WO2015075326A1 - Dispositif de mise en pre-rotation de roue durant la sequence d'atterrissage d'aeronefs - Google Patents
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Definitions
- the invention applies to an aircraft, some of whose wheels of the landing gear are equipped with a motorization device allowing the aircraft to move on the ground in an "autonomous" manner, an innovation that is the subject of numerous publications.
- this invention relates to a wheel pre-rotation device equipped with an electric motor during the landing procedure of the aircraft, before touching the ground, thus preserving the landing gear members and especially the tires.
- the present device for pre-rotating an aircraft wheel makes it possible to overcome the disadvantages of the aerodynamic device by ensuring controlled rotation, consisting in adding a pre-rotation function in the control kinematic chain. wheel drive device, function activated after the exit of the train and deactivated on the ground.
- This pre-rotation device is designed to progressively rotate each wheel equipped with motor, from the exit of the train and to the landing, so that the development of the rotating wheel corresponds to the speed horizontal movement of the aircraft approaching the field.
- the invention is directed to an aircraft equipped with electric motors for motorizing the wheels, an electronic device for pre-turning a wheel, characterized in that it comprises, for each of the wheel drive motors, an electronic pre-rotation module. , with integrated program, activated only during the landing sequence and providing, a set point of the progressive rotational speed of the wheel to an electronic power converter which supplies power to the existing electric drive motor of the rotation mechanism wheel.
- the motorization motor and the wheel rotation mechanism thus become shared between the two functions, strictly limiting the overweight of this new functionality:
- the pre-rotation function is operational only during the sequence
- FIG. 1 shows the operating diagram of the kinematic chain of the electronic pre-rotation device driving a wheel drive motor, which diagram is applicable in the same way to each of the electric wheel drive motors.
- Figure 2 shows the graph of the speed of rotation of the wheel given by the electronic pre-rotation module during the landing sequence
- the operating diagram shown in FIG. 1 schematizes the kinematic chain of the pre-rotation device using the electric motor (2) and the wheel drive mechanism (3) of the ground-based autonomous aircraft movement device (1). during the period of inactivity of the driving power supply (6) in "taxi" mode
- the pre-rotation of the wheel (4) is controlled by an electronic pre-rotation module (9) incorporating a stored program, providing a set point of the progressive wheel rotation speed to the electronic power converter (8). ), supplied with power by one of the electrical distribution buses of the aircraft (5), and which supplies the electric drive motor (2) with the power necessary to accelerate the speed of rotation of the unloaded wheel, allowing to reach in less than a minute the maximum speed corresponding to the estimated rotational speed of the wheel at the time of landing and the maintenance of this maximum speed until effective ground contact.
- the pre-rotation speed setpoint illustrated in FIG. 2, is explained below.
- the electronic pre-rotation module (9) is made operational only during the landing sequence, that is to say between the output of the train and the ground contact.
- the pre-rotation module (9) is activated as soon as the train is out and is in the "locked" position (signal (10) provided by a specific sensor or originating from one of the aircraft's onboard computers) and being deactivated and reset when the train touches the ground (signal (11) provided by a specific sensor or from one of the aircraft computers), thereby cutting off power to the electronic power converter (8) and leaving the power electronic block (6) for the power supply of the electric motor (2), during self-driving maneuvers on the runway, until the next take-off.
- the maximum speed reached by the wheel in pre-rotation is predetermined by a set point corresponding to the average horizontal landing speed of the type of aircraft on which the pre-rotation device is installed.
- the maximum speed reached by the wheel in pre-rotation can be adjusted according to the speed horizontal plane of the aircraft approached through a signal (12) provided by a specific sensor or from one of the aircraft computers on board.
- the publications teach us that the power required for taxiing is supplied to the electric motor (2) by an electronic power unit (6) supplied with power by one of the distribution buses. of the airplane (5) and that the running speed is controlled by a set point (7) given either by the pilot of the aircraft or by a program managed by the on-board computer and controlling the speed of the aircraft. ground displacement.
- the pre-rotation device may apply the set point supplied by the pre-rotation electronic module (9) directly to the electronic power unit (6) of the existing autonomous ground motion device, when his
- the variation range of the electronic power unit (6) allows a variation of the speed of the unloaded wheel 5 to 8 times greater than the maximum ground movement speed of the aircraft, the landing speed being much higher than the driving speed in taxi mode.
