FR3095804A1 - Dispositif d’application d’effort pour manche de pilotage - Google Patents

Dispositif d’application d’effort pour manche de pilotage Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, dans lequel le manche de pilotage comprend un levier (1) de commande entraînant en rotation un arbre (A1) autour d’un premier axe (A), le dispositif comprenant un frein magnétique (5a) qui comprend un élément aimantable (50a) relié à l’arbre, ainsi qu’un émetteur magnétique (51a) opposé à l’élément aimantable en étant libre en rotation autour du premier axe par rapport à l’élément aimantable, ledit émetteur magnétique présentant un état activé, dans lequel l’émetteur magnétique est alimenté en courant et génère un champ magnétique au niveau d’un volume occupé par l’élément aimantable, et un état désactivé dans lequel l’émetteur magnétique n’est pas alimenté en courant et ne génère pas de champ magnétique, de sorte à empêcher une rotation de l’élément aimantable par rapport à l’émetteur magnétique autour de l’arbre.Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Dispositif d’application d’effort pour manche de pilotage
La présente invention concerne les dispositifs de pilotage utilisés par le pilote dans un cockpit d’aéronef. Elle concerne notamment un manche actif de pilotage comprenant un retour d’effort intégré pour assister le pilote.
Un dispositif de pilotage dans un cockpit d’aéronef comprend, de manière habituelle, un manche de pilotage avec notamment un levier de commande monté rotatif selon un axe dit de roulis et un axe dit de tangage, ces deux axes étant orthogonaux l’un à l’autre. On rencontre le plus souvent des dispositifs de type « manche à balai ».
En fonction de la position du levier selon ces deux axes, le dispositif de pilotage transmet des commandes de déplacement à des organes de pilotage de l’aéronef.
Sur les modèles les plus récents d’aéronef, la commande des mouvements de l’aéronef est électronique et le dispositif de pilotage intégré dans le cockpit peut être de type « mini-manche » (« side stick » en anglais). La position du levier selon les deux axes de roulis et de tangage est mesurée par des capteurs et traduite en commandes de déplacement. Le levier n’est pas directement lié mécaniquement aux parties mobiles de l’aéronef. Il n’y a pas de retour mécanique direct sur le levier pour le pilote.
Or, il est souhaitable pour la sécurité du vol que le pilote perçoive un retour mécanique au niveau du levier. Les systèmes de signalisation du cockpit peuvent ne pas être suffisants pour provoquer une réaction suffisamment rapide du pilote face à des événements imprévus au cours du vol. Les sensations de pilotage sont bien meilleures si le mini-manche de pilotage intègre un retour d’effort, aussi appelé « retour haptique ».
Il a été proposé à ce titre d’équiper le mini-manche de systèmes mécaniques passifs de retour d’effort, comme des systèmes à ressort, ou de systèmes électromécaniques actifs.
Le document FR 3 011 815 décrit un dispositif de retour d’effort actif à moteur électrique. Dans ce document, le dispositif de commande de vol d’aéronef comporte un levier de commande monté sur une platine et relié à un moteur d’axe de roulis et un moteur d’axe de tangage par l’intermédiaire d’arbres de transmission. Les deux moteurs sont commandés selon une loi d’effort, de sorte qu’au cours du fonctionnement du mini-manche, ils génèrent un effort résistif s’opposant à l’effort exercé sur le levier (retour d’effort), par exemple lorsqu’un seuil d’effort est dépassé par le pilote.
Un tel dispositif s’avère efficace pour restituer les sensations de pilotage et accroître la sécurité du vol. Toutefois, en cas de défaillance électrique ou mécanique au niveau d’un des moteurs ou en cas de panne sur la chaîne de traitement des signaux de commande des moteurs, le retour d’effort peut être supprimé.
Dans le domaine de l’aéronautique, les exigences en matière de disponibilité des dispositifs de pilotage sont élevées. Il n’est donc pas acceptable que le pilote passe brutalement à un mode de pilotage sans retour d’effort, en cas de défaillance d’un moteur ou de sa chaîne de traitement.
En outre, les systèmes actifs de retour d’effort de l’état de la technique comprennent souvent un nombre important de composants, notamment des moteurs de roulis et de tangage mais aussi des embrayages, des limiteurs de couple, des engrenages… Ces systèmes peuvent s’avérer coûteux, encombrants et difficiles à intégrer dans un cockpit d’aéronef. De plus, l’introduction d’engrenages implique une réduction des performances dynamiques du manche de pilotage, dont l’inertie augmente, et cause une perte d’ergonomie car le pilote ressent les variations de couple dues à la présence des engrenages.
L’état de la technique ne donne pas de solution adaptée pour la conservation du retour d’effort au niveau du levier en cas de défaillance d’un moteur de retour d’effort, ayant un encombrement limité et une bonne durabilité.
Au regard de ce qui précède, il existe un besoin pour un manche de pilotage intégrant une voie de secours mécanique, pour empêcher que la rotation du levier ne soit libre et que le pilote ne perde tout retour d’effort en cas de défaillance électrique affectant un moteur de retour d’effort du manche. Une perte totale d’alimentation électrique dudit moteur de retour d’effort constitue un exemple d’une telle défaillance électrique.
On recherche également un manche de pilotage avec une masse, un encombrement et une consommation électrique moindres par rapport aux manches de pilotage existants.
Il existe également un besoin pour un manche de pilotage intégrant un mode de fonctionnement dans lequel le levier n’est pas complètement immobilisé en cas de panne affectant un moteur de retour d’effort, avec un effort résistif variable exercé sur le levier en fonction de l’action du pilote sur le levier.
Il existe un besoin additionnel pour un manche de pilotage dans lequel les éléments réalisant le retour d’effort présentent une fiabilité accrue et une durée de vie satisfaisante.
A ce titre, un premier objet de l’invention est un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, dans lequel le manche de pilotage comprend un levier de commande entraînant en rotation un arbre autour d’un premier axe, le dispositif comprenant un frein magnétique qui comprend :
- un élément aimantable relié à l’arbre,
- un émetteur magnétique opposé à l’élément aimantable en étant libre en rotation autour du premier axe par rapport à l’élément aimantable, ledit émetteur magnétique présentant un état activé, dans lequel l’émetteur magnétique est alimenté en courant et génère un champ magnétique au niveau d’un volume occupé par l’élément aimantable, et un état désactivé dans lequel l’émetteur magnétique n’est pas alimenté en courant et ne génère pas de champ magnétique, de sorte à empêcher une rotation de l’élément aimantable par rapport à l’émetteur magnétique autour de l’arbre.
Le frein magnétique du dispositif d’application d’effort de l’invention réalise un retour d’effort sur l’arbre. Une fois que l’élément aimantable est aimanté, sous l’action d’un champ magnétique qui lui est appliqué, la rotation de l’élément aimantable autour de l’arbre par rapport à l’émetteur magnétique est freinée ou bloquée, par interaction magnétostatique. En cas de déplacement relatif de l’arbre par rapport à l’émetteur magnétique, un effort résistif est en effet exercé sur l’élément aimantable.
Le frein magnétique de l’invention présente une faible complexité mécanique. De plus, le freinage de l’arbre peut être réalisé sans contact entre l’émetteur magnétique et l’élément aimantable. Il n’existe pas de friction entre les parties mobiles du frein. Le dispositif d’application d’effort de l’invention présente donc une durée de vie accrue par rapport à des systèmes de freinage par verrouillage mécanique.
