FR3016928A1

FR3016928A1 - Commande hydraulique d’inverseur de poussee de turboreacteur, comportant une machine a cylindree variable

Info

Publication number: FR3016928A1
Application number: FR1450651A
Authority: FR
Inventors: Coq Vincent Pierre Germain Le; Vincent Prat
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-07-31
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: WO2015110770A1; FR3016928B1; US20160333824A1; EP3099920A1

Abstract

Commande hydraulique d'inverseur de poussée pour une nacelle de turboréacteur, comportant une machine hydraulique (30) alimentée par une source de pression (2), qui motorise des actionneurs (36) réalisant la course de l'inverseur, caractérisée en ce que cette machine hydraulique (30) comporte une cylindrée variable.

Description

La présente invention concerne une commande hydraulique d'un inverseur de poussée pour une nacelle d'aéronef recevant un turboréacteur, ainsi qu'une nacelle d'aéronef équipée d'une telle commande hydraulique. Les ensembles de motorisation pour les aéronefs comportent 5 généralement une nacelle formant une enveloppe extérieure globalement circulaire, comprenant à l'intérieur un turboréacteur disposé suivant l'axe de cette nacelle. Le turboréacteur reçoit de l'air frais venant du côté amont ou avant, et rejette du côté aval ou arrière les gaz chauds issus de la combustion du carburant, qui donnent une certaine poussée. 10 Les turboréacteurs à double flux présentent autour de ce turboréacteur des aubes de soufflante générant un flux secondaire important d'air froid le long d'une veine annulaire passant entre le moteur et la nacelle, qui ajoute une poussée élevée. Certaines nacelles comportent un système d'inversion de poussée qui 15 ferme au moins en partie la veine annulaire d'air froid, et rejette le flux secondaire vers l'avant afin de générer une poussée de freinage de l'aéronef. Un type d'inverseur de poussée connu, présenté notamment par le document FR-A1-2758161, comporte des capots mobiles arrière appelés « Trans-cowl », coulissant axialement vers l'arrière sous l'effet de vérins en 20 déployant des volets dans la veine annulaire afin de fermer en majeure partie cette veine. Les volets renvoient le flux d'air froid radialement vers l'extérieur en passant par des grilles découvertes par les capots mobiles lors de leurs coulissements, comprenant des aubes qui dirigent ce flux vers l'avant. A l'origine les inverseurs de poussée à grilles étaient motorisés par un 25 moteur pneumatique utilisant une pression fournie par les étages de compresseur du turboréacteur. Le moteur pneumatique entraînait par des arbres des actionneurs comportant chacun un vérin mécanique utilisant un système vis-écrou à billes, ce qui permet de synchroniser l'ensemble de ces vérins pour obtenir une translation des capots. 30 Ce type de motorisation n'est plus produit car il pose plusieurs problèmes, notamment un encombrement important du moteur pneumatique, une pression disponible fortement variable en fonction de la vitesse du turboréacteur, une compressibilité de l'air fournissant l'énergie qui ne donne pas un contrôle suffisamment réactif du moteur, et la dépendance aux conditions environnementales, comme le givre. Un autre type de motorisation connu comporte un moteur électrique qui 5 comme pour le moteur pneumatique, motorise une chaîne cinématique entraînant de manière synchronisée les différents actionneurs. Cette solution nécessite la fourniture d'une puissance électrique importante que tous les aéronefs ne sont pas capables de fournir. Un autre type de motorisation connu comporte plusieurs actionneurs 10 hydrauliques linéaires alimentés par une source de fluide sous pression, disposant de vis internes qui permettent une synchronisation de ces différents actionneurs. Cette solution est relativement lourde, compliquée, et consomme beaucoup de débit hydraulique de l'avion. En variante on peut disposer un unique moteur hydraulique qui motorise 15 une chaîne cinématique entraînant de manière synchronisée les différents actionneurs. Toutefois pour ces solutions hydrauliques, afin d'obtenir un couple élevé pour le démarrage du moteur hydraulique et le début du mouvement de l'inverseur, ainsi que pour le freinage de ces éléments en fin de course, il faut 20 alors une cylindrée du moteur hydraulique qui soit suffisamment importante. En particulier une fin de course brutale entraînerait des impacts sur le système et sur la structure qui sont à éviter. Cependant cette cylindrée importante va entraîner pendant la phase intermédiaire du déplacement de l'inverseur à vitesse constante, ne 25 nécessitant plus un couple important, un débit de fluide élevé qui impose une réserve de fluide sous pression comportant un volume suffisant. L'encombrement ainsi que la masse du système hydraulique sont alors importants. Le compromis est alors difficile à réaliser pour satisfaire à ces différentes conditions de fonctionnement. 30 De plus le contrôle de la rampe de vitesse comportant une accélération au départ et une décélération à l'arrivée, afin d'optimiser la durée de manoeuvre en réduisant les contraintes mécaniques, est difficile à réaliser de manière simple, fiable et économique. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet une commande hydraulique d'inverseur de poussée pour une nacelle de turboréacteur, comportant au moins une machine hydraulique alimentée par une source de pression, qui motorise des actionneurs réalisant la course de l'inverseur, caractérisée en ce que cette machine hydraulique comporte une cylindrée variable.

