sur des technologies différentes. Cela se traduit par une architecture du dispositif d'entraînement dissimilaire relativement à des dispositifs d'entraînement alternatifs, et de ce fait la probabilité se rapportant à des défaillances du système 30 total est améliorée encore plus. En accord avec un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif d'entraînement principal et le dispositif d'entraînement alternatif sont connectés au système hypersustentateur par une transmission d'addition 35 simple. La transmission d'addition peut être avantageusement une transmission à engrenage droit ou une transmission à engrenage conique. Le dispositif d'entraînement principal peut en outre être séparé de la transmission d'addition par un couplage alimenté par la source d'énergie décentralisée. La source d'énergie décentralisée peut être rechargée périodiquement par le dispositif d'entraînement principal ou une source de courant continu ou alternatif. La source d'énergie décentralisée est en outre apte à alimenter encore d'autres groupes fonctionnels du système hypersustentateur en énergie lors d'une défaillance du dispositif d'entraînement principal, à part l'alimentation en énergie du dispositif d'entraînement alternatif. Par une conception de transmission correspondante, le soi-disant frein de coupure du dispositif d'entraînement principal doit être ouvert pour permettre un fonctionnement alternatif par le dispositif d'entraînement alternatif. L'ouverture de ce frein de coupure peut avoir lieu, par exemple, par la source d'énergie décentralisée lorsque l'alimentation en énergie centrale est perturbée ou restreinte par le système d'alimentation de l'aéronef. Un volet du système hypersustentateur est connecté d'une manière particulièrement avantageuse à une pluralité de dispositifs d'entraînement séparés. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 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 un dessin schématique d'une partie du système hypersustentateur en accord avec l'art antérieur ; et la figure 2 représente le dispositif d'entraînement d'un système hypersustentateur en accord avec un mode de 35 réalisation de la présente invention. La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'entraînement d'un système hypersustentateur, qui n'est pas représenté plus en détail ici, d'un aéronef pour la conversion de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation à régulation de vitesse ou régime. Un premier moteur 100 est couplé ici à un 5 deuxième moteur 102 par une transmission 104. Le premier moteur 100 et le deuxième moteur 102 sont connectés d'une manière électrique ou hydraulique à l'alimentation de l'aéronef. Dans la variante active/active, les deux moteurs 100 et 102 sont connectés l'un à l'autre par une 10 transmission différentielle (addition de vitesse) ou par une transmission plus simple (addition de couple). Dans une variante active/passive, les moteurs 100 et 102 sont à leur tour tous les deux connectés à l'alimentation de l'aéronef, et ceux-ci peuvent également 15 être connectés d'une manière électrique ou hydraulique. Les moteurs sont maintenant connectés l'un à l'autre par une transmission simple (transmission d'addition des couples). Le deuxième moteur est seulement utilisé lorsque le premier moteur est défaillant.

20 Sur la figure 2, l'architecture d'entraînement du nouveau système sustentateur en accord avec la présente invention est représentée dans un exemple. Un dispositif d'entraînement principal 10 et un dispositif d'entraînement alternatif 12 sont réalisés ici qui sont 25 connectés par une transmission d'addition simple 14 sous la forme d'une transmission à engrenage droit ou transmission à engrenage conique à un arbre de sortie 16, qui sont connectés au système sustentateur (non représenté ici). Alors que le dispositif d'entraînement 30 principal 10 est connecté électriquement ou hydrauliquement à une alimentation de l'aéronef d'une manière connue en soi, le dispositif d'entraînement alternatif 12 est alimenté en puissance par un pack batterie. Le pack batterie 18 dans le mode de réalisation 35 ici comprend des batteries au lithium-ion. Le pack batterie peut en option être rechargé par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement principal qui est indiqué par l'illustration en traits interrompus 20. En accord avec une autre option, le pack batterie 18 peut cependant également être rechargé par une alimentation en courant alternatif de l'aéronef, qui est représentée par la ligne en traits interrompus 22. La structure de commande pour les commandes de contrôle correspondantes est représentée en outre sur la Figure 2. Le dispositif d'entraînement alternatif peut être contrôlé par la commande du pilote désignée en 24 soit par un ordinateur 26 soit directement pare la commande du pilote. Comme on peut le voir encore sur la figure 2, le dispositif d'entraînement principal 10 peut être séparé de la transmission 14 par un couplage 28.15

Claims

REVENDICATIONS1. Aéronef comprenant au moins un système hypersustentateur qui est agencé à l'aile de l'aéronef et qui comprend un dispositif d'entraînement pour la conversion de l'énergie électrique ou hydraulique en un mouvement de rotation à vitesse contrôlée, où l'aéronef comprend en outre au moins une unité de commande qui commande le système hypersustentateur, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comprend un dispositif d'entraînement principal (10) et un dispositif d'entraînement alternatif (12), le dispositif d'entraînement alternatif (12) étant alimenté par une source d'énergie décentralisée (18).
2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement principal (10) est alimenté par un système d'alimentation en puissance de l'aéronef.
3. Aéronef selon l'une des revendications 1 ou 2, 20 caractérisé en ce que les sources d'énergie décentralisées (18) sont des batteries ou des supercondensateurs.
4. Aéronef selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une pluralité de batteries sont combinées pour 25 former un pack batterie, le pack batterie comprenant avantageusement des batteries ayant des principes d'action différents.
5. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement 30 principal (10) et le dispositif d'entraînement alternatif (12) sont connectés au système hypersustentateur par une transmission d'addition (14).
6. Aéronef selon la revendication 5, caractérisé en ce que la transmission d'addition (14) est une 35 transmission à engrenage droit ou une transmission à engrenage conique.
7. Aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement principal (10) peut être séparé de la transmission d'addition (14) par un couplage, le couplage 5 étant alimenté par la source d'énergie décentralisée (18)
8. Aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source d'énergie décentralisée (18) peut être rechargée périodiquement par 10 le dispositif d'entraînement principal ou par une source de puissance à courant continu.
9. Aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source d'énergie décentralisée (18) peut alimenter en outre d'autres 15 groupes fonctionnels du système hypersustentateur avec de l'énergie à part l'alimentation en énergie du dispositif d'entraînement alternatif, en dehors d'une défaillance du dispositif d'entraînement principal.
10. Aéronef selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce qu'un volet du système hypersustentateur possède une pluralité de dispositifs d'entraînement séparés.