De plus, en l’absence de friction entre les pièces mobiles du frein, il n’existe pas de couple résistif à vide, dans l’état où l’élément aimantable n’est pas aimanté.
Un autre avantage de l’invention est que l’effort exercé sur l’arbre est très peu sensible à la température de l’environnement du frein, ce qui améliore la fiabilité du frein.
Selon un mode de fonctionnement possible, le frein est utilisé en complément d’un moteur de retour d’effort configuré pour exercer un effort résistif sur l’arbre durant un vol. En cas de défaillance électrique affectant un moteur de retour d’effort ou sa chaîne de traitement, par exemple une perte d’alimentation du moteur ou un dysfonctionnement de calculateur, l’émetteur magnétique du dispositif d’application d’effort est contrôlé de sorte à aimanter l’élément aimantable.
On prévoit par exemple un blocage complet du levier en cas de défaillance électrique affectant le moteur, l’effort résistif exercé sur l’arbre par interaction magnétostatique après la survenance de l’événement de défaillance étant suffisamment important pour bloquer l’arbre.
Selon un autre mode de fonctionnement possible, le frein magnétique est configuré pour exercer un retour selon une loi d’effort et/ou d’amortissement, en complément ou en remplacement d’éventuels moteurs de retour d’effort. Le frein magnétique est alors intégré au retour d’effort prévu en fonctionnement normal du manche de pilotage.
Dans ce dernier mode de fonctionnement, il n’est pas nécessaire d’équiper le manche de pilotage de moteurs électriques de retour d’effort qui seraient dimensionnés pour exercer à eux seuls les efforts résistifs maximaux prévus sur la gamme d’utilisation du manche de pilotage. Le dispositif d’application d’effort de l’invention permet ainsi de réduire la masse et l’encombrement du manche.
Le dispositif d’application d’effort de l’invention peut présenter en outre, de façon optionnelle et non limitative, les caractéristiques suivantes, prises seules ou en l’une quelconque des combinaisons techniquement possibles :
- l’élément aimantable comprend l’un au moins des matériaux suivants : fer, cobalt, acier inoxydable, silicium, bore.
- l’émetteur magnétique est un solénoïde.
- l’émetteur magnétique est apte à produire au niveau du volume occupé par l’élément aimantable un champ magnétique d’induction supérieure à un seuil compris entre 0,1 Tesla et 10 Tesla, le seuil étant de préférence supérieur à 1 Tesla.
- l’élément aimantable est configuré pour s’aimanter lorsque l’émetteur magnétique est à l’état activé et pour se désaimanter lorsque l’émetteur magnétique est à l’état désactivé.
- le dispositif d’application d’effort comprend en outre un dispositif magnétique permanent, configuré pour produire un champ magnétique permanent au niveau du volume occupé par l’élément aimantable qui compense le champ magnétique de l’émetteur magnétique lorsque l’émetteur magnétique est à l’état activé.
- le dispositif d’application d’effort comprend en outre un joint mécanique solidaire en rotation du levier autour d’un deuxième axe, et un capteur d’effort configuré pour mesurer un couple exercé sur le levier qui cause une rotation du joint mécanique autour du deuxième axe.
- le dispositif d’application d’effort comprend en outre un joint mécanique solidaire en rotation du levier autour d’un axe de roulis et autour d’un axe de tangage, le manche de pilotage comprenant l’arbre, connecté au joint mécanique et dont la rotation autour du premier axe est liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de roulis, et comprenant un arbre supplémentaire, connecté au joint mécanique et dont la rotation autour d’un axe supplémentaire est liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de tangage, le dispositif d’application d’effort comprend en outre un frein magnétique supplémentaire comprenant :
un élément aimantable supplémentaire relié à l’arbre supplémentaire,
un émetteur magnétique supplémentaire opposé à l’élément aimantable supplémentaire en étant libre en rotation autour de l’axe supplémentaire par rapport à l’élément aimantable supplémentaire, ledit émetteur magnétique supplémentaire présentant un état activé, dans lequel l’émetteur magnétique supplémentaire est alimenté en courant et génère un champ magnétique au niveau du volume occupé par l’élément aimantable supplémentaire, et un état désactivé dans lequel l’émetteur magnétique supplémentaire n’est pas alimenté en courant et ne génère pas de champ magnétique, de sorte à empêcher une rotation de l’élément aimantable supplémentaire par rapport à l’émetteur magnétique supplémentaire autour de l’arbre supplémentaire.
Selon un deuxième objet, l’invention concerne un manche actif de pilotage pour un aéronef, qui comprend un dispositif d’application d’effort tel que défini ci-avant et qui comprend en outre un levier mobile en rotation autour d’un deuxième axe, la rotation de l’arbre du dispositif d’application d’effort autour du premier axe étant liée à la rotation du levier autour du deuxième axe.
Ce manche de pilotage peut présenter en outre, de façon optionnelle et non limitative, les caractéristiques suivantes, prises seules ou en l’une quelconque des combinaisons techniquement possibles :
- le manche de pilotage comprend en outre :
un calculateur de retour d’effort,
un moteur de retour d’effort, l’arbre correspondant à un arbre d’entraînement dudit moteur, ledit moteur étant configuré pour exercer un retour d’effort sur le deuxième axe, un couple exercé au cours du fonctionnement du manche par le moteur de retour d’effort étant fonction d’un signal de commande transmis par le calculateur.
- le manche de pilotage comprend en outre un capteur de position angulaire, le signal de commande étant calculé en fonction d’une position angulaire de l’arbre autour du premier axe mesurée par ledit capteur.
- le dispositif d’application d’effort comprend en outre une unité d’alimentation électrique de secours configurée pour fournir une alimentation électrique à l’émetteur magnétique quand l’émetteur magnétique est à l’état activé, ladite alimentation électrique étant distincte d’une alimentation électrique du calculateur.
- l’émetteur magnétique du dispositif d’application d’effort est configuré pour recevoir une alimentation électrique commune avec une alimentation électrique du calculateur quand l’émetteur magnétique est à l’état activé.
- le dispositif d’application d’effort comprend en outre un dispositif magnétique permanent, configuré pour produire un champ magnétique permanent au niveau du volume occupé par l’élément aimantable du dispositif d’application d’effort qui compense le champ magnétique de l’émetteur magnétique lorsque l’émetteur magnétique est à l’état activé.
Un objet additionnel de l’invention est un procédé de contrôle en secours mécanique d’un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le procédé étant mis en œuvre à l’aide d’un manche de pilotage tel que défini ci-avant, ledit manche comprenant un moteur de retour d’effort, le procédé comprenant les étapes de :
détection d’une défaillance sur une chaîne de traitement du moteur de retour d’effort,
transmission à l’émetteur magnétique du dispositif d’application d’effort d’un signal d’activation ou de désactivation de l’émetteur magnétique,
de façon optionnelle, activation d’un mode de pilotage en effort du manche.