- the electronic power unit (6) is successively controlled by the electronic pre-rotation module (9) during the landing sequence and by the rolling set point (7) during the successive periods of rotation. motorized taxiing on the ground.
- each of the electric wheel drive motors will advantageously be powered by an electric power converter (8), driven by an electronic pre-rotation module (9).
- Figure 2 shows the graph of the wheel speed reference, given by the pre-rotation module during the landing sequence.
- the pre-rotation is controlled by the program stored on the pre-rotation electronic module (9) which supplies the electronic power converter (8) with the progressive speed setpoint shown in the graph of FIG.
- the point (0) of the graph gives the origin of the process of pre-rotation, indicating that the train is out and is in "locked" position (beginning of the landing sequence).
- the point (A) of the graph indicates the initial point of rotation of the wheel with the acceleration determined by the stored program and with a possible delay compared to the origin (0) of the process.
- the point (B) of the graph indicates the end of the speed increase of the wheel before the touch of ground and the beginning of the maintenance period at the maximum speed of pre-rotation of the wheel.
- the point (C) of the graph indicates the ground contact and the end of the pre-rotation process (also the end of the landing sequence).
- the point (D) of the graph indicates the maximum speed reached by the wheel in pre-rotation and corresponding to the estimated average speed of landing roll.
- the device for pre-rotating the aircraft wheels according to the invention applies to aircraft equipped with electric motors for motorizing the wheels, allowing the aircraft to be moved on the ground in an “autonomous” manner in “taxi” mode and particularly to the big carriers.
- This wheel pre-rotation device provides operating advantages by reducing tire wear and the risks of bursting, as well as unbalance at takeoff, the cleaning of the vicinity of the tracks is also facilitated.
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Abstract
Dispositif de mise en pré-rotation de roue durant la séquence d'atterrissage d'aéronefs. L'invention concerne un dispositif de pré-rotation des roues (4) d'un aéronef équipé d'un dispositif de motorisation permettant le déplacement autonome de l'avion au sol et consiste à ajouter une fonction de pré-rotation dans la chaîne cinématique de commande du mécanisme d'entraînement (3), via le moteur électrique (2). Le dispositif comporte un module électronique de pré-rotation (9) intégrant un programme mémorisé, fournissant un point de consigne progressive de la vitesse de roue à un convertisseur électronique de puissance (8), apte à fournir au moteur électrique (2) la puissance nécessaire à atteindre en moins d'une minute, la vitesse de rotation estimée de de la roue au moment de l'atterrissage. Les avantages en exploitation sont la réduction des risques d'éclatement de pneus, ainsi que du balourd au décollage.
Description
DISPOSITIF DE MISE EN PRE-ROTATION DE ROUE
DURANT LA SEQUENCE D'ATTERRISSAGE D'AERONEFS.
L'invention s'applique à un aéronef dont certaines des roues du train d'atterrissage sont équipées d'un dispositif de motorisation permettant le déplacement de l'avion au sol de façon « autonome », innovation faisant l'objet de nombreuses publications.
Cette invention concerne plus particulièrement un dispositif de mise en pré-rotation de roue équipée de moteur électrique durant la procédure d'atterrissage des avions, avant le toucher de sol, préservant ainsi les organes du train d'atterrissage et spécialement les pneus.
Divers dispositifs ont été décrits pour mettre en rotation les roues avant l'atterrissage, de façon à réduire le violent frottement des pneus sur la piste au toucher de sol, frottement provoquant des méplats et une usure prématurée des pneus avec des risques d'éclatement et de balourd au moment du redécollage.
Les seuls dispositifs connus, datent d'une vingtaine d'années et se basent sur la pression aérodynamique à l'atterrissage, une prise d'air entraînant une turbine liée à la roue, avec les inconvénients d'un tel fonctionnement difficilement maîtrisable et pouvant induire des turbulences supplémentaires à la sortie du train d'atterrissage. De plus, ces systèmes aérodynamiques ajoutent des pièces supplémentaires au niveau des roues et augmentent le volume du train d'atterrissage, empiétant ainsi sur l'espace commercial.
