FR3061133A1

FR3061133A1 - Actionneur dans un systeme de train d'atterrissage d'un aeronef

Info

Publication number: FR3061133A1
Application number: FR1761578A
Authority: FR
Inventors: Manfred Hinderhofer; Christian Schilling
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: US20180208299A1; DE102016015383A1; FR3061133B1; US11390378B2

Abstract

L'invention porte sur un actionneur (1) dans un système de train d'atterrissage d'un aéronef, comprenant un entraînement électrique (2) pour entraîner l'actionneur (1) et une première électronique d'entraînement (3) pour asservir l'entraînement électrique (2), laquelle est reliée à l'entraînement (2) par une ligne électrique (5), et une deuxième électronique d'entraînement (4) pour asservir l'entraînement électrique (2), laquelle est reliée à l'entraînement (2) par une ligne électrique (6), la première (3) et la deuxième (4) électronique d'entraînement étant redondantes l'une par rapport à l'autre.

Description

Titulaire(s) : GMBH SN.

LIEBHERR-AEROSPACE LINDENBERG

O Demande(s) d’extension :

® Mandataire(s) : CABINET WEINSTEIN.

FR 3 061 133 - A1 ® ACTIONNEUR DANS UN SYSTEME DE TRAIN D'ATTERRISSAGE D'UN AERONEF. (© L'invention porte sur un actionneur (1) dans un système de train d'atterrissage d'un aéronef, comprenant un entraînement électrique (2) pour entraîner l'actionneur (1 ) et une première électronique d'entraînement (3) pour asservir l'entraînement électrique (2), laquelle est reliée à l'entraînement (2) par une ligne électrique (5), et une deuxième électronique d'entraînement (4) pour asservir l'entraînement électrique (2), laquelle est reliée à l'entraînement (2) par une ligne électrique (6), la première (3) et la deuxième (4) électronique d'entraînement étant redondantes l'une par rapport à l'autre.

Alimentation décentralisée en hydraulique (Cas d’application EHA) $

·— Hydraulique «as Mécanique

Moteur

CD Pompe

....... Electrique

[0001] La présente invention concerne un actionneur dans un système de train d’atterrissage d’un aéronef.

[0002] Des actionneurs sont largement utilisés dans des systèmes de train d’atterrissage d’un avion ou d’un hélicoptère. Pour ceux-ci, les exigences augmentent pour les utilisations commerciales de systèmes d'avion et d’hélicoptères, afin de réduire le pourcentage de défaillances ou les interruptions de vol dues à une défaillance d’un actionneur. En même temps, il une tendance commence à être visible selon laquelle des actionneurs électrohydrauliques (EHA) et des actionneurs électromécaniques (EMA) remplacent le système hydraulique central classique utilisé précédemment dans des aéronefs. La raison en est l’efficacité améliorée que l’on peut atteindre avec les technologies EHA et EMA.

[0003] Des systèmes classiques avec alimentation d’hydraulique centrale, telles qu’ils sont représentés par exemple sur la figure 1, utilisent pour la direction d’un train d’atterrissage, pour l’actionnement du train d’atterrissage (faire entrer et sortir le train d’atterrissage) et pour le freinage une redondance partielle. Cela signifie que non pas tous les composants contribuant à l’actionnement de l’actionneur, mais seulement une partie de ceux-ci sont conçus de manière redondante. Comme déjà mentionné plus haut, des systèmes recourant à une alimentation hydraulique centrale ne sont plus actuels et sont donc utilisés de moins en moins en raison de leur faible efficacité par rapport aux actionneurs électromécaniques et aux actionneurs électrohydrauliques.