Un autre objet de l’invention est un procédé de contrôle en loi d’amortissement d’un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le procédé étant mis en œuvre à l’aide d’un manche de pilotage tel que défini ci-avant et comprenant les étapes de :
détection d’une position et/ou d’une vitesse du levier,
génération d’un signal d’activation de l’émetteur magnétique du dispositif d’application d’effort comprenant une consigne de champ magnétique déterminée en fonction de la position et/ou de la vitesse du levier selon une loi prédéterminée, le signal d’activation étant transmis à l’émetteur magnétique.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles :
La Figure 1 représente de façon fonctionnelle l’architecture d’ensemble d’un système de pilotage comprenant un manche de pilotage selon un mode de réalisation de l’invention.
La Figure 2 est une vue en perspective du levier et du joint mécanique du système de pilotage de la Figure 1.
La Figure 3 est une vue schématique d’un manche de pilotage intégrant un dispositif d’application d’effort selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’application d’effort comprenant des freins magnétiques.
La Figure 4a représente schématiquement un frein magnétique du dispositif d’application d’effort de la Figure 3, dans lequel l’émetteur magnétique est à l’état activé et l’élément aimantable présente une première position.
La Figure 4b représente schématiquement le même frein magnétique du dispositif d’application d’effort de la Figure 3, dans lequel l’émetteur magnétique est à l’état activé et l’élément aimantable présente une deuxième position.
La Figure 5 est un organigramme des étapes d’un procédé de contrôle d’un dispositif d’application d’effort de l’invention, en secours mécanique.
La Figure 6 est un organigramme des étapes d’un procédé de contrôle d’un dispositif d’application d’effort de l’invention, en loi d’amortissement.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
Dans toute la suite, on décrira des exemples relatifs à un manche de pilotage d’aéronef mobile en rotation selon un axe de roulis et selon un axe de tangage. Le dispositif d’application d’effort de l’invention s’utilise toutefois, avec les mêmes avantages, en association avec un manche de pilotage mobile selon un ou plusieurs axes de déplacement différents d’un axe de rotation de roulis ou de tangage.
On entend dans la suite par « loi d’amortissement » du frein magnétique la relation entre la position rotative du levier selon un axe de rotation et l’effort résistif produit par le biais du frein à l’encontre d’un déplacement en rotation autour dudit axe. On entend en outre par « loi d’effort » la relation entre la position du levier et l’effort total restitué sur le levier, qui peut être résistif ou moteur (cet effort total prenant en compte l’action du ou des freins mécaniques et éventuellement l’action d’un ou de plusieurs moteurs de retour d’effort ou d’autres éléments).
Sur l’ensemble des figures et dans la description ci-après, les éléments similaires portent des références alphanumériques identiques.
On a représenté enFigure 1une architecture fonctionnelle de système de pilotage d’un aéronef, l’aéronef étant notamment piloté selon des axes de roulis et de tangage. Le système de pilotage représenté comprend notamment un mini-manche de pilotage dont des exemples seront décrits dans le détail ci-après. Le mini-manche se trouve typiquement dans le cockpit de l’aéronef.
Sur cette figure, les traits plus épais entre deux unités fonctionnelles correspondent à des liaisons mécaniques. Les liaisons fléchées sont des liaisons électroniques par lesquelles peuvent être transmises des données.
Le système comprend un levier 1 de commande, monté sur un joint mécanique 2, par exemple sur une platine du joint mécanique. Le levier est monté rotatif selon un axe X de roulis et un axe Y de tangage du levier, les deux axes étant orthogonaux. Le joint mécanique 2 peut être monté sur un carter de l’aéronef, le carter étant solidaire du plancher de l’aéronef. Le pilote agit sur le levier pour commander des parties mobiles de l’aéronef.
De manière usuelle, des signaux électroniques de position du levier acquis par un capteur 4a de position angulaire du levier associé à l’axe de roulis X et un capteur 4b de position angulaire du levier associé à l’axe de tangage Y sont communiqués à une unité 8 de commande de vol, ou FCS pour « Flight Control System ». De façon optionnelle, les capteurs 4a et 4b communiquent également des informations de vitesse de rotation du levier 1 selon ces axes. Les informations de position/vitesse du levier sont traduites en signaux de commande de pilotage de parties mobiles de l’aéronef par l’unité de commande 8.
Le manche de pilotage de la Figure 1 comprend en outre un dispositif d’application d’effort sur les axes de roulis et de tangage du levier. Une fonction du dispositif d’application d’effort est d’assurer le retour d’effort sur le manche, en réponse au maniement du levier 1 par le pilote, en complément de moteurs d’effort ou en se substituant à des moteurs d’effort.
Dans le présent exemple, le dispositif d’application d’effort comprend un moteur électrique 3a associé à un arbre d’entraînement d’axe A lié à l’axe X de roulis du levier. Par « lié à l’axe » on entend qu’une transmission de mouvement existe entre l’arbre d’axe A et un élément du joint 2. Lorsque le levier pivote selon l’axe X, l’arbre d’entraînement du moteur 3a est donc entraîné en rotation. De même, le dispositif comprend un moteur électrique 3b associé à un arbre d’entraînement d’axe B lié à l’axe Y de tangage du levier. Les moteurs 3a et 3b sont des moteurs de retour d’effort.
En alternative, le moteur 3a pourrait être agencé pour agir directement sur l’axe X de roulis via un arbre tournant lié au joint 2 et le moteur 3b pourrait être agencé pour agir directement sur l’axe Y de tangage via un arbre tournant lié au joint 2.
Pour assurer la commande de l’effort fourni par les moteurs 3a et 3b, le manche de pilotage comprend un calculateur 70 configuré pour générer et transmettre aux moteurs un signal de commande comportant une consigne d’effort, par exemple une consigne de couple exercé par les moteurs. L’unité 8 de commande est configurée pour déterminer, en fonction des informations de position/vitesse du levier et/ou en fonction d’autres données, la consigne d’effort. La consigne d’effort est par exemple calculée selon une loi d’effort prédéterminée. Le calculateur 70 comprend une interface électronique pour recevoir des signaux comportant lesdites informations de position et transmettre ces informations à l’unité de commande 8.
En alternative, le calculateur 70 peut être configuré pour déterminer de façon autonome la consigne d’effort à partir des signaux de position/vitesse du levier et/ou à partir d’autres données, et pour générer les signaux de commande des moteurs à partir de la consigne d’effort.
Le dispositif d’application d’effort comprend en outre un premier frein magnétique 5a lié à l’axe A et un deuxième frein magnétique 5b lié à l’axe B. Dans le présent exemple, ces freins sont positionnés directement respectivement sur l’arbre du moteur 3a d’axe A et sur l’arbre du moteur 3b d’axe B.
Chaque frein magnétique comprend un élément aimantable et un émetteur magnétique opposé à l’élément aimantable, dont un exemple détaillé de structure est décrit ci-après. L’émetteur magnétique présente un état activé, dans lequel il émet un champ magnétique au niveau du volume occupé par l’élément aimantable, et un état désactivé, dans lequel il n’émet pas ledit champ magnétique. Comme il sera vu ci-après, les interactions magnétostatiques entre l’émetteur magnétique et l’élément aimantable sont de nature à freiner ou à bloquer la rotation de l’arbre associé au frein magnétique. Par « élément aimantable » on entend un élément fabriqué pour tout ou partie en un matériau propre à s’aimanter en réponse à un champ magnétique qui lui est appliqué. De préférence, l’aimantation acquise par le matériau de l’élément aimantable disparaît si le champ magnétique total s’annule au niveau du volume occupé par ledit élément.