Un avantage de cette commande hydraulique est que l'on peut obtenir à la fois un couple élevé au démarrage du moteur en utilisant la cylindrée maximale, et une vitesse importante avec un couple réduit pour le fonctionnement à vitesse constante, en utilisant une cylindrée plus faible qui diminue la consommation de fluide.

De plus le contrôle des accélérations et des freinages de ce type de moteur est facilité par le réglage de la cylindrée, ce qui permet d'utiliser des électrovannes de contrôle du débit du type proportionnel, au lieu d'électrovannes asservies qui sont moins fiables et plus onéreuses. La commande hydraulique selon l'invention peut comporter de plus une 20 ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la commande hydraulique comporte un frein commandé par un vérin hydraulique, bloquant la course des actionneurs, qui est fermé en l'absence de pression hydraulique. On assure ainsi la sécurité en 25 bloquant l'inverseur en cas d'absence de pression hydraulique. Dans ce cas, le vérin hydraulique de commande du frein peut être alimenté par une vanne normalement fermée en l'absence de commande. On assure ainsi la sécurité en bloquant l'inverseur en cas de défaillance de la commande du circuit hydraulique. 30 Avantageusement, la liaison mécanique entre la machine hydraulique et les actionneurs comporte des arbres flexibles. On réalise ainsi de manière simple une synchronisation de différents actionneurs répartis autour de la nacelle du turboréacteur. Avantageusement, la liaison mécanique entre la machine hydraulique et les actionneurs comporte un moyen de commande manuelle de ces 5 actionneurs. Ce moyen permet des interventions en déplaçant l'inverseur lorsque son système de commande est à l'arrêt. Avantageusement, la commande hydraulique comprenant deux lignes de pression alimentant la machine hydraulique, comporte une soupape d'équilibrage disposée sur une de ces lignes, qui est commandée par la 10 pression de l'autre ligne, afin d'adapter automatiquement une restriction de passage du fluide sur la sortie de cette machine quand elle travaille en génératrice. Avantageusement, la commande hydraulique comporte une valve de séquence qui dans une position commandée relie une ligne de pression de la 15 machine hydraulique à la source de pression, et l'autre ligne de pression à un réservoir basse pression, et dans une autre position commandée inverse ces liaisons des lignes de pression. Avantageusement, au repos la valve de séquence comporte des restrictions de passage permettant une baisse de pression progressive de la 20 pression dans cette commande. On assure ainsi peu de perte de pression dans le circuit de commande lors du passage d'une position commandée à l'autre, et la sécurité avec une chute de cette pression en l'absence de commande de la valve. Avantageusement, la commande hydraulique comporte une commande 25 des distributeurs de régulation de la cylindrée de la machine hydraulique, en fonction du niveau de pression de charge de cette machine. On obtient ainsi une souplesse d'adaptation pour le réglage de la cylindrée de la machine hydraulique. Avantageusement, la commande hydraulique comporte des moyens qui 30 commandent en boucle fermée en fonction de la course mesurée de l'inverseur, les distributeurs de régulation de la cylindrée qui sont du type à commande proportionnelle. Ce principe de régulation est simple à réaliser.

Dans ce cas, les distributeurs de régulation de la cylindrée peuvent être pilotés plus avantageusement par exemple par des impulsions de largeur modulée du type « PWM ». L'invention a aussi pour objet une nacelle de turboréacteur disposant d'un 5 inverseur de poussée à commande hydraulique, cette commande comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence à la figure 1 annexée qui présente un schéma 10 hydraulique pour une commande d'inverseur de poussée selon l'invention. La figure 1 présente un circuit hydraulique de commande d'un inverseur de poussée, contenant une machine hydraulique 30 à cylindrée variable fonctionnant en moteur pour actionner le mécanisme de cet inverseur, et en générateur en recevant une puissance mécanique de l'inverseur de poussée 15 lors du freinage de son mouvement. Le circuit hydraulique reçoit le fluide d'une source de pression hydraulique 2, en passant par un filtre d'entrée 4. Le fluide sous pression est transmis au circuit par une électrovanne de sécurité 6 qui est ouverte dans une position activée pour alimenter le circuit 20 hydraulique de commande, et qui est fermée en l'absence de signal afin d'assurer la sécurité, en mettant ce circuit en communication avec un réservoir à la pression atmosphérique 10. L'arrivée du fluide sous pression passe ensuite par une valve de séquence 12, qui dans une première position commandée assure l'alimentation 25 d'une ligne de pression supérieure 16 par la source de pression 2 pour délivrer une énergie à la machine hydraulique 30 travaillant en moteur, le retour du fluide se faisant au réservoir 10 par une ligne de pression inférieure 18. Dans une deuxième position commandée la valve de séquence 12 inverse ces deux connexions, en assurant l'alimentation de la ligne de pression 30 inférieure 18 par la source de pression 2 pour faire travailler la machine hydraulique 30 en moteur dans l'autre sens, le retour se faisant au réservoir 10 par la ligne de pression supérieure 16.

La valve de séquence 12 comporte une position centrale de repos qui relie avec des fortes restrictions de débit, les deux lignes de pression 16, 18 au réservoir 10 pour permettre une chute progressive de la pression dans le circuit de commande.