[0004] Dans l’état de la technique, on observe des efforts de réduire encore davantage la probabilité de défaillance d’actionneurs électrohydrauliques et électromécaniques. La figure 2 montre une conception avec une redondance complète de la génération décentralisée de pression pour un actionnement de train d’atterrissage. Dans un tel actionneur électrohydraulique, il y a deux unités motopompes avec, pour chacune, une électronique d’entraînement individuelle. Cette conception présente le désavantage d’un poids accru et de coûts élevés. De plus, pour un actionneur représenté sur la figure 2, l'efficacité nominale de l’actionneur ne peut être atteinte qu’en cas de fonctionnement parallèle des deux unités redondantes de génération de pression. Par conséquent, en cas de défaillance de l’une des unités motopompes conçues de manière redondante, l’efficacité de l’actionneur change de manière significative.

[0005] Le but de l’invention est de surmonter les problèmes énoncés ci-avant et de concevoir un actionneur qui réunit une très faible probabilité de défaillance avec des coûts et un poids les plus faibles possibles.

[0006] Ceci réussit avec un actionneur.

[0007] Ainsi, l’actionneur comprend dans un système de train d’atterrissage d’un aéronef, un entraînement électrique pour entraîner l’actionneur et une première électronique d’entraînement pour asservir l’entraînement électrique, laquelle est reliée à l’entraînement par une ligne électrique. L’actionneur est caractérisé en ce qu’il dispose en outre d’une deuxième électronique d’entraînement pour asservir l’entraînement électrique, laquelle est reliée à l’entraînement par une ligne électrique, la première et la deuxième électronique d’entraînement étant redondantes l’une par rapport à l’autre.

[0008] Il s’en suit que l’actionneur selon l’invention ne comprend qu'un entraînement électrique mais deux électroniques d’entraînement reliées à l’entraînement électrique, lesquelles sont redondantes l’une par rapport à l’autre. L’augmentation recherchée de la disponibilité (réduction de la probabilité de défaillance) est donc obtenue par une redondance partielle qui se limite à l’électronique ou la partie électrique. Puisque l’électronique présente, selon l’expérience, une probabilité de défaillance plus élevée que les composants mécaniques, seule la partie électrique de l’actionneur est conçue de manière redondante. La redondance se limite alors aux éléments présentant le pourcentage de défaillance le plus élevé.

[0009] Selon une modification optionnelle de la présente invention, l’actionneur est un actionneur électromécanique ou un actionneur électrohydraulique, et l’entraînement électrique entraînant, de préférence en cas d’un actionneur électrohydraulique, une pompe d’un circuit hydraulique.

[0010] Selon une variante préférée de l’invention, la première électronique d’entraînement est différente de la deuxième électronique d’entraînement. Mais l’invention concerne aussi le cas selon lequel la première électronique d’entraînement est identique à la deuxième électronique d’entraînement.

[0011] L’avantage qui en résulte lorsque la première électronique d’entraînement est différente de la deuxième électronique d’entraînement, est fondé sur l’indépendance les uns des autres des éléments conçus de manière redondante, comme cela est requis en partie par les administrations. Si la cause d’un défaut de l’actionneur se trouve par exemple dans la conception logique de l’électronique d’entraînement, une réalisation redondante de même type n’apporte pas de remède, si bien que, dans un tel cas, il n’y a pas de deuxième possibilité indépendante.

[0012] De préférence, il est prévu que l’actionneur ne comprend que ledit un entraînement électrique. Ceci est une forme d’expression de la redondance partielle. Il peut également être prévu que l’actionneur comprend un circuit hydraulique décentralisé, qu’il n’est donc pas relié à un système hydraulique central d’un aéronef.

[0013] Selon une autre modification optionnelle de l’invention, l’entraînement électrique est un moteur électrique qui est relié aussi bien à la première électronique d’entraînement qu’à la deuxième électronique d’entraînement, de préférence, la première électronique d’entraînement et la deuxième électronique d’entraînement étant reliées l’une à l’autre via une liaison de communication.

[0014] Lorsque l’entraînement électrique est un moteur électrique, le moteur électrique peut être réalisé sous la forme d’un moteur à double bobinage dont les bobinages sont électriquement indépendants les uns des autres. De plus, il peut être prévu qu’un des bobinages coopère avec la première électronique d’entraînement et l’autre bobinage coopère avec la deuxième électronique d’entraînement.