Selon une première variante qui correspond à l’exemple de la Figure 1, les émetteurs magnétiques des freins magnétiques 5a et 5b sont commandés pour passer sélectivement à l’état activé ou à l’état désactivé.
Ici, les émetteurs magnétiques des freins 5a et 5b disposent chacun d’unités d’alimentation électrique de secours respectives 71a et 71b, distinctes d’une alimentation électrique du calculateur 70. La commande sélective de l’état activé ou désactivé des émetteurs magnétiques est réalisée par les unités d’alimentation de secours.
Un avantage est qu’en cas de défaillance affectant le calculateur 70, par exemple une rupture d’alimentation électrique du calculateur empêchant un fonctionnement fiable des moteurs de retour d’effort, les freins magnétiques restent sous contrôle.
Dans cet exemple, la commande des unités d’alimentation électrique de secours, pour commander la fourniture de courant électrique aux émetteurs magnétiques des freins 5a et 5b, est assurée par l’unité de commande 8 du système de pilotage.
Selon une deuxième variante non illustrée sur les dessins annexés, l’émetteur magnétique d’un frein magnétique est configuré pour recevoir une alimentation électrique commune avec une alimentation électrique du calculateur 70 quand l’émetteur magnétique est à l’état activé. Par exemple, l’émetteur magnétique est alimenté directement par l’intermédiaire du calculateur 70.
Dans cette dernière variante, l’état activé ou désactivé des émetteurs magnétiques peut ne pas être commandable sélectivement. L’état activé résulte alors d’une alimentation électrique normale du calculateur 70, et l’état désactivé résulte d’une rupture ou d’une défaillance de l’alimentation électrique du calculateur 70. En alternative, le calculateur 70 commande sélectivement le passage de l’émetteur magnétique à l’état activé ou désactivé.
On notera que les moteurs 3a et 3b pourraient être omis du système de pilotage, si les freins 5a et 5b configurés pour agir sur les axes de roulis et de tangage sont conservés. Les freins 5a et 5b peuvent alors être commandés pour exercer un effort résistif déterminé en fonction de la position et/ou de la vitesse du levier 1, selon une loi d’amortissement.
De façon optionnelle, le système de pilotage comprend également des capteurs d’effort 6a et 6b mesurant respectivement le couple exercé sur le levier en pivotement selon l’axe X et selon l’axe Y. Il peut s’agir de tous types de capteurs d’effort connus, par exemple de capteurs capacitifs, piézoélectriques ou résistifs.
De tels capteurs sont notamment utiles si le système de pilotage comprend un mode de pilotage en effort. Dans ce mode, le levier 1 est immobilisé et l’unité de commande 8 détermine des signaux de commande des parties mobiles de l’aéronef en fonction des efforts appliqués sur le levier 1 par le pilote.
LaFigure 2représente un manche de pilotage selon un exemple de réalisation conforme à l’architecture de la Figure 2. Le levier 1 est agencé sur un joint mécanique 2 fixé à un carter 9 solidarisé à un châssis de l’aéronef. Le joint est mobile en rotation par rapport au carter selon les axes X et Y. Les moteurs 3a et 3b (non visibles sur la figure) sont déportés du levier. Les freins 5a et 5b sont eux aussi déportés du levier.
Le levier 1 est libre à une extrémité et fixé à une première platine 11 du joint 2 à l’autre extrémité. La première platine 11 est mobile en rotation selon l’axe X et selon l’axe Y et est liée à une deuxième platine 10 du joint 2. L’axe X est lié à la première platine 11, de sorte qu’un pivotement de la première platine 11 autour de l’axe Y fait pivoter l’axe X autour de l’axe Y.
Deux transmissions, comprenant chacune un joint de Cardan, traduisent un mouvement de rotation du levier selon l’axe X, respectivement selon l’axe Y, en un mouvement de rotation d’un arbre A1 (non visible sur la figure) s’étendant selon l’axe A, respectivement d’un arbre A2 (non visible sur la figure) s’étendant l’axe B. Le moteur 3a et le frein magnétique 5a sont associés à l’arbre A1 qui est un arbre d’entraînement du moteur 3a. Le moteur 3b et le frein magnétique 5b sont associés à l’arbre A2 qui est un arbre d’entraînement du moteur 3b.
Les moteurs 3a et 3b sont ainsi en prise directe sur le joint mécanique 2 et peuvent transmettre un effort résistif ou moteur en réponse aux mouvements de pivotement du levier 1 par le pilote, selon une loi d’effort ou une loi d’amortissement prédéterminée.
Pour plus de détails sur la structure du joint 2 et sur la liaison mécanique entre ce joint et les moteurs 3a et 3b, on pourra se référer à la Figure 1 du document FR 3 011 815 et à la description y afférente.
Frein magnétique du dispositif d’application d’effort
LaFigure 3illustre schématiquement un exemple de manche de pilotage conforme à l’architecture d’ensemble de la Figure 1.
Le manche de pilotage comprend un dispositif d’application d’effort destiné à exercer un effort sur les arbres A1 et A2 entraînés en rotation par le levier 1 du manche, lorsque le levier est pivoté respectivement autour de son axe de roulis X et autour de son axe de tangage Y. Le dispositif d’application d’effort vient en complément et/ou en secours mécanique du moteur de roulis 3a et du moteur de tangage 3b.
Le frein 5a se situe à l’opposé du joint mécanique 2 par rapport au moteur de roulis 3a et le frein 5b se situe à l’opposé du joint mécanique 2 par rapport au moteur de tangage 3b. Un avantage de cet agencement des freins est de pouvoir déporter les freins par rapport au joint mécanique 2 recevant le levier 1, si bien que de la place peut être gagnée dans le cockpit, l’espace au voisinage du levier étant désencombré.
En variante, les freins pourraient être positionnés directement au voisinage du joint 2, par exemple entre les moteurs et le joint. On pourrait prévoir que le frein 5a agisse directement sur un arbre qui s’étend selon l’axe de roulis X, au lieu d’agir sur l’arbre A1 dont la rotation autour de l’axe A1 est liée à la rotation du joint autour de l’axe A. On pourrait de même prévoir que le frein 5b agisse directement sur l’axe de tangage Y.
La description ci-après concerne la structure du frein magnétique 5a du dispositif d’application d’effort, associé à l’axe de roulis X du levier et au moteur 3a ; on pourra utiliser un frein magnétique 5b de structure et de fonctionnement similaires pour l’axe de tangage Y du levier.
Le dispositif d’application d’effort comprend ici un frein magnétique 5a associé à l’axe de roulis X. La rotation du levier autour de l’axe X est liée à la rotation de l’arbre A1 autour de l’axe A. Autrement dit, le levier entraîne en rotation l’arbre A1 lorsque le levier est pivoté autour de l’axe X.
De préférence, le levier 1 est monté sur un joint mécanique 2 solidaire du levier en rotation autour de l’axe X. Par exemple, le joint mécanique est conforme à celui représenté en Figure 2 et une liaison de Cardan du joint 2 transmet les mouvements de rotation entre l’axe X et l’axe A.
En alternative, le levier pourrait entraîner directement l’arbre A1 sans passer par un joint mécanique.
On notera qu’ici, l’arbre A1 et le moteur 3a qui comprend ledit arbre comme arbre d’entraînement sont intégrés au dispositif d’application d’effort.