Le retour vers le réservoir 10 se fait par une vanne de limitation de pression 8, maintenant une pression de 10bars dans la ligne de retour, qui peut être la ligne supérieure 16 ou inférieure 18 suivant la position de la valve de séquence 12. La machine hydraulique 20 comporte une commande de sa cylindrée 10 variable, qui n'est pas représentée sur ce schéma. Un retour de fuite 20 récupère les fuites de la machine hydraulique 30 et de sa commande de cylindrée variable, pour les conduire vers le réservoir 10. Deux clapets anti-retour 22, 24 comprenant un ressort de tarage calibré à 0,5bars, sont disposés entre le retour de fuite 20 et la ligne de pression 15 supérieure 16 ainsi que la ligne de pression inférieure 18, afin d'éviter une surpression dans ce retour de fuite en évacuant le fluide dans une de ces deux lignes de pression. La machine hydraulique 20 entraîne par un engrenage de réduction de vitesse 32, directement un premier vérin mécanique du type vis-écrou à billes 20 36, et par des arbres flexibles 34 permettant de faire le tour de la nacelle du turboréacteur, d'autres vérins mécaniques similaires 36 qui ont alors un mouvement synchronisé. On obtient ainsi un déplacement linéaire de l'inverseur de poussée, qui reste parallèle à l'axe de la nacelle. Un dispositif de commande manuelle 46 permet d'entraîner par une 25 poignée de commande, directement les arbres flexibles 34 afin de manoeuvrer les vérins mécaniques 36 en cas d'arrêt ou de panne de la motorisation. On assure ainsi des possibilités d'intervention ou de maintenance dans tous les cas de figure. Un frein mécanique 38 comprenant des disques de frein empilés, disposé 30 en bout de la ligne des arbres flexibles 34, est commandé par un vérin hydraulique 40 comprenant un ressort de charge qui maintient constamment le frein fermé en cas d'absence de pression hydraulique. Une vanne hydraulique 42 comprenant au repos une position fermée et en activité une position ouverte, commande ce frein. De cette manière on assure la sécurité en arrêtant le mouvement des actionneurs 36 et en maintenant leurs positions, dans le cas d'une défaillance 5 de la commande de l'électrovanne 42 ou de la pression hydraulique. Une vanne hydraulique 50 disposée en parallèle de la machine hydraulique 30, comporte au repos une position ouverte qui donne un libre passage du fluide entre la ligne de pression supérieure 16 et la ligne de pression inférieure 18, et en position fermée une interruption de ce passage 10 permettant à cette machine de fonctionner. Une soupape d'équilibrage 52 disposée entre la connexion inférieure de la machine hydraulique 30 et la ligne de pression inférieure 18, est commandée par la pression de la ligne supérieure 16 afin d'adapter automatiquement une restriction de passage du fluide sur la sortie de cette machine quand elle 15 travaille en génératrice, en fonction de sa pression de sortie ainsi que de la pression de la ligne supérieure qui l'alimente. On réalise ainsi automatiquement un freinage de la machine hydraulique 30 travaillant en génératrice, afin de dissiper une puissance de freinage dans le retour de pression vers le réservoir 10. 20 En complément une soupape d'équilibrage non représentée, peut être disposée de la même manière sur la ligne de pression supérieure 16 en entrée de la machine hydraulique 30 pour retenir la charge sur cette machine en cas d'arrêt, sans solliciter le frein mécanique 38. Le fonctionnement de ce circuit de commande comporte au départ du 25 mouvement de l'inverseur qui se déploie, le positionnement de la machine hydraulique 30 sur une forte cylindrée afin d'obtenir un couple de démarrage élevé avec l'alimentation par la ligne de pression supérieure 16, puis le passage sur une cylindrée réduite afin d'obtenir une grande vitesse de déplacement avec une faible consommation de fluide. 30 Au cours de ce déplacement on obtient une fermeture des volets de l'inverseur disposés dans la veine annulaire d'air froid, qui renvoient le flux à travers les moyens de déviation vers l'avant de l'aéronef. La poussée du flux d'air froid sur les volets génère une forte charge sur ces volets qui tend à les fermer, leurs courses entraînent alors la machine hydraulique 30 qui passe dans le mode de fonctionnement en génératrice, avec un freinage de cette machine par la soupape d'équilibrage 52 disposée en sortie.

A l'approche de la fin de course on rétablit alors progressivement une forte cylindrée de la machine hydraulique 30, afin d'obtenir un couple de freinage de plus en plus important suivant la baisse de sa vitesse de rotation. Pour la fermeture de l'inverseur on réalise un cycle similaire avec un mouvement inversé de la machine hydraulique 30, cette machine fonctionnant d'abord en moteur avec une alimentation par la ligne de pression inférieure 18, reliée à la source de pression 2 en positionnant la valve de séquence 12 dans la position correspondante. Dans tous les cas on réduit ainsi fortement les contraintes en fin de course de l'inverseur, en particulier après des vitesses élevées de translation 15 en milieu de course, par la position de forte cylindrée de la machine hydraulique 30 délivrant un couple de freinage élevé. Par ailleurs, avantageusement le distributeur de réglage de la cylindrée de la machine hydraulique 30 est régulé en fonction du niveau de pression de charge de cette machine, ce qui apporte une souplesse d'adaptation 20 permettant de simplifier la commande de suivi de la rampe de vitesse prévue initialement. On peut alors dans ce cas choisir un distributeur de réglage de la cylindrée qui est moins précis qu'une vanne asservie, comportant des solénoïdes à commande proportionnelle qui peuvent être commandés en 25 boucle fermée en fonction de la course mesurée de l'inverseur par un capteur qui mesure une rotation ou un déplacement d'un élément mécanique lié au déplacement de cet inverseur. On peut en particulier piloter de manière simple ce distributeur de réglage de la cylindrée par des impulsions de largeur modulée, du type « PWM » 30 (Pulse Width Modulation). On notera que les distributeurs à commande proportionnelle sont généralement moins précis que des vannes asservies, ce qui est compensé par la plus grande souplesse de pilotage donnée par la variation de cylindrée de la machine hydraulique 30. En variante, un asservissement plus complexe consiste à mesurer la pression de commande de la cylindrée variable de la machine hydraulique 30, 5 afin d'asservir plus précisément ce réglage de cylindrée. Un ou plusieurs moteurs à cylindrée variable peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention. L'utilisation de plusieurs moteurs comporte de multiples avantages, notamment de présenter une redondance pour augmenter la disponibilité opérationnelle de la fonction.

Claims

REVENDICATIONS1 - Commande hydraulique d'inverseur de poussée pour une nacelle de turboréacteur, comportant au moins une machine hydraulique (30) alimentée par une source de pression (2), qui motorise des actionneurs (36) réalisant la course de l'inverseur, caractérisée en ce que cette machine hydraulique (30) comporte une cylindrée variable.
2 - Commande hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un frein (38) commandé par un vérin hydraulique (40), 10 bloquant la course des actionneurs (36), qui est fermé en l'absence de pression hydraulique.
3 - Commande hydraulique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le vérin hydraulique (40) de commande du frein (38) est alimenté par une vanne (42) normalement fermée en l'absence de commande. 15
4 - Commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison mécanique entre la machine hydraulique (30) et les actionneurs (36) comporte des arbres flexibles (34).
5 - Commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison mécanique entre la machine 20 hydraulique (30) et les actionneurs (36) comporte un moyen de commande manuelle (46) de ces actionneurs.
6 - Commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux lignes de pression (16, 18) alimentant la machine hydraulique (30), caractérisée en ce qu'elle comporte une soupape 25 d'équilibrage (52) disposée sur une de ces lignes (18), qui est commandée par la pression de l'autre ligne (16), afin d'adapter automatiquement une restriction de passage du fluide sur la sortie de cette machine quand elle travaille en génératrice.
7 - Commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une valve de séquence (12) qui dans une position commandée relie une ligne de pression (16, 18) de la machine hydraulique (30) à la source de pression (2), et l'autre ligne depression à un réservoir basse pression (10), et dans une autre position commandée inverse ces liaisons des lignes de pression.
8 - Commande hydraulique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'au repos la valve de séquence comporte des restrictions de passage 5 permettant une baisse de pression progressive de la pression dans cette commande.
9 - Commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une commande des distributeurs de régulation de la cylindrée de la machine hydraulique (30), en 10 fonction du niveau de pression de charge de cette machine.
10 - Commande hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens qui commandent en boucle fermée en fonction de la course mesurée de l'inverseur, les distributeurs de régulation de la cylindrée qui sont du type à commande 15 proportionnelle.
11 - Commande hydraulique selon la revendication 10, caractérisée en ce que les distributeurs de régulation de la cylindrée sont pilotés par des impulsions de largeur modulée du type « PWM ».
12 - Nacelle de turboréacteur comportant un inverseur de poussée à 20 commande hydraulique, caractérisée en ce que cette commande est réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.