Selon l'invention, le présent dispositif de mise en pré-rotation de roue d'avion permet de pallier aux inconvénients du dispositif aérodynamique en assurant une mise en rotation contrôlée, consistant à ajouter une fonction de pré-rotation dans la chaîne cinématique de commande du dispositif de motorisation de roue, fonction activée postérieurement à la sortie du train et désactivée au sol.
Ce dispositif de mise en pré-rotation est conçu pour mettre progressivement en rotation chaque roue équipée de moteur, depuis la sortie du train et jusqu'à l'atterrissage, de façon à ce que le développé de la roue en rotation corresponde à la vitesse horizontale de déplacement de l'aéronef en approche du terrain.
Tous les dispositifs de motorisation de roue équipant les avions de dernière génération mettent en oeuvre un moteur électrique assurant soit directement la motorisation de la roue, soit fournissant l'énergie nécessaire à un système hydraulique d'entraînement des roues (cas d'un moteur hydraulique).
L'invention vise un aéronef équipé de moteurs électriques de motorisation des roues, dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des moteurs d'entraînement de roue, un module électronique de pré-rotation, avec programme intégré, activé uniquement durant la séquence d'atterrissage et fournissant, un point de consigne de la vitesse de rotation progressive de la roue à un convertisseur électronique de puissance qui alimente en courant le moteur électrique existant d'entraînement du mécanisme de rotation de roue.
Le moteur électrique de motorisation et le mécanisme de rotation de roue deviennent ainsi mutualisés entre les deux fonctions, limitant strictement le surpoids de cette nouvelle fonctionnalité :
La fonction de pré-rotation est opérationnelle uniquement pendant la séquence
d'atterrissage, entre la sortie du train et le toucher de sol
La fonction de roulage autonome au sol est opérationnelle postérieurement à l'atterrissage L'invention sera mieux explicitée et l'utilité de celle-ci sera mise en avant par la description qui va suivre, illustrée par les deux figures suivantes :
La figure 1 présente le diagramme de fonctionnement de la chaîne cinématique du dispositif électronique de pré-rotation pilotant un moteur d'entraînement de roue, diagramme applicable à l'identique à chacun des moteurs électriques d'entraînement de roue
La figure 2 présente le graphique de la consigne de vitesse de rotation de la roue donnée par le module électronique de pré-rotation durant la séquence d'atterrissage
Le mode de réalisation décrit ci-après est donné uniquement à titre d'exemple et se base de façon non limitative sur les dessins annexés.
Le diagramme de fonctionnement présenté à la figure 1 schématise la chaîne cinématique du dispositif de pré-rotation utilisant le moteur électrique (2) et le mécanisme (3) d'entraînement de roue du dispositif de déplacement autonome d'avion au sol (1), durant la période d'inactivité du bloc d'alimentation en puissance de roulage (6) en mode « taxi »
La mise en pré-rotation de la roue (4) est contrôlée par un module électronique de pré-rotation (9) intégrant un programme mémorisé, fournissant un point de consigne de la vitesse de rotation progressive de roue au convertisseur électronique de puissance (8), alimenté en courant par un des Bus de distribution électrique de l'avion (5), et qui fournit au moteur électrique d'entraînement (2) la puissance nécessaire à une accélération de la vitesse de rotation de la roue non chargée, permettant d'atteindre en moins d'une minute la vitesse maximale correspondant à la vitesse de rotation estimée de la roue au moment de l'atterrissage et au maintien de cette vitesse maximale jusqu'au toucher de sol effectif.
La consigne de vitesse de mise en pré-rotation, illustré figure 2 est explicitée plus loin.
Le module électronique de pré-rotation (9) est rendu opérationnel uniquement durant la séquence d'atterrissage, c'est-à-dire entre la sortie du train et le toucher de sol. Le module de prérotation (9) est activé dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé » (signal (10) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion) et étant désactivé et remis à zéro dès que le train touche le sol (signal (11) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion), coupant ainsi l'alimentation du convertisseur électronique de puissance (8) et laissant la main au bloc électronique de puissance (6) pour l'alimentation en courant du moteur électrique (2), lors des manoeuvres de roulage autonome sur la piste, jusqu'au prochain décollage.
Dans une version particulière, la vitesse maximale atteinte par la roue en pré-rotation est prédéterminée par un point de consigne correspondant à la vitesse horizontale moyenne d'atterrissage du type d'aéronef sur lequel le dispositif de mise en pré-rotation est installé.