[0015] Par la présence du double bobinage dans le moteur, le moteur peut être asservi par chacune des deux électroniques d’entraînement sans qu’une électronique d’entraînement ne doive être divisée pour le moteur.

[0016] Il peut être prévu que le double bobinage soit présent sur un axe commun et/ou sur les mêmes aimants de rotor. Selon une alternative, il est également possible que le double bobinage soit disposé sur un stator du moteur électrique.

[0017] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moteur électrique comprend des phases agencées de manière redondante, une des phases redondantes coopérant avec la première électronique d’entraînement et l'autre des phases redondantes coopérant avec la deuxième électronique d’entraînement.

[0018] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’actionneur comprend, en outre, une unité de commutation qui permet l’asservissement du moteur soit par la première électronique d’entraînement soit par la deuxième électronique d’entraînement. Dans ce cas, il peut être prévu que, en cas de défaillance de l’une des deux électroniques d’entraînement, l’unité de commutation soit commandée de façon qu’elle ne transmette pas de commande d’asservissement de l’électronique d’entraînement défaillante mais seulement des commandes de l’électronique d’entraînement non défaillante.

[0019] Selon une modification avantageuse de l’invention, le moteur électrique est un moteur synchrone triphasé à aimants permanents qui est pourvu de préférence d’un résolveur ou d’un capteur à effet Hall pour la régulation du moteur.

[0020] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, il peut être prévu que l’actionneur soit pourvu, en outre, d’un premier capteur de moteur pour déterminer un état de fonctionnement de l’entraînement et d’un deuxième capteur de moteur pour déterminer un état de fonctionnement de l’entraînemen, le premier capteur de moteur étant relié électriquement à la première électronique d’entraînement et le deuxième capteur de moteur étant relié électriquement à la deuxième électronique d’entraînement. Par cela, il est garanti que chaque électronique d’entraînement reçoit des données prélevées séparément et que, en cas de données de sortie erronées de l’un des capteurs, ce ne sont pas les deux électroniques d’entraînement qui émettent des commandes d’asservissement erronées.

[0021] De préférence, l’actionneur est adapté pour actionner un train d’atterrissage ou pour diriger une roue d’un train d’atterrissage. Par actionnement d’un train d’atterrissage, on comprend la rentrée ou la sortie d’un tain d’atterrissage, ainsi que le verrouillage en état déployé et en état rétracté.

[0022] Selon une autre variante de l’invention, il peut être prévu que la capacité de l’actionneur ou de l’entraînement soit indépendante de la défaillance de l’une des deux électroniques d’entraînement redondantes l’une par rapport à l’autre. Ceci est avantageux, puisque, même en cas de défaillance de l’une des électroniques d’entraînement, le comportement en réponse de l’actionneur n’est pas différent.

[0023] L’invention concerne également le cas que la capacité de l’actionneur ou de l’entraînement baisse en cas de défaillance de l’une des deux électroniques d’entraînement redondantes l’une par rapport à l’autre ; de préférence, la capacité baisse de moitié. Selon les circonstances, il peut être avantageux que la capacité de l’actionneur soit baissée lorsqu’une électronique d’entraînement est défaillante. Ainsi, on évite en fonctionnement d’urgence que des pointes de performance soient produites, si bien que la charge d’un réseau d’alimentation électrique soit maintenue faible le temps d’un fonctionnement d’urgence. Il est à prendre en compte que même à capacité réduite, la tâche primaire de l’actionneur soit remplie, que cela prendra plus de temps ou que le mode de réalisation de l’actionneur est davantage exposé à l’usure.

[0024] L’invention concerne également un système de train d’atterrissage d’un aéronef qui comprend plusieurs actionneurs du type décrit ci-avant, la première électronique d’entraînement et la deuxième électronique d’entraînement pour la multitude d’actionneurs du système de train d’atterrissage étant disposées ensemble de manière centralisée à un endroit. Par cela, en cas de défaillance d’une électronique d’entraînement, la réparation de l’électronique défaillante est simplifiée, puisqu'il n’est pas nécessaire d’accéder aux actionneurs qui sont placés parfois, dans l’aéronef, à des endroits difficiles d’accès.