Le frein magnétique 5a comprend :
- un élément aimantable 50a relié à l’arbre A1, si bien qu’une rotation de l’arbre autour de l’axe A entraîne une rotation de l’élément aimantable autour de ce même axe,
- un émetteur magnétique 51a opposé à l’élément aimantable 50a, libre en rotation autour de l’axe A par rapport à l’élément aimantable 50a.
L’émetteur magnétique 51a présente un état activé, dans lequel il est alimenté en courant et génère un champ magnétique (par exemple un champ magnétique stable d’induction prédéterminée) au niveau du volume occupé par l’élément aimantable, et un état désactivé dans lequel il n’est pas alimenté en courant et ne génère pas ce champ.
Par exemple, si l’émetteur magnétique est un solénoïde, l’état activé peut correspondre au passage d’un courant électrique aux bornes du solénoïde et l’état désactivé peut correspondre à une absence de courant électrique à ses bornes.
L’élément aimantable 50a comprend un matériau propre à s’aimanter en réponse à un champ magnétique qui lui est appliqué, ici en réponse à une activation ou à une désactivation de l’émetteur magnétique 51a. Par exemple, l’élément aimantable est constitué pour tout ou partie d’un matériau paramagnétique ; les particules de l’élément aimantable acquièrent alors un moment magnétique orienté dans le même sens de celui du champ magnétique total subi par le volume occupé par l’élément aimantable, l’élément aimantable acquérant ainsi une aimantation qui disparaît si le champ magnétique total s’annule. L’élément aimantable peut en alternative être constitué d’un matériau diamagnétique.
L’élément aimantable est par exemple constitué pour tout ou partie de fer, de cobalt, d’acier inoxydable, de silicium ou de bore, pris seuls ou en combinaison. L’élément aimantable est par exemple une pièce métallique fixée à une extrémité de l’arbre A1, typiquement un disque métallique centré sur l’axe A de l’arbre A1.
L’émetteur magnétique 51a est ici opposé à l’élément aimantable 50a. Du fait de cet agencement, l’activation ou la désactivation de l’émetteur magnétique engendre une variation du champ magnétique total au niveau du volume occupé par l’élément aimantable. L’émetteur magnétique 51a et l’élément aimantable 50a sont ici séparés entre eux par une distance d’entrefer E parallèlement à l’axe A de l’arbre A1.
Lorsque l’élément aimantable 50a est aimanté, du fait de l’activation ou de la désactivation de l’émetteur magnétique 51a, une rotation de l’élément aimantable 50a par rapport à l’émetteur magnétique 51a est freinée ou bloquée, par interaction entre le champ magnétique de l’élément aimantable 50a et le champ magnétique de l’émetteur magnétique 51a.
L’émetteur magnétique 51a est préférentiellement relié au carter 9 ; dans l’exemple de la Figure 3, l’émetteur 51a est agencé entre l’élément aimantable 50a et le carter 9. Ainsi, après aimantation de l’élément aimantable 50a, le mouvement de l’arbre A1 par rapport au carter 9 est freiné ou bloqué. Le pilote ressent un retour d’effort lorsqu’il essaie de faire pivoter le levier selon l’axe de roulis X par rapport aux parties fixes de l’aéronef.
Le frein magnétique défini ci-avant présente de nombreux avantages. Il est de faible complexité mécanique. De plus, le freinage de l’arbre peut être réalisé sans contact entre l’émetteur magnétique et l’élément aimantable, à l’inverse de systèmes de freinage qui fonctionneraient par verrouillage mécanique, par exemple avec un crabot. Des pièces réalisant un verrouillage mécanique du déplacement du levier seraient sujettes à une forte friction et seraient donc susceptibles de s’user rapidement. L’usure de l’élément aimantable 50a et de l’émetteur magnétique 51a est ici très réduite grâce à l’absence de contact.
De plus, en l’absence de friction entre les pièces mobiles du frein, il n’existe pas de couple résistif à vide quand l’élément aimantable n’est pas aimanté.
L’interaction magnétostatique entre l’élément aimantable et l’émetteur magnétique est en outre peu variable en fonction de la température du milieu du frein magnétique.
Enfin, l’interaction magnétostatique entre l’émetteur magnétique et l’élément aimantable peut être contrôlée de sorte qu’un déplacement relatif entre ces pièces soit possible lorsque le pilote exerce un effort élevé sur le levier, auquel cas l’arbre A1 peut être pivoté par rapport à l’émetteur magnétique. Contrairement à un frein qui fonctionnerait sur le principe d’un verrouillage mécanique, le frein magnétique tel que défini ci-avant ne nécessite pas l’ajout d’un limiteur de couple pour résister à un effort élevé exercé par le pilote. Le frein magnétique joue ici le rôle d’un limiteur de couple naturel.
Le dispositif d’application d’effort comprend avantageusement un deuxième frein magnétique 5b qui comprend un élément aimantable 50b relié au deuxième arbre A2, ainsi qu’un émetteur magnétique 51b préférentiellement relié au carter 9. Ainsi, on peut contrôler de manière indépendante les efforts résistifs appliqués sur les axes de roulis et de tangage par les freins.
En alternative à la structure de la Figure 3, l’arbre sur lequel est monté l’élément aimantable 50a pourrait être un arbre distinct de l’arbre A1, ledit arbre étant lié en rotation à l’arbre A1 par un mécanisme de liaison mécanique.
Dans un premier mode de réalisation, l’élément aimantable 50a n’est pas aimanté (ou aimanté de façon négligeable) dans l’état désactivé de l’émetteur magnétique, c’est-à-dire en l’absence de champ magnétique émis par l’émetteur magnétique. L’élément aimantable 50a est alors configuré pour s’aimanter lorsque l’émetteur magnétique 51a est à l’état activé, et pour se désaimanter lorsque l’émetteur magnétique 51a est à l’état désactivé.
Ce mode est compatible à la fois avec une utilisation du frein 5a en secours mécanique d’un moteur de retour d’effort et pour simuler une loi d’amortissement.
Ce mode correspond notamment au cas où toutes les autres sources de champ magnétique situées à proximité de l’élément aimantable présentent un champ magnétique négligeable par rapport au champ produit par l’élément aimantable 50a dans l’état activé.
Un avantage de ce mode de réalisation est que le champ produit par l’émetteur magnétique n’interagit pas avec un autre champ magnétique permanent. Le champ magnétique total au niveau de l’élément aimantable peut être connu de manière précise.
On a représenté sur les Figures 4a et 4b un frein magnétique 5a selon un exemple correspondant à ce premier mode de réalisation.
Dans cet exemple, l’émetteur magnétique 51a est un solénoïde fixé au carter 9 (qui n’est pas représenté) et qui admet un axe D comme axe de symétrie. L’axe D est de préférence aligné avec l’axe A de l’arbre A1 auquel est fixé l’élément aimantable 50a.
L’élément aimantable est ici un disque métallique centré sur l’axe A de l’arbre A1. L’arbre A1 est un arbre de sortie du frein magnétique 5a. Dans le cas où le frein magnétique est utilisé en complément ou en secours d’un moteur d’effort, l’arbre A1 est un arbre d’entraînement du moteur d’effort (ou est lié audit arbre d’entraînement). Le disque est placé à l’extrémité de l’arbre A1 et est situé en regard du solénoïde 51a, à une distance d’entrefer E du solénoïde 51a.
En l’absence de courant électrique circulant aux bornes du solénoïde, le matériau du disque métallique 50a n’est pas aimanté. Le disque 50a et l’arbre A1 sont libres en rotation autour de l’axe A par rapport au solénoïde.
A l’état activé du solénoïde, un courant électrique circule aux bornes du solénoïde. Ce courant électrique est par exemple fourni par une unité d’alimentation électrique de secours 71a, sur commande de l’unité de commande 8 de l’aéronef.
Un exemple de fonctionnement du frein selon cet exemple est décrit ci-après.
Si le frein magnétique est utilisé en secours mécanique du moteur de roulis 3a, le solénoïde est de préférence à l’état désactivé dans un fonctionnement nominal du manche.
LaFigure 4aillustre une première position du disque 50a, immédiatement après un instant d’activation où le solénoïde passe à l’état activé. Un courant électrique I circule entre les bornes du solénoïde.
Le solénoïde à l’état activé présente un pôle magnétique Nord à gauche de la figure et un pôle magnétique Sud à droite de la figure. Le solénoïde produit alors un champ magnétique stable. Le champ magnétique au niveau du volume du disque est représenté par les lignes de champ L sur la Figure 4a.
Les particules de l’élément aimantable acquièrent une aimantation résiduelle. Du fait de cette aimantation, le disque génère un champ magnétique qui interagit avec le champ magnétique du solénoïde. On a représenté sur la Figure 4a une interface 52 entre une zone de polarité Sud et une zone de polarité Nord du disque après aimantation. L’interface 52 est sensiblement perpendiculaire à l’axe de l’arbre.
L’aimantation acquise par le disque après l’instant d’activation demeure tant que le solénoïde est à l’état activé. Ainsi, au cours d’un mouvement de pivotement du disque 50a autour de l’axe de l’arbre, l’interface 52 entre les zones de polarité Nord et Sud pivote également en suivant le mouvement du disque.
La position du disque 50a sur la Figure 4a, immédiatement après l’instant d’activation, correspond à un point neutre du levier 1 dans son mouvement autour de l’axe de roulis X. L’interaction entre le champ magnétique du solénoïde et le champ magnétique du disque aimanté tend à résister à tout mouvement d’éloignement du disque, et donc du levier, par rapport à ce point neutre.
A ce titre, laFigure 4billustre une deuxième position du disque 50a, décalée par rapport au point neutre. Le disque 50a a atteint cette position en pivotant vers la droite autour de l’axe de l’arbre par rapport à la première position de la Figure 4a.
L’interface 52 est ainsi décalée de sorte que sa partie avant est décalée vers la droite sur la Figure 4b. Les polarités magnétiques Sud et Nord du disque 50a sont décalées angulairement par rapport aux pôles magnétiques Nord et Sud du solénoïde 51a.
L’interaction entre le champ magnétique généré par le solénoïde 51a et l’aimantation du disque 50a s’oppose à ce décalage des polarités du disque aimanté par rapport aux pôles magnétiques du solénoïde. Un couple résistif est exercé au niveau du disque, s’opposant au mouvement du disque vers la droite.
L’interaction entre le champ magnétique généré par le solénoïde 51a et l’aimantation du disque 50a continue de s’opposer à un éloignement du disque par rapport au point neutre tant que le solénoïde demeure à l’état activé.
Si le courant électrique aux bornes du solénoïde est par la suite coupé, l’aimantation des particules du disque 50a est de préférence perdue. L’aimantation du disque est ainsi préférentiellement temporaire. Un avantage est qu’après désactivation du solénoïde 51a, par exemple par l’unité d’alimentation de secours 71a si le moteur de roulis 3a retrouve sa fonctionnalité, le levier retrouve son fonctionnement standard sans sollicitation vers le point neutre. En cas de nouvel événement de défaillance du moteur de roulis, le disque 50a peut à nouveau être aimanté par activation du solénoïde 51a avec éventuellement un point neutre différent du point neutre représenté en Figure 4a.
Dans l’exemple de la Figure 4b, le couple résistif exercé sur le disque 50a n’est pas suffisant pour empêcher totalement le disque de pivoter par rapport au solénoïde. Ainsi, le disque est freiné dans son mouvement de pivotement par rapport au point neutre de la Figure 4a et n’est pas bloqué au point neutre.
En alternative, le solénoïde 51a peut être configuré pour bloquer complètement le disque 50a sur le point neutre après aimantation du disque. Ce dernier cas est avantageux pour un pilotage en effort du manche de pilotage, au cours duquel le levier 1 est bloqué et le contrôle des parties mobiles de l’aéronef est réalisé en fonction du couple exercé par le pilote sur le levier en pivotement selon l’axe X et selon l’axe Y.
Dans le présent exemple, pour une distance d’entrefer E entre 0,05 et 0,5 centimètres, par exemple d’un millimètre, entre le disque et le solénoïde, un blocage complet du disque sur le point neutre peut être obtenu à l’aide d’un solénoïde adapté pour produire un champ magnétique dont l’induction est supérieure à un seuil compris entre 0,1 et 10 Tesla, par exemple un seuil égal à 1 Tesla, sur le disque au point neutre.
On notera que de manière connue, l’induction du champ magnétique généré par un solénoïde augmente avec l’intensité du courant électrique qui traverse le solénoïde. Ainsi, il est possible de commander le solénoïde de manière à obtenir un champ magnétique variable en fonction d’une consigne de champ magnétique. Le solénoïde peut par exemple être utilisé pour générer un effort résistif calculé selon une loi d’amortissement.
Le solénoïde constitue donc également une solution satisfaisante pour exercer un effort résistant contrôlé sur le levier par l’intermédiaire de l’arbre.
Dans un deuxième mode de réalisation du frein magnétique, l’élément aimantable 50a est aimanté dans l’état désactivé de l’émetteur magnétique 51a, c’est-à-dire en l’absence de champ magnétique émis par l’émetteur magnétique. Par exemple, une autre source de champ magnétique, s’additionnant à l’émetteur magnétique, est présente à proximité de l’élément aimantable 50a.
Un aimant permanent, configuré pour produire un champ magnétique permanent au niveau du volume occupé par l’élément aimantable qui compense le champ magnétique de l’émetteur magnétique lorsque l’émetteur magnétique est à l’état activé, est avantageusement utilisé comme source additionnelle de champ magnétique.
L’aimant permanent, fabriqué en matériau ferromagnétique, émet un champ magnétique permanent même en l’absence de tout courant électrique. De préférence, la géométrie de l’aimant permanent est choisie de sorte que le champ magnétique qu’il génère soit dans la même direction que le champ généré par le solénoïde à l’état activé au niveau de l’axe D.
Ce deuxième mode de réalisation, qui n’est pas représenté dans les dessins annexés, est notamment avantageux dans le cas où le frein magnétique 5a est utilisé en secours magnétique du moteur de roulis 3a. En effet, si l’émetteur magnétique 51a (par exemple un solénoïde semblable à celui décrit ci-avant en relation aux Figures 4a et 4b) est configuré pour recevoir une alimentation électrique commune avec une alimentation électrique du calculateur 70, et/ou commune avec une alimentation électrique du moteur de roulis 3a, alors l’émetteur magnétique 51a est automatiquement et instantanément désactivé en cas de rupture d’alimentation électrique causant une défaillance du moteur de roulis.
De préférence, le système de pilotage selon ce deuxième mode ne comprend donc pas d’unité d’alimentation électrique de secours. L’émetteur magnétique est ainsi affecté par une rupture d’alimentation électrique sur la chaîne de traitement du moteur de roulis.
Le fonctionnement d’un frein magnétique selon ce deuxième mode peut se dérouler comme suit, dans le cas où l’émetteur magnétique est un solénoïde et l’élément aimantable est un disque.
Au cours du fonctionnement nominal du manche de pilotage, le solénoïde est à l’état activé. Le champ magnétique produit par le solénoïde compense le champ de l’aimant permanent. Le disque n’est pas aimanté ou est très peu aimanté.
En cas de rupture d’alimentation électrique affectant la chaîne de traitement du moteur de roulis, le courant aux bornes du solénoïde est coupé. Le champ magnétique total au niveau du volume occupé par le disque devient ainsi sensiblement égal au champ magnétique produit par l’aimant permanent. Le disque est donc aimanté immédiatement après un instant de désactivation du solénoïde.
Un point neutre est ainsi créé, correspondant à la position du disque à l’instant de désactivation. L’interaction entre le champ magnétique généré par l’aimant permanent et l’aimantation du disque crée, au niveau du disque, un couple résistif s’opposant à un éloignement du disque par rapport au point neutre, de manière similaire au fonctionnement décrit en relation aux Figures 4a et 4b.
Ce couple résistif généré par le frein magnétique est répercuté sur l’arbre d’entraînement du moteur de roulis, de sorte à freiner, voire à bloquer, le mouvement du manche de pilotage imposé par le pilote autour de l’axe de roulis.
Procédé de contrôle du dispositif d’application d’effort en secours mécanique
Selon un mode de fonctionnement possible, un dispositif d’application d’effort associé à un manche de pilotage est utilisé pour prendre le relais d’un moteur de retour d’effort, de préférence un moteur électrique, en cas de défaillance affectant le fonctionnement dudit moteur. Le dispositif d’application d’effort comprend un ou plusieurs freins magnétiques, de préférence un frein associé à l’axe de roulis du levier et un frein associé à l’axe de tangage du levier.
On a représenté enFigure 5les étapes d’un procédé de contrôle d’un dispositif d’application d’effort en secours mécanique d’un moteur de retour d’effort.
Ce procédé est par exemple mis en œuvre par un manche de pilotage conforme à la description ci-avant en relation à la Figure 3.
A une étape 100, une défaillance sur une chaîne de traitement du moteur de retour d’effort est détectée. La défaillance est par exemple une panne mécanique ou une perte d’alimentation électrique du moteur qui n’est plus en mesure de fournir un retour d’effort suffisant sur l’axe de pivotement du levier qui lui est associé, ou une défaillance dans le traitement ou la communication des signaux de commande comportant la consigne d’effort, ou une perte d’alimentation du calculateur 70.
A une étape 200, un signal d’activation ou de désactivation de l’émetteur magnétique du frein est transmis à l’émetteur magnétique. L’émetteur magnétique est contrôlé de sorte que l’élément aimantable du frein s’aimante.
Notamment, si le frein magnétique est conforme au mode de réalisation illustré sur les Figures 4a et 4b, le signal transmis à l’étape 200 suite à la détection de défaillance est un signal d’activation du solénoïde jouant le rôle d’émetteur magnétique. Un courant électrique d’intensité non nulle circule alors aux bornes du solénoïde.
En réponse au signal transmis à l’étape 200, l’élément aimantable du frein magnétique s’aimante à une étape 250. De préférence, le levier et le frein sont dimensionnés de sorte qu’à l’étape 250, le levier soit bloqué en pivotement selon l’axe associé au moteur de retour d’effort pour lequel la défaillance a été détectée (par exemple, l’axe de roulis ou de tangage), sous l’effet de l’interaction entre le champ magnétique du disque aimanté avec le champ magnétique de l’émetteur magnétique, ou avec le champ d’un aimant permanent.
De préférence, le système de pilotage entre à une étape 300 dans un mode de pilotage en effort du manche. L’effort résistif exercé sur l’arbre du frein magnétique par interaction magnétostatique, après la survenance de l’événement de défaillance, est alors suffisamment important pour bloquer l’arbre en rotation.
Dans le mode de pilotage en effort, le capteur 6a d’effort de roulis et le capteur 6b d’effort de tangage prennent le relais des capteurs 4a et 4b de position et/ou de vitesse sur les axes de roulis et de tangage du levier, pour le pilotage des parties mobiles de l’aéronef. Les signaux de commande de pilotage générés par l’unité 8 de commande (le FCU) sont fonction des efforts détectés sur le levier. Le levier demeure bloqué pendant la durée du mode de pilotage en effort.
Le mode de pilotage en effort peut ensuite être désactivé dès lors que la défaillance sur la chaîne de traitement du moteur associé au frein est résolue. L’élément aimantable du frein magnétique est de préférence désaimanté.
On notera que la transmission d’une commande d’activation ou de désactivation à l’émetteur magnétique n’est pas nécessaire dans certains cas, notamment si l’émetteur magnétique est directement branché sur l’alimentation électrique du moteur de retour d’effort, dans le mode de réalisation où la rupture d’alimentation électrique de l’émetteur magnétique cause l’aimantation de l’élément aimantable.
Un avantage du contrôle en secours mécanique décrit ci-avant est que le mini-manche ne peut pas basculer dans un mode où le pilote peut pivoter librement le levier.
Procédé de contrôle du dispositif d’application d’effort en loi d’amortissement
LaFigure 6représente les étapes d’un procédé de contrôle d’un dispositif d’application d’effort pour simuler une loi d’amortissement.
Ce procédé est par exemple mis en œuvre par un manche de pilotage conforme à la description ci-avant en relation à la Figure 3. L’émetteur magnétique du frein magnétique du dispositif d’application d’effort est ici capable d’émettre un champ magnétique variable en fonction d’une consigne de champ magnétique.
Dans ce cas de figure, le frein magnétique n’est pas obligatoirement associé à un moteur de retour d’effort dont on souhaiterait pallier une défaillance, pour assurer le retour haptique au niveau du levier. Le frein magnétique participe, au cours du fonctionnement nominal du manche de pilotage, au retour d’effort sur le levier.
L’exemple ci-après concerne les mouvements du levier selon l’axe de roulis X. On comprendra que le procédé peut être mis en œuvre pour amortir les mouvements du levier selon l’axe de tangage ou selon tout autre axe de rotation.
A une étape 400, une position et/ou une vitesse du levier autour de l’axe X est détectée, par exemple via le capteur 4a de position et/ou de vitesse.
A une étape 500, un signal d’activation de l’émetteur magnétique du frein magnétique associé à l’axe X est généré par le calculateur 70. Le signal d’activation correspond à une consigne de champ magnétique déterminée en fonction de la position et/ou de la vitesse du levier selon une loi prédéterminée.
Par exemple, si l’émetteur magnétique est un solénoïde, le signal d’activation peut correspondre à un courant électrique transmis par le calculateur 70 aux bornes du solénoïde, dont l’intensité électrique dépend de l’induction souhaitée du champ magnétique généré par le solénoïde.
Le signal d’activation est transmis à l’émetteur magnétique. L’interaction entre le champ magnétique de l’émetteur magnétique et le champ de l’élément aimantable a pour effet de produire, à une étape 550, un effort résistif qui s’oppose à des mouvements de rotation de l’arbre du frein magnétique autour de son axe.
Un avantage du contrôle en loi d’amortissement décrit ci-avant est que le frein magnétique participe au retour d’effort, en complément ou en remplacement d’éventuels moteurs (notamment électriques) de retour d’effort. Il est possible de réduire les dimensions des moteurs d’effort et l’encombrement et la masse totale du manche de pilotage.

Claims (16)

  1. Dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, dans lequel le manche de pilotage comprend un levier (1) de commande entraînant en rotation un arbre (A1) autour d’un premier axe (A), le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend un frein magnétique (5a) comprenant :
    - un élément aimantable (50a) relié à l’arbre (A1),
    - un émetteur magnétique (51a) opposé à l’élément aimantable (50a) en étant libre en rotation autour du premier axe (A) par rapport à l’élément aimantable, ledit émetteur magnétique (51a) présentant un état activé, dans lequel l’émetteur magnétique est alimenté en courant et génère un champ magnétique au niveau d’un volume occupé par l’élément aimantable, et un état désactivé dans lequel l’émetteur magnétique n’est pas alimenté en courant et ne génère pas de champ magnétique, de sorte à empêcher une rotation de l’élément aimantable (50a) par rapport à l’émetteur magnétique (51a) autour de l’arbre.
  2. Dispositif d’application d’effort selon la revendication 1, dans lequel l’élément aimantable comprend l’un au moins des matériaux suivants : fer, cobalt, acier inoxydable, silicium, bore.
  3. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l’émetteur magnétique (51a) est un solénoïde.
  4. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’émetteur magnétique (51a) est apte à produire au niveau du volume occupé par l’élément aimantable un champ magnétique d’induction supérieure à un seuil compris entre 0,1 Tesla et 10 Tesla, le seuil étant de préférence supérieur à 1 Tesla.
  5. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’élément aimantable (50a) est configuré pour s’aimanter lorsque l’émetteur magnétique (51a) est à l’état activé et pour se désaimanter lorsque l’émetteur magnétique (51a) est à l’état désactivé.
  6. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un dispositif magnétique permanent, configuré pour produire un champ magnétique permanent au niveau du volume occupé par l’élément aimantable qui compense le champ magnétique de l’émetteur magnétique lorsque l’émetteur magnétique est à l’état activé.
  7. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un joint mécanique (2) solidaire en rotation du levier autour d’un deuxième axe (X), et un capteur d’effort (6a) configuré pour mesurer un couple exercé sur le levier (1) qui cause une rotation du joint mécanique (2) autour du deuxième axe (X).
  8. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un joint mécanique (2) solidaire en rotation du levier autour d’un axe de roulis (X) et autour d’un axe de tangage (Y), le manche de pilotage comprenant :
    - l’arbre (A1), connecté au joint mécanique (2) et dont la rotation autour du premier axe (A) est liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de roulis (X),
    - un arbre supplémentaire (A2), connecté au joint mécanique (2) et dont la rotation autour d’un axe supplémentaire (B) est liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de tangage (Y),
    dans lequel le dispositif d’application d’effort comprend en outre un frein magnétique supplémentaire (5b) comprenant :
    - un élément aimantable supplémentaire (50b) relié à l’arbre supplémentaire (A2),
    - un émetteur magnétique supplémentaire (51b) opposé à l’élément aimantable supplémentaire (50b) en étant libre en rotation autour de l’axe supplémentaire (B) par rapport à l’élément aimantable supplémentaire, ledit émetteur magnétique supplémentaire (51b) présentant un état activé, dans lequel l’émetteur magnétique supplémentaire est alimenté en courant et génère un champ magnétique au niveau du volume occupé par l’élément aimantable supplémentaire, et un état désactivé dans lequel l’émetteur magnétique supplémentaire n’est pas alimenté en courant et ne génère pas de champ magnétique, de sorte à empêcher une rotation de l’élément aimantable supplémentaire par rapport à l’émetteur magnétique supplémentaire autour de l’arbre supplémentaire.
  9. Manche actif de pilotage d’aéronef comprenant :
    - un dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
    - un levier (1) mobile en rotation autour d’un deuxième axe (X), la rotation de l’arbre du dispositif d’application d’effort autour du premier axe (A) étant liée à la rotation du levier autour du deuxième axe (X).
  10. Manche selon la revendication 9, comprenant en outre :
    - un calculateur (70) de retour d’effort,
    - un moteur (3a) de retour d’effort, l’arbre (A1) correspondant à un arbre d’entraînement dudit moteur, ledit moteur étant configuré pour exercer un retour d’effort sur le deuxième axe (X), un couple exercé au cours du fonctionnement du manche par le moteur de retour d’effort étant fonction d’un signal de commande transmis par le calculateur (70).
  11. Manche selon la revendication 10, comprenant en outre un capteur de position angulaire (4a), le signal de commande étant calculé en fonction d’une position angulaire de l’arbre (A1) autour du premier axe (A) mesurée par ledit capteur.
  12. Manche selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, dans lequel le dispositif d’application d’effort comprend en outre une unité d’alimentation électrique de secours (71a) configurée pour fournir une alimentation électrique à l’émetteur magnétique quand l’émetteur magnétique est à l’état activé, ladite alimentation électrique étant distincte d’une alimentation électrique du calculateur (70).
  13. Manche selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, dans lequel l’émetteur magnétique du dispositif d’application d’effort est configuré pour recevoir une alimentation électrique commune avec une alimentation électrique du calculateur quand l’émetteur magnétique est à l’état activé.
  14. Manche selon la revendication 13, dans lequel le dispositif d’application d’effort comprend en outre un dispositif magnétique permanent, configuré pour produire un champ magnétique permanent au niveau du volume occupé par l’élément aimantable du dispositif d’application d’effort qui compense le champ magnétique de l’émetteur magnétique lorsque l’émetteur magnétique est à l’état activé.
  15. Procédé de contrôle en secours mécanique d’un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le procédé étant mis en œuvre à l’aide d’un manche de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 14, le manche comprenant un moteur (3a) de retour d’effort, le procédé comprenant les étapes de :
    - détection (100) d’une défaillance sur une chaîne de traitement du moteur (3a) de retour d’effort,
    - transmission (200) à l’émetteur magnétique du dispositif d’application d’effort d’un signal d’activation ou de désactivation de l’émetteur magnétique (51a),
    - de façon optionnelle, activation (300) d’un mode de pilotage en effort du manche.
  16. Procédé de contrôle en loi d’amortissement d’un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le procédé étant mis en œuvre à l’aide d’un manche de pilotage selon l’une quelconque des revendications 9 à 14et comprenant les étapes de :
    - détection (400) d’une position et/ou d’une vitesse du levier,
    - génération (500) d’un signal d’activation de l’émetteur magnétique (51a) du dispositif d’application d’effort comprenant une consigne de champ magnétique déterminée en fonction de la position et/ou de la vitesse du levier selon une loi prédéterminée, le signal d’activation étant transmis à l’émetteur magnétique.
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