Dans une version particulière visant à approcher au plus près la vitesse réelle d'atterrissage, la vitesse maximale atteinte par la roue en pré-rotation pourra être ajustée en fonction de la vitesse
horizontale effective de l'aéronef eu approche grâce à un signal (12) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion.
Dans une version particulière visant à limiter la durée du maintien en rotation de la roue à sa vitesse maximale de pré-rotation, le point initial de démarrage de la pré-rotation sera
avantageusement retardé par rapport à l'origine du processus, en fonction d'une altitude prédéterminée par rapport au sol et fonction du type d'aéronef, grâce à un (13) fourni par un capteur spécifique ou provenant d'un des ordinateurs de bord de l'avion.
Concernant le mode de roulage autonome au sol des avions, les publications nous apprennent que la puissance nécessaire au roulage au sol, est fournie au moteur électrique (2) par un bloc électronique de puissance (6) alimenté en courant par un des Bus de distribution électrique de l'avion (5) et que la vitesse de roulage est contrôlée par un point de consigne (7) donné soit par le pilote de l'aéronef, soit par un programme géré par l'ordinateur de bord et pilotant la vitesse de déplacement au sol.
Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif de pré-rotation pourra appliquer le point de consigne fourni par le module électronique de pré-rotation (9) directement au bloc électronique de puissance (6) du dispositif existant de déplacement autonome au sol, lorsque ses
caractéristiques le permettent.
Dans une configuration optimisée, nous admettrons donc que la plage de variation du bloc électronique de puissance (6) permet une variation de la vitesse de la roue non chargée 5 à 8 fois supérieure à la vitesse maximale de déplacement au sol de l'aéronef, la vitesse d'atterrissage étant très supérieure à la vitesse de roulage en mode taxi.
La seule contrainte est que le bloc électronique de puissance (6) soit mis sous tension dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé ». La puissance nécessaire à la mise en rotation des roues non chargées (de l'ordre de 10 kVA) étant très inférieure à la puissance nécessaire au roulage au sol (de l'ordre de 140 kVA), cette question ne devrait pas soulever de difficulté particulière.
Dans cette variante optimisée, nous pouvons omettre d'installer le convertisseur électronique de puissance (8) et considérer que la mise en pré-rotation s'effectue à travers le bloc électronique de puissance (6), le point de consigne donné par le module électronique de pré-rotation (9) étant directement appliqué au bloc électronique de puissance (6).
Dans cette configuration mixte optimisée, le bloc électronique de puissance (6) est successivement contrôlé par le module électronique de pré-rotation (9) durant la séquence d'atterrissage et par le point de consigne de roulage (7) durant les périodes successives de roulage motorisé au sol.
La description de ce dispositif de mise en pré-rotation, assurant le pilotage d'un moteur d'entraînement de roue durant la séquence d'atterrissage est totalement transposable à chacun des moteurs assurant le déplacement de l'aéronef au sol.
Ainsi, chacun des moteurs électriques d'entraînement de roue sera avantageusement alimenté par un convertisseur électrique de puissance (8), piloté par un module électronique de pré-rotation (9).
La figure 2 présente le graphique de la consigne de vitesse de la roue, donnée par le module de pré-rotation durant la séquence d'atterrissage.
La mise en pré-rotation est contrôlée par le programme mémorisé sur le module électronique de pré-rotation (9) qui fournit au convertisseur électronique de puissance (8) le point de consigne progressive de vitesse représenté sur le graphique de la figure 2
Le point (0) du graphique donne l'origine du processus de mise en pré-rotation, indiquant que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé » (début de la séquence d'atterrissage).
Le point (A) du graphique indique le point initial de mise en rotation de la roue avec l'accélération déterminée par le programme mémorisé et avec un retard éventuel par rapport à l'origine (0) du processus.
Le point (B) du graphique indique la fin de la montée en vitesse de la roue avant le toucher de sol et le début de la période de maintien à la vitesse maximale de pré-rotation de la roue. Le point (C) du graphique indique le toucher de sol et la fin du processus de pré-rotation (fin également de la séquence d'atterrissage).
Le point (D) du graphique indique la vitesse maximale atteinte par la roue en pré-rotation et correspondant à la vitesse moyenne estimée de roulage à l'atterrissage.