[0025] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés. Ces dessins représentent :

Figure 1 :	des systèmes d’actionneur avec une alimentation en hydraulique centrale selon l’état de la technique,
Figure 2 :	des actionneurs électrohydrauliques avec une redondance complète d’une génération décentralisée de pression selon l’état de la technique,
Figure 3 :	une représentation schématique de la présente invention à l’exemple d’un actionneur électrohydraulique,
Figure 4 :	une représentation schématique de la présente invention à l’exemple d’un actionneur électromécanique,
Figure 5 :	une représentation schématique d’un entraînement EHA pour diriger la roue avant et actionner le train d’atterrissage selon l’invention et
Figure 6 :	une représentation schématique d’un actionneur électromécanique pour actionner le train d’atterrissage selon l’invention.

[0026] La figure 1 représente l’état de la technique et montre deux actionneurs différents, celui de gauche servant à diriger une roue avant et celui de droite servant à actionner un train d’atterrissage. Les différents actionneurs 1 sont reliés par une alimentation centralisée en hydraulique 11. Par l’ouverture et la fermeture de valves, le moteur correspondant pour diriger la roue avant ou pour actionner le train d’atterrissage est entraîné. La réalisation redondante de capteurs de position et de l’électronique associé engendre deux signaux différents l’un de l’autre, lesquels sont acheminés aux valves 12.

[0027] La figure 2 représente un autre état de la technique qui fonctionne sans alimentation centralisée d’hydraulique. Est représenté sur cette figure un actionneur électromécanique 1 dont les moyens pour engendrer une pression du fluide hydraulique sont réalisés de manière entièrement redondante. On reconnaît que l’actionneur 1 comprend deux moteurs 2 et deux pompes 7. L’emploi de redondances complètes résulte en une augmentation de coûts et en un poids élevé.

[0028] La figure 3 est une représentation schématique d'un actionneur selon l’invention. La figure montre un actionneur électrohydraulique avec une alimentation décentralisée d’hydraulique. L’alimentation centralisée du consommateur, c’est-à-dire d’un élément à actionner, est assurée par le moteur 2 ensemble avec la pompe 7 reliée au moteur par un accouplement mécanique. On reconnaît en outre une première électronique d’entraînement 1 qui est reliée au moteur par une première ligne électronique 5. Il existe en outre une deuxième électronique d’entraînement 4 qui est reliée à l’entraînement 2 par une ligne électrique 6. En prévoyant la redondance partielle, où seule l’électronique d’entraînement est réalisée de manière redondante et où le moteur n’existe qu’en une seule réalisation, il est possible de réduire une probabilité de défaillance sans augmenter pour autant le poids et les coûts à la manière de la solution représentée sur la figure 2. Le moteur électrique 2 peut être asservi de manière redondante.

[0029] La figure 4 représente un actionneur selon l’invention, c’est-à-dire un actionneur électromécanique 1. Ici, le consommateur est relié directement au moteur électrique 2 par un accouplement mécanique. L’électronique d’entraînement redondante 3, 4 ne diffère sensiblement pas de l’électronique d’entraînement de la figure 3.

[0030] La figure 5 représente un entraînement électrohydraulique électriquement redondant pour la direction d’une roue avant et pour l’actionnement d’un train d’atterrissage. Il est visible que l’actionneur 1 comprend une alimentation décentralisée en hydraulique qui est entraînée via le moteur électrique 2 et la pompe hydraulique 7 associée. Le moteur électrique 2 est relié à la première électronique d’entraînement 3 par la première ligne électrique 5 et à la deuxième électronique d’entraînement 4 par une deuxième ligne électrique 6. On peut entrevoir par la représentation du moteur électrique 2 que celui-ci est un moteur électrique à double bobinage, le premier bobinage du double bobinage pouvant être commandé par la première électronique d’entraînement 3 et le deuxième bobinage du double bobinage pouvant être commandé par la deuxième électronique d’entraînement 4. Il est également possible de prévoir une liaison de communication 8 entre les deux électroniques d’entraînement 3, 4.

[0031] En outre, un premier capteur de moteur 9 et un deuxième capteur de moteur 10 sont prévus qui peuvent être conçus de manière identique. Le premier capteur de moteur 9 est relié à la première électronique d’entraînement 3, alors que le deuxième capteur de moteur 10 est relié à la deuxième électronique d’entraînement 4. Ainsi, tous les paramètres d’entrée (capteurs de moteur 9, 10 et capteurs de position) nécessaires pour l’électronique d’entraînement sont réalisés de manière redondante et ont pour résultat une faible probabilité de défaillance de l’actionneur. De même, l’asservissement entier du moteur électrique 2 est réalisé de manière redondante, puisque grâce au double bobinage, la défaillance de l’une des électroniques d’entraînement 3, 4 peut être compensée par l’autre électronique d’entraînement.

[0032] La figure 6 représente un actionneur électromécanique conçu de manière électriquement redondante, pour actionner un train d’atterrissage, dans lequel actionneur l'électronique est intégrée de manière décentralisée dans l’actionneur 1. En raison d’exigences de sécurité, les administrations requièrent typiquement qu’il y ait, en fonctionnement d’urgence, une possibilité indépendante pour sortir le train d’atterrissage, exigence à laquelle est répondue par un moteur à double bobinage 2 et l’électronique redondante, notamment par la première et la deuxième électronique d’entraînement 3, 4 et le câblage associé 5, 6. De plus, il peut être prévu que les deux électroniques d’entraînement 3, 4 soient conçu selon une conception dissimilaire. L’absence d’identité des deux électroniques d’entraînement réduit encore davantage la probabilité de défaillance.

[0033] Les exemples présentés de l’invention peuvent utiliser un moteur synchrone triphasé à aimants permanents pourvu d’un résolveur ou d’un capteur à effet Hall pour la régulation du moteur. Pour l’asservissement redondant, les bobinages du moteur et les capteurs de moteur sont réalisés en double, ce qui avoir pour conséquence que, en raison d’un besoin accru de place, l’axe doit être plus long. D’autres types de moteur ne sont pas exclu de l’invention.

[0034] Il peut également être prévu que la capacité des entraînements redondants soit égale ou réduite. Ainsi, on peut activer les deux électroniques d’entraînement ou, en fonctionnement normal, lorsque les deux électroniques d’entraînement sont opérationnelles, n’activer qu’une des électroniques et mettre l’autre en mode stand-by. L’avantage de la conception « actif/stand-by » est dans le comportement identique de l’actionneur en cas de défaillance de la redondance. Selon une alternative, dans le cas d'une conception de fonctionnement « actif/actif », une chute de capacité en cas de défaillance de l’une des deux électroniques d’entraînement est inhérente au système. Mais ceci est partiellement demandé, puisqu’en fonctionnement d’urgence, qui est appliqué 5 lorsqu’une électronique d’entraînement de certains actionneurs est défaillante, la charge du réseau d’urgence d’alimentation en électricité doit être maintenue au plus bas niveau possible.

[0035] En outre, il peut être prévu que les valves de direction 13 représentées sur la figure 5 soient réalisées en double et soient réalisées sous la forme de valves « dual coil » 10 (double bobinage) adaptées pour être asservies de manière redondante. Il peut être nécessaire que le déverrouillage 14 représenté sur la figure 6 doive également être réalisé en double et comme un dispositif de déverrouillage « dual coil » adapté pour pouvoir être asservi de manière redondante.

Claims

REVENDICATIONS

1. Actionneur (1 ) dans un système de train d’atterrissage d’un aéronef, comprenant :

un entraînement électrique (2) pour entraîner l’actionneur (1) et une première électronique d’entraînement (3) pour asservir l’entraînement électrique (2), laquelle est reliée à l’entraînement (2) par une ligne électrique (5), caractérisé par une deuxième électronique d’entraînement (4) pour asservir l’entraînement électrique (2), laquelle est reliée à l’entraînement (2) par une ligne électrique (6), la première (3) et la deuxième (4) électronique d’entraînement étant redondantes l’une par rapport à l’autre.
2. Actionneur (1) selon la revendication 1, l’actionneur (1) étant un actionneur (1) électromécanique ou un actionneur (1 ) électrohydraulique, et l’entraînement électrique (2) entraînant, de préférence en cas d’un actionneur (1) électrohydraulique, une pompe (7) d’un circuit hydraulique.
3. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, la première électronique d’entraînement (3) étant différente ou identique à la deuxième électronique d’entraînement (4).
4. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, l’actionneur (1) ne comprenant que ledit un entraînement électrique (2) et/ou l’actionneur comprenant un circuit hydraulique décentralisé.
5. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, l’entraînement électrique (2) étant un moteur électrique qui est relié aussi bien à la première électronique d’entraînement (3) qu’à la deuxième électronique d’entraînement (4), de préférence, la première électronique d’entraînement (3) et la deuxième électronique d’entraînement (4) étant reliées l’une à l’autre via une liaison de communication (8).
6. Actionneur (1) selon la revendication 5, le moteur électrique (2) étant un moteur à double bobinage dont les bobinages sont électriquement indépendants les uns des autres, de préférence, un des bobinages coopérant avec la première électronique d’entraînement (3) et l’autre bobinage coopérant avec la deuxième électronique d’entraînement (4).
7. Actionneur (1) selon la revendication 6, le double bobinage étant présent sur un axe commun et/ou sur les mêmes aimants de rotor.
8. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes 5 à 7, le moteur électrique (2) comprenant des phases agencées de manière redondante, une des phases redondantes coopérant avec la première électronique d’entraînement (3) et l’autre des phases redondantes coopérant avec la deuxième électronique d’entraînement (4).
9. Actionneur (1) selon la revendication 5 avec, en outre, une unité de commutation qui permet l’asservissement du moteur soit par la première électronique d’entraînement (3) soit par la deuxième électronique d’entraînement (4).
10. Actionneur (1) selon l’une des revendications 5 à 9, le moteur électrique (2) étant un moteur synchrone triphasé à aimants permanents qui est pourvu de préférence d’un résolveur ou d’un capteur à effet Hall pour la régulation du moteur.
11. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes avec, en outre, un premier capteur de moteur (9) pour déterminer un état de fonctionnement de l’entraînement (2) et un deuxième capteur de moteur (10) pour déterminer un état de fonctionnement de l’entraînement (2), le premier capteur de moteur (9) étant relié électriquement à la première électronique d’entraînement (3) et le deuxième capteur de moteur (10) étant relié électriquement à la deuxième électronique d’entraînement (4).
12. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, l’actionneur (1) étant adapté pour actionner un train d’atterrissage ou pour diriger une roue d'un train d’atterrissage.
13. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, la capacité de l’actionneur (1) ou de l’entraînement (2) étant indépendante de la défaillance de l’une des deux électroniques d’entraînement (3, 4) redondantes l’une par rapport à l’autre.
14. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, la capacité de l’actionneur (1) ou de l’entraînement (2) baissant en cas de défaillance de l’une des deux électroniques d’entraînement (3, 4) redondantes l’une par rapport à l’autre, de préférence de la moitié.
15. Système de train d’atterrissage d’un aéronef qui comprend plusieurs actionneurs (1) selon l’une des revendications précédentes, la première électronique d’entraînement (3) et la deuxième électronique d’entraînement (4) pour la multitude d’actionneurs (1 ) du système de train d’atterrissage étant disposées ensemble de manière centralisée à un endroit.

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