Concernant l'alimentation en puissance des moteurs électriques d'entraînement des roues, nous constatons que la plupart des aéronefs sont maintenant équipés d'une unité auxiliaire électrique de puissance APU (ou Auxiliary Power Unit), entraînant un générateur de courant fournissant une alimentation électrique triphasée 115/200 VAC sur un bus électrique distribuant la puissance nécessaire aux circuits auxiliaires de l'avion (cabine, climatisation, ...) ainsi qu'aux dispositifs de motorisation autonome, lorsque les propulseurs principaux de l'aéronef ont été coupés.
La fourniture de puissance aux moteurs électriques d'entraînement de roues via l'APU ne doit cependant pas être considérée comme limitative et, suivant l'évolution de l'architecture électrique des avions dans le futur, d'autres Bus et d'autres tensions pourront être utilisés.
Le dispositif de pré-rotation des roues d'avion selon l'invention s'applique aux aéronefs équipés de moteurs électriques de motorisation des roues, permettant le déplacement de l'avion au sol de façon « autonome » en mode « taxi » et particulièrement aux gros porteurs.
Ce dispositif de pré-rotation de roue selon l'invention procure des avantages en exploitation en réduisant l'usure des pneus et les risques d'éclatement, ainsi que le balourd au décollage, le nettoyage des abords des pistes est par ailleurs facilité.
Claims
REVENDICATIONS
1) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue des aéronefs équipés d'un dispositif de motorisation des roues permettant le roulage autonome au sol en mode « taxi », comprenant un certain nombre de moteurs électriques d'entraînement des roues, caractérisé en ce que durant la séquence d'atterrissage uniquement, chacun des moteurs électriques (2) est piloté par un dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue, comprenant un module électronique de pré-rotation (9) intégrant un programme mémorisé fournissant un point de consigne de la vitesse de rotation progressive de la roue (4) à un convertisseur électronique de puissance (8), alimenté en courant par un des Bus de distribution électrique de l'avion (5) et fournissant au moteur électrique (2) la puissance nécessaire à atteindre, depuis le point initial de mise en rotation (A), en moins d'une minute, la vitesse maximale (D), correspondant à la vitesse de rotation estimée de de la roue au moment de l'atterrissage et au maintien de cette vitesse maximale (D) jusqu'au toucher de sol effectif, laissant alors la main au bloc électronique de puissance existant (6) pour l'alimentation en courant du moteur électrique (2) lors des manœuvres de roulage autonome au sol.
2) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le module électronique de pré-rotation (9) est activé durant la séquence d'atterrissage uniquement, le module de pré-rotation (9) étant rendu opérationnel par un signal d'activation (10) dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé » et étant désactivé et remis à zéro par un signal indiquant le toucher de sol (11 ) et coupant l'alimentation du convertisseur électronique de puissance (8).
3) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la valeur maximale de la vitesse (D) est prédéterminée par un point de consigne correspondant à la vitesse horizontale moyenne d'atterrissage du type d'aéronef sur lequel le dispositif de mise en pré-rotation est installé.
4) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la valeur maximale de la vitesse (D) correspond à la vitesse horizontale effective d'atterrissage de l'aéronef, donnée par un signal de vitesse horizontale de l'aéronef (12).
5) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le point initial de mise en rotation (A) présente un certain retard par rapport à l'instant d'activation du module de pré-rotation (point origine 0), retard correspondant à une altitude prédéterminée, donnée par un signal d'altitude (13) et fonction du type d'aéronef.
6) Dispositif électronique de mise en pré-rotation de roue selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le point de consigne de la vitesse de rotation progressive de la roue, délivré par le programme mémorisé intégré au module électronique de pré-rotation (9) est directement appliqué au bloc électronique de puissance (6) lorsque les caractéristiques de ce bloc de puissance (6) permettent une vitesse maximale de la roue non chargée, correspondant à la vitesse horizontale d'atterrissage de l'aéronef, le bloc électronique de puissance (6) étant alors rendu opérationnel par un signal d'activation (10) dès que le train est sorti et se trouve en position « verrouillé », version optimisée dans laquelle le convertisseur électronique de puissance (8) n'a plus d'utilité.
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14806691 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14806691 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |