WO2021121941A1 - Manche de pilotage d'un aéronef comprenant un rapport de réduction global amélioré et procédé d'utilisation d'un tel manche - Google Patents

Manche de pilotage d'un aéronef comprenant un rapport de réduction global amélioré et procédé d'utilisation d'un tel manche Download PDF

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WO2021121941A1
WO2021121941A1 PCT/EP2020/083970 EP2020083970W WO2021121941A1 WO 2021121941 A1 WO2021121941 A1 WO 2021121941A1 EP 2020083970 W EP2020083970 W EP 2020083970W WO 2021121941 A1 WO2021121941 A1 WO 2021121941A1
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WO
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reduction ratio
braking
shaft
range
control lever
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Application number
PCT/EP2020/083970
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Clément GUILLON
Rémi-Louis LAWNICZAK
Yvon Joncour
Original Assignee
Safran Electronics & Defense
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04766—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks providing feel, e.g. indexing means, means to create counterforce

Definitions

  • the present invention relates to a control stick used by the pilot in an aircraft cockpit. It relates in particular to a force application device for a control stick to assist the pilot.
  • a piloting stick 100 comprises a control lever 101 rotatably mounted about a roll axis X and a pitch axis Y, these two axes X, Y being orthogonal to one another.
  • the piloting stick 100 transmits displacement commands COM to the piloting members of the aircraft X9 (flaps, etc.), which are determined as a function of the position of the control lever 101 along these two axes X, Y.
  • the piloting stick 100 comprises a force application device XD comprising two active force feedback members 131, 132, also called haptic feedback, so that the pilot perceives a force feedback at the level of the control lever 101 on each of the X roll and Y pitch axes.
  • force feedback members 131, 132 are known to those skilled in the art from patent application FR 3011815A1.
  • An active force feedback member 131, 132 in particular an electric motor, makes it possible to parameterize the force feedback according to a dynamic control law.
  • An active force feedback member 131, 132 therefore opposes passive force feedback, in particular a spring device, the control law of which is static stiffness.
  • the piloting stick 100 comprises a first shaft XA1 of axis XA, mechanically connected to the rotational movements of the control lever 101 around the roll axis X, and a second shaft XB1 of axis XB, mechanically connected to the rotational movements of the control lever 101 about the pitch axis Y.
  • the pilot stick 100 further comprises a mechanical seal 102 connecting the shafts XA1, XB1 to the rotational movements of the control lever 101.
  • a mechanical seal 102 is known to those skilled in the art, in particular, from patent application FR3011815.
  • the active force feedback members 131, 132 respectively generate a resistive force on the shafts XA1, XB1 opposing the force exerted on the control lever 101.
  • the piloting sensations are rendered optimally, which increases flight safety.
  • position sensors 141, 142 are mounted on the shafts XA1, XB1 so as to indirectly determine the position of the control lever 101 along the roll X and pitch Y axes.
  • control stick 100 In the event of an electrical or mechanical failure at the level of one of the force feedback members 131, 132, or in the event of partial or total failure on the processing chain for the control signals of these force feedback members 131, 132, or again in the event of an electrical power supply failure, the control stick 100 operates in an emergency mode and the force feedback is suppressed.
  • control lever 101 is braked by the two braking members 151, 152 in its current position so as to immobilize it.
  • the pilot uses the control lever 101 as a "force sensor" to act on the piloting devices of the X9 aircraft. If the pilot exerts a very significant force on the control lever 101, the latter can nevertheless move until it comes into contact with a mechanical stop. Such a feature makes it possible to avoid breaking the control lever 101 or other mechanical parts of the driveline.
  • the control lever 101 is configured to drive the first shaft XA1 in rotation about the first axis XA according to a first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] via the mechanical seal 102.
  • the first angular range is defined between [-20 °; + 20 °].
  • the mechanical seal 102 has a primary reduction ratio RA1 which is minimum for a given angular position ⁇ 2, which is, in this example equal to 0 °.
  • the primary reduction ratio RA1 decreases over the range [ ⁇ 1; ⁇ 2] then increasing on the range [ ⁇ 2; ⁇ 3], preferably strictly.
  • the primary reduction ratio RA1 has a sinusoidal shape whose first derivative is increasing.
  • the primary reduction ratio RA1 is variable as a function of the angular position in which the control lever 101 is immobilized.
  • the control lever 101 is configured to drive the second shaft XB1 in rotation around the second axis XB according to a second angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] via the mechanical seal 102.
  • the second angular range is defined between [-15 °; + 15 °].
  • the mechanical seal 102 has a primary reduction ratio RB1 which is minimum for a given angular position ⁇ 2, which is, in this example equal to 0 °.
  • the primary reduction ratio RB1 decreases over the range [ ⁇ 1; ⁇ 2] then increasing on the range [ ⁇ 2; ⁇ 3], preferably strictly.
  • the primary reduction ratio RB1 has a sinusoidal shape whose first derivative is increasing.
  • the primary reduction ratio RB1 is variable as a function of the angular position in which the control lever 101 is immobilized.
  • the primary reduction ratio RA1 is low and the control lever 101, in the braked state, can be moved by a calibrated force provided by the pilot.
  • the primary reduction ratio RA1 is large and the control lever 101, in the braked state, can be moved with a force at least twice greater than that required for position P1.
  • the braking member 151 is sized for the minimum value of the reduction ratio and this results in excessive braking for the other values of the reduction ratio, in particular, for the position P2.
  • the pilot wishes to move the control lever 101 to position P2, he must apply a very large mechanical force and is liable to break the control lever 101, which presents a drawback.
  • a first immediate solution would be to produce a braking member 151 applying a variable force as a function of the angular position of immobilization.
  • the control of such a braking member 151 is complex and cannot be retained.
  • the invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks by proposing a new piloting stick of limited size and reduced mass while allowing braking of the control lever so that it can be moved over the entire range of. movement of the control lever with a calibrated force that does not endanger the kinematic chain of the control lever.
  • the invention relates to a control stick of an aircraft, the control stick comprising a first shaft and a control lever configured to drive the first shaft in rotation about a first axis according to a first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] via a mechanical seal having a primary reduction ratio, the primary reduction ratio being minimal for a given angular position, the primary reduction ratio being decreasing over the range [ ⁇ 1; ⁇ 2] then increasing on the range [ ⁇ 2; ⁇ 3], the control stick comprising a force application device comprising at least one braking device configured to brake the first shaft by means of a first transmission device having a secondary reduction ratio, the ratio of secondary reduction being maximum for a given angular position, the secondary reduction ratio being increasing over the range [ ⁇ 1; ⁇ 4] then decreasing over the range [ ⁇ 4; ⁇ 3] so as to obtain an overall reduction ratio between the control lever and the braking device having a limited amplitude of variation over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • the first transmission device makes it possible to define a secondary reduction ratio which makes it possible to compensate for the variations in the primary reduction ratio resulting from the mechanical seal.
  • the control lever of the control stick can be moved with the same effort by the pilot, which improves the driving sensations even in emergency mode.
  • the risk of breaking an element of the kinematic chain of the control lever is significantly reduced.
  • the secondary reduction ratio is substantially symmetrical to the primary reduction ratio so as to obtain a substantially constant overall reduction ratio over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • the overall reduction ratio is substantially flat, which is advantageous.
  • the overall reduction ratio varies between 2 and 3 on the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3]. Such an overall reduction ratio remains high and makes it possible to use a braking device offering a limited braking force.
  • the first transmission device comprises at least one connecting rod, preferably two connecting rods.
  • the use of connecting rods advantageously achieves a non-linear secondary reduction ratio, which is advantageous to compensate for a primary reduction ratio which is itself non-linear.
  • each connecting rod is straight, that is to say in one piece and free of articulation.
  • the first transmission device comprises at least one connecting rod mounted in a 90-90 position between the first braking member and the first shaft.
  • a 90-90 position advantageously makes it possible to obtain a secondary reduction ratio suitable for limited space.
  • the axes of the first braking member and of the first shaft are parallel.
  • the angular articulation positions of the connecting rod are defined with respect to a reference axis which passes through the centers of the axes of the first braking member and of the first shaft
  • the first transmission device comprises at least one connecting rod mounted in a 0-0 position between the first braking member and the first shaft.
  • a 0-0 position advantageously makes it possible to obtain a secondary reduction ratio whose flatness is important.
  • the first transmission device comprises at least one connecting rod which is articulated.
  • the use of an articulated connecting rod advantageously makes it possible to increase the secondary reduction ratio when the connecting rod is in the articulated position.
  • the first transmission device comprises at least two articulated connecting rods which are mounted in a crossed manner.
  • the use of two connecting rods allows the secondary reduction ratio to be increased over a central angular portion, which is advantageous for obtaining a high value overall reduction ratio over a central angular portion.
  • the primary reduction ratio induced by the mechanical seal is optimally compensated.
  • the piloting stick comprising a second shaft, the control lever being configured to drive the second shaft in rotation about a second axis according to a second angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] via the mechanical seal having a primary reduction ratio, the primary reduction ratio being minimal for a given angular position, the primary reduction ratio being decreasing over the range [ ⁇ 1; ⁇ 2] then increasing on the range [ ⁇ 2; ⁇ 3],
  • the braking device is configured to brake the second shaft by means of a second transmission device having a secondary reduction ratio, the secondary reduction ratio being maximum for a given angular position, the secondary reduction ratio being increasing on the range [ ⁇ 1; ⁇ 4] then decreasing over the range [ ⁇ 4; ⁇ 3] so as to obtain an overall reduction ratio, between the control lever and the braking device, having a limited amplitude of variation over the second angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • each shaft can benefit from the advantages of the invention in order to allow the pilot to obtain an overall reduction ratio, between the control lever and the braking device, having a limited amplitude of variation for each movement of the lever. control.
  • the braking device comprises two braking members configured to cooperate respectively with the first transmission device and the second transmission device.
  • the braking device comprises a casing and two braking members mounted coaxially in the casing so as to simultaneously brake the transmission devices.
  • a common braking device makes it possible to limit the size and mass compared to the use of two independent braking devices to brake the two shafts.
  • the braking members extend projecting from said housing in the same direction. This advantageously makes it possible to place the transmission devices between the braking device and the control lever. Space is limited.
  • the braking members extend projecting from said housing in opposite directions. This advantageously allows the transmission devices to be distributed in order to have more space to obtain the desired secondary reduction ratios.
  • the invention also relates to a method of using a pilot stick, as presented above, in which, according to a nominal operating mode, the braking device being inactive so as to allow free rotation of the first shaft, the method comprises a step of activating the braking device according to an emergency operating mode in which the braking device brakes the first shaft via the first transmission device so as to obtain an overall reduction ratio between the control lever and the braking device having a limited amplitude of variation over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • the pilot in an emergency mode, can move the control lever with a substantially constant overall reduction ratio over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3], which improves the driving sensations and reduces the risk of breaking an element of the kinematic chain of the control lever.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a control stick according to the invention comprising transmission devices between the braking device and the shafts;
  • FIG. 1 is a schematic representation of the primary reduction ratio, the secondary reduction ratio and the overall reduction ratio for the first shaft with a connecting rod in position 90-90;
  • FIG. 1 is a schematic representation of the primary reduction ratio, the secondary reduction ratio and the overall reduction ratio for the second shaft with a connecting rod in position 90-90;
  • FIG. 90 is a schematic perspective representation of a connecting rod in position 90-90 between the first braking member and the first shaft;
  • FIG. 1 is a schematic perspective representation of a connecting rod in position 0-0 between the first braking member and the first shaft;
  • FIG. 1 is a schematic representation of the primary reduction ratio, the secondary reduction ratio and the overall reduction ratio for the first shaft with a connecting rod in the 0-0 position;
  • FIGS. 1-10 are schematic representations of a first transmission device comprising two connecting rods articulated in a crossed manner
  • FIG. 1 is a schematic representation of one embodiment of a common braking device
  • FIG. 1 is a schematic representation of one embodiment of another common braking device
  • FIGS. 1-10 are schematic representations of several connecting architectures of a braking device common to the shafts by means of connecting rods.
  • a control stick M for an aircraft which comprises a control lever 1 rotatably mounted about a roll axis X and a pitch axis Y, these two axes X, Y being orthogonal to one another.
  • the piloting stick M transmits displacement commands COM to the piloting members of the aircraft 9 (flaps, etc.), which are determined as a function of the position of the control lever 1 along these two axes X, Y.
  • the invention relates more particularly to a sidestick located in a cockpit of the aircraft.
  • the piloting stick M comprises a first shaft A1 of axis A, mechanically connected to the rotational movements of the control lever 1 around the roll axis X, and a second shaft B1 of axis B, mechanically connected to the rotational movements of the control lever 1 around the pitch axis Y.
  • the pilot stick M further comprises a mechanical seal 2 connecting the shafts A1, B1 to the rotational movements of the control lever 1.
  • Such a mechanical seal 2 is known to those skilled in the art, in particular, from patent application FR3011815.
  • the piloting stick M comprises a force application device D comprising two active force feedback members 31, 32, also called haptic feedback, so that the pilot perceives a force feedback at the level of the control lever 1 on each of the X roll and Y pitch axes.
  • Such force feedback members 31, 32 are known to those skilled in the art from patent application FR 3011815A1.
  • An active force feedback member 31, 32 in particular an electric motor, makes it possible to parameterize the force feedback according to a dynamic control law.
  • An active force feedback member 31, 32 therefore opposes passive force feedback, in particular a spring device, the control law of which is static.
  • the force application device D comprises a single braking device 5 configured to brake the first shaft A1 and the second shaft B1. Nevertheless, it goes without saying that the shafts A1, B1 could be braked by separate braking devices 5.
  • the active force feedback members 31, 32 respectively generate a resistive force on the shafts A1, B1 opposing the force exerted on the control lever 1.
  • the piloting sensations are rendered optimally, which increases flight safety.
  • position sensors 41, 42 are mounted on the shafts A1, B1 so as to indirectly determine the position of the control lever 1 along the X roll and Y pitch axes.
  • control stick M In the event of an electrical or mechanical failure at the level of one of the force feedback members 31, 32, or in the event of a partial or total failure in the processing chain for the control signals of these force feedback members 31, 32, or again in the event of an electrical power supply failure, the control stick M operates in an emergency mode and the force feedback is suppressed.
  • the braking device 5 brakes the position of the control lever 1 by acting respectively on the roll X and pitch Y axes of the control lever.
  • control 1 by braking shafts A1, B1 as shown in .
  • An example of a braking device 5 will be presented in detail below.
  • control lever 1 is braked by the braking device 5 in its current position so as to immobilize it.
  • the pilot uses the control lever 1 as a “force sensor” to act on the piloting members of the aircraft 9. If the pilot exerts a very large force on the control lever 1, the latter can nevertheless move until it comes into contact with a mechanical stop.
  • Such functionality makes it possible to avoid breaking the control lever 1 or other mechanical components of the kinematic chain.
  • control lever 1 is configured to drive the first shaft A1 in rotation about a first axis A according to a first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] and the second shaft B1 around the second axis B according to a second angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • the control lever 1 is configured to drive the first shaft A1 in rotation about the first axis A according to a first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] via the mechanical seal 2.
  • the first angular range is defined between [-20 °; + 20 °].
  • the mechanical seal 2 has a primary reduction ratio RA1 which is minimum for a given angular position ⁇ 2, which is, in this example equal to 0 °.
  • the primary reduction ratio RA1 decreases over the range [ ⁇ 1; ⁇ 2] then increasing on the range [ ⁇ 2; ⁇ 3], preferably strictly.
  • the primary reduction ratio RA1 has a sinusoidal shape whose first derivative is increasing.
  • the reduction ratio RA1 is variable depending on the angular position in which the control lever 1 is immobilized.
  • the control lever 1 is configured to drive the second shaft B1 in rotation around the second axis B according to a second angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] via the mechanical seal 2.
  • the second angular range is preferably defined between [-15 °; + 15 °].
  • the mechanical seal 2 has a primary reduction ratio RB1 which is minimum for a given angular position ⁇ 2, which is, in this example equal to 0 °.
  • the primary reduction ratio RB1 decreases over the range [ ⁇ 1; ⁇ 2] then increasing on the range [ ⁇ 2; ⁇ 3], preferably strictly.
  • the primary reduction ratio RB1 has a sinusoidal shape whose first derivative is increasing.
  • the primary reduction ratio RA1, RB1 is variable depending on the angular position in which the control lever is immobilized 1. It goes without saying that the angular values ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 could be different depending on the context of use.
  • the braking device 5 is configured to brake the first shaft A1 by means of a first transmission device TRANS1 having a secondary reduction ratio RA2 over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • the braking device 5 is configured to brake the second shaft B1 by means of a second transmission device TRANS2 having a secondary reduction ratio RB2 over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • control stick M could only include a single transmission device TRANS1 / TRANS2.
  • first transmission device TRANS1 will be presented to obtain the secondary reduction ratio RA2, the second transmission device TRANS2 being similar.
  • the secondary reduction ratio RA2 is maximum for a given angular position ⁇ 4, the secondary reduction ratio RA2 increasing over the range [ ⁇ 1; ⁇ 4] then decreasing over the range [ ⁇ 4; ⁇ 3] so as to obtain an overall reduction ratio RA3 between the control lever 1 and the braking device 5 having a limited amplitude of variation over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3].
  • the angular positions ⁇ 2, ⁇ 4 are the same and equal to 0 ° but it goes without saying that they could be different.
  • the first transmission device TRANS1 makes it possible to define a secondary reduction ratio RA2, between the first shaft A1 and the braking device 5, which compensates for the primary reduction ratio RA1 between the first shaft A1 and the control lever.
  • control 1 in order to obtain an overall reduction ratio RA3 which is substantially constant in order to allow a pilot to move the control lever 1 homogeneously over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] and regardless of the angular immobilization position of the control lever 1.
  • the secondary reduction ratio RA2 is substantially symmetrical to the primary reduction ratio RA1 so as to obtain an overall reduction ratio RA3 which is substantially constant over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] as shown in .
  • the overall reduction ratio RA3 varies between 2 and 3 over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3]. The same goes for the second shaft B1 as shown in .
  • the first transmission device TRANS1 is in the form of a connecting rod connecting the first braking member 51 to the first shaft A so as to define a secondary reduction ratio RA2, as presented above.
  • the first shaft A1 is movable in rotation about a first axis A while the first braking member 51 is movable in rotation about a first braking axis F.
  • the axes A, F are parallel and spaced apart along an axis W by a distance DD as shown in .
  • the W axis which passes through the centers of the A, F axes, forms a reference axis corresponding to the 0 ° angular position.
  • the first braking member 51 comprises an articulation 7 spaced from the first braking axis F by a distance R7.
  • the first shaft A1 comprises an articulation 8 distant from the first axis A by a distance R8.
  • the joints 7, 8 are connected by a straight connecting rod 61, that is to say in one piece, having a length L61.
  • the connecting rod 61 advantageously makes it possible to obtain a secondary reduction ratio RA2 which is non-linear.
  • a geometric ratio which corresponds to the ratio of the spokes between that of the first shaft A1, that is to say the radius R8, and that of the first braking member 51, that is to say the radius R7.
  • the geometric ratio R7 / R8 is preferably between 0.5 and 0.75. Indeed, a geometric ratio R7 / R8 less than 0.5 increases the amplitude of the variations of the overall reduction ratio RA3 over the first angular range [ ⁇ 1; ⁇ 3] (imperfect flatness) while a geometric ratio R7 / R8 greater than 0.75 induces an overall reduction ratio RA3 of high value.
  • the joints 7, 8 are each positioned at 90 ° relative to the reference direction W.
  • a connecting rod 61 in position 90-90.
  • a 90-90 position is advantageous given that it makes it possible to achieve a geometric ratio R7 / R8 of between 0.5 and 0.75 with a small bulk.
  • the values of the overall reduction ratio RA3 are lower than those of the primary reduction ratio RA1.
  • the primary reduction ratio RA1 is equal to 2.87 while it is equal to 2.15 for the overall reduction ratio RA3 for a radius R7 of 13 mm.
  • the gain in flatness has been obtained by reducing the performance of the reduction ratio, which requires having a more efficient braking device 5 to compensate for the low reduction ratio. Subsequently, a new braking device architecture 5 will be presented which is more efficient in order to limit the bulk and the mass.
  • the shape of the secondary reduction ratio RA2 can be adapted so as to optimally compensate the primary reduction ratio RA1.
  • such a 0-0 position is advantageous given that it makes it possible to modify the secondary reduction ratio RA2 by increasing the flatness while maintaining a minimum value of the overall reduction ratio RA3 which is high.
  • one of the joints 7, 8 can be mounted in an oblong hole in order to avoid any instability or blockage.
  • the first transmission device TRANS1 comprises two connecting rods 61 connecting the first braking member 51 to the first shaft A.
  • each connecting rod 61 is articulated and comprises two parts 61A, 61B connected by an axis articulation 61C.
  • the combined use of two articulated connecting rods 61 advantageously makes it possible to modify the shape of the secondary reduction ratio RA2, in particular, by increasing the maximum reduction ratio at the angular point ⁇ 4, that is to say, within an angular range central.
  • the connecting rods 61 are substantially at the 0-0 position.
  • the connecting rods 61 are mounted crosswise as illustrated in Figures 8A-8B.
  • Such an embodiment is advantageous since it enables the amplitude of the overall reduction ratio RA3 to be reduced.
  • the value of the overall reduction ratio RA3 is higher than in the other embodiments, which makes it possible to limit the braking forces.
  • joints 7, 8 of the pivot type it has been shown joints 7, 8 of the pivot type but it goes without saying that joints of the ball type could be suitable.
  • the braking device 5 is common to the two shafts A1, B1 and comprises a casing 50, a first braking member 51 and a second coaxial braking member 52 which are rotatably mounted in the casing 50. and configured to cooperate respectively with the first shaft A1 and the second shaft B1 so as to brake them.
  • a common braking device 5 makes it possible to reduce the size and the mass compared to two separate devices.
  • the use of two coaxial braking members 51, 52 makes it possible to reduce the size in a housing 50 while maintaining optimal braking. Indeed, the braking forces are advantageously pooled between the two braking members 51, 52.
  • the housing 50 forms a housing for the braking members 51, 52.
  • the braking members 51, 52 are coaxial along a braking axis F.
  • the common braking device 5 comprises a plurality of brake discs 53 which are spaced from one another along the braking axis F so as to define between them sealed volumes 54 intended to receive the braking members 51, 52 as will be presented below.
  • the sealed volumes 54 are filled with a magnetorheological fluid.
  • the common braking device 5 further comprises a magnetic source 55, in particular a coil, to activate the magnetorheological fluid in the sealed volumes 54 according to the emergency mode.
  • the sealed volumes 54 are axially offset from the braking axis F.
  • Each braking member 51, 52 comprises a drive portion 51A, 52A and at least one brake portion 51B, 52B which is housed in a sealed volume 54.
  • each braking member 51, 52 has a single brake portion 51B, 52B but it goes without saying that they could be more numerous to adapt the braking force.
  • the magnetorheological fluid of the sealed volumes 54 is in the liquid state and the braking members 51, 52 can be driven freely in rotation by the control lever 101 via the shafts. A1, B1.
  • the brake portions 51B, 52B of the braking members 51, 52 shear without constraint the magnetorheological fluid contained in the sealed volumes 54.
  • the magnetorheological fluid is magnetized.
  • particles suspended in a carrier fluid typically metallic particles
  • the resistance of the magnetorheological fluid to shear is increased under the effect of the applied magnetic field.
  • the magnetorheological fluid thus tends to prevent the rotation of the brake portions 51B, 52B of the braking members 51, 52.
  • the resistive torque exerted by the magnetorheological fluid magnetized is much greater than the resistive torque exerted by the non-magnetized magnetorheological fluid.
  • the braking device 5 further comprises one or more electromagnetic coils, as magnetic source 55, configured to exert a variable magnetic field at the sealed volumes 54 of fluid. magnetorheological, so as to vary the shear strength of the magnetorheological fluid as well as the non-magnetic elements 56 in order to direct the field lines.
  • the coil is for example disposed on one side of the braking device 5, near the sealed volumes 54 containing the magnetorheological fluid.
  • Coil 55 is typically used to simulate a damping law, in normal operation of the M.
  • An advantage of such a common braking device 5 is its small size.
  • the common braking device 5 couples and decouples on command the rotational movements of the braking members 51, 52 by means of a small number of mechanical components.
  • Such a common braking device 5 also has good resistive torque transmission performance.
  • the size is all the more reduced according to the invention since it incorporates two coaxial braking members so as to brake them together simultaneously.
  • the magnetic source 55 and the magnetorheological fluid are advantageously pooled.
  • the drive portions 51A, 51B of the braking members 51, 52 extend projecting from the housing 50 in order to be able to cooperate integrally, directly or indirectly with the shafts A1, B1.
  • the drive portions 51A, 51B of the braking members 51, 52 extend in the same direction with respect to the casing 50. This makes it possible to reduce the bulk.
  • the first braking member 51 is hollow so that the second braking member 52 extends internally to the first braking member 51.
  • the drive portions 51A, 51B of the braking members 51, 52 extend in opposite directions relative to the casing 50. This makes it possible to integrate connecting members with the shafts A1, B1 to adjust the reduction ratio as will be presented later.
  • the braking members 51, 52 are not nested one inside the other but juxtaposed.
  • a common braking device 5 according to the configuration of the or the can be advantageously chosen.
  • the common braking device 5 comprises one or more bearings to facilitate the rotation of the braking members 51, 52 in the housing 50.
  • a common braking device 5 has been shown comprising two braking shafts 51, 52 but it goes without saying that it could include more than two. This is advantageous when the control lever 1 has more than two degrees of freedom.
  • a common braking device 5 of the magnetic type has been shown, but it goes without saying that it could be of another type, for example mechanical.
  • the common braking device 5 comprises a braking axis F which is vertical and two braking members 51, 52 which project vertically upwards.
  • the first braking member 51 is indirectly connected to the first shaft A1 by a first connecting rod 61.
  • the second braking member 52 is indirectly connected to the second shaft B1 by a second connecting rod 62.
  • Such an architecture has a reduced size and allows the two shafts A1, B1 to be braked in an analogous manner.
  • the use of connecting rods 61, 62 makes it possible to increase the secondary reduction ratio RA2, RB2 in a non-linear manner.
  • each of the shafts A1, B1 makes it possible to use connecting rods 61, 62 given that a small sector of the circumference is traversed by the braking members 51, 52.
  • the axes of rotation of the ends of the connecting rods 61, 62 may be parallel or equipped with ball joints.
  • the common braking device 5 comprises a braking axis F which is vertical and two braking members 51, 52 which respectively project vertically downwards and upwards.
  • the first braking member 51 is indirectly connected to the first shaft A1 by a first connecting rod 61.
  • the second braking member 52 is indirectly connected to the second shaft B1 by a second connecting rod 62.
  • Such an architecture has a reduced size and allows the two shafts A1, B1 to be braked in an analogous manner. The vertical space is thus used optimally. This is advantageous for obtaining the desired secondary reduction ratio RA2.
  • the common braking device 5 comprises a braking axis F which is horizontal and two braking members 51, 52 which respectively project horizontally to the left and to the right.
  • the first braking member 51 is indirectly connected to the first shaft A1 by a first connecting rod 61 while the second braking member 52 is indirectly connected to the second shaft B1 by a second connecting rod 62.
  • Such an architecture has a reduced size and makes it possible to brake analogously the two shafts A1, B1.
  • the horizontal space is thus used optimally.
  • the axes of rotation of the ends of the connecting rods 61, 62 are equipped with ball joints.
  • the present invention makes it possible to adapt to the various design constraints of an M.
  • control stick M An example of the use of a control stick M will now be presented with reference to the .
  • the pilot freely manipulates the control lever 1 along the X roll axis and Y pitch axis, which causes the shafts A1, B1 to rotate via the mechanical seal. 2.
  • the position of the shafts A1, B1 is measured by the position sensors 41, 42 in order to transmit displacement commands COM to the control members of the aircraft 9 (flaps, etc.).
  • the force feedback members 31, 32 are active so that the pilot perceives a force feedback at the level of the control lever 1 on each of the X roll and Y pitch axes.
  • the braking device 5 is inactive and the components brake 51, 52 are free to rotate in the housing 50.
  • the force feedback members 31, 32 are inactive and the pilot does not perceive any force feedback at the level of the control lever 1.
  • the braking device 5 is active and the braking members 51, 52 are no longer free to rotate in the housing 50.
  • the braking device 5 imposes a secondary reduction ratio RA2 on the shafts A1, B1 and compensates, at least by part, the primary reduction ratio RA1 of the shafts A1, B1 with the control lever 1.
  • the control lever 1 is then braked to the position in which it was when switching to emergency mode. The pilot thus immediately perceives that he is in an emergency mode. If the pilot exerts a significant force on the control lever 1, the latter can move until it reaches a mechanical stop.
  • the movement of the control lever 1 is advantageously linear.
  • the force required for the pilot to allow movement is substantially identical for any angular position of the control lever 1 when it is braked (see positions P1 and P2 on the ).
  • the angular position sensors 41, 42 are no longer used to generate the piloting instructions.
  • the force application device D has a limited size and a reduced mass.
  • the common braking device 5 advantageously makes it possible to act synergistically on the two shafts A1, B1 to brake them together according to the emergency mode.

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Abstract

Un manche de pilotage (M) d'un aéronef, le manche de pilotage (M) comprenant un premier arbre (A1) et un levier de commande (1) configuré pour entraîner en rotation le premier arbre (A1) autour d'un premier axe (A) selon une première plage angulaire [α1; α3] par l'intermédiaire d'un joint mécanique (2) présentant un rapport de réduction primaire (RA1), le manche de pilotage (M) comprenant un dispositif de freinage 5 configuré pour freiner le premier arbre (A1) par lintermédiaire d'un premier dispositif de transmission (TRANS1) présentant un rapport de réduction secondaire (RA2), le rapport de réduction secondaire (RA2) étant maximal pour une position angulaire (a4), le rapport de réduction secondaire (RA2) étant croissant sur la plage [α1; α4] puis décroissant sur la plage [α4; α3] de manière à obtenir un rapport de réduction global (RA3) ayant une amplitude de variation limitée sur la première plage angulaire [α1; α3].

Description

Manche de pilotage d’un aéronef comprenant un rapport de réduction global amélioré et procédé d’utilisation d’un tel manche
La présente invention concerne un manche de pilotage utilisé par le pilote dans un cockpit d’aéronef. Elle concerne notamment un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage afin d’assister le pilote.
De manière connue, en référence à la , un manche de pilotage 100 comprend un levier de commande 101 monté rotatif selon un axe de roulis X et un axe de tangage Y, ces deux axes X, Y étant orthogonaux l’un à l’autre. Le manche de pilotage 100 transmet des commandes de déplacement COM à des organes de pilotage de l’aéronef X9 (volets, etc.), qui sont déterminées en fonction de la position du levier de commande 101 selon ces deux axes X, Y.
De manière connue, toujours en référence à la , le manche de pilotage 100 comprend un dispositif d’application d’effort XD comprenant deux organes à retour de force actif 131, 132, appelés aussi retour haptique, afin que le pilote perçoive un retour d’effort au niveau du levier de commande 101 sur chacun des axes de roulis X et de tangage Y. De tels organes à retour de force 131, 132 sont connus de l’homme du métier par la demande de brevet FR 3011815A1. Un organe à retour de force actif 131, 132, en particulier un moteur électrique, permet de paramétrer selon une loi de commande dynamique le retour de force. Un organe à retour de force actif 131, 132 s’oppose donc à un retour de force passif, en particulier un dispositif ressort, dont la loi de commande est une raideur statique.
En pratique, le manche de pilotage 100 comporte un premier arbre XA1 d’axe XA, relié mécaniquement aux mouvements de rotation du levier de commande 101 autour de l’axe de roulis X, et un deuxième arbre XB1 d’axe XB, relié mécaniquement aux mouvements de rotation du levier de commande 101 autour de l’axe de tangage Y. Le manche de pilotage 100 comporte en outre un joint mécanique 102 reliant les arbres XA1, XB1 aux mouvements de rotation du levier de commande 101. Un tel joint mécanique 102 est connu de l’homme du métier, en particulier, par la demande de brevet FR3011815.
Au cours du fonctionnement du manche de pilotage 100, les organes à retour de force actif 131, 132 génèrent respectivement un effort résistif sur les arbres XA1, XB1 s’opposant à l’effort exercé sur le levier de commande 101. Les sensations de pilotage sont restituées de manière optimale, ce qui accroît la sécurité du vol. De manière préférée, des capteurs de position 141, 142 sont montés sur les arbres XA1, XB1 de manière à déterminer de manière indirecte la position du levier de commande 101 selon les axes de roulis X et de tangage Y.
En cas de défaillance électrique ou mécanique au niveau d’un des organes de retour d’effort 131, 132, ou en cas de panne partielle ou totale sur la chaîne de traitement des signaux de commande de ces organes de retour d’effort 131, 132, ou encore en cas de panne d’alimentation en énergie électrique, le manche de pilotage 100 fonctionne selon un mode de secours et le retour d’effort est supprimé.
Selon le mode de secours, pour empêcher un pilotage libre du levier de commande 101, il est connu de prévoir deux organes de freinage 151, 152 pour verrouiller la position du levier de commande 101. En pratique, il a été proposé deux organes de freinage magnétorhéologiques activables électriquement qui agissent respectivement sur les axes de roulis X et de tangage Y du levier de commande 101 en freinant les arbres XA1, XB1 comme illustré à la .
Lors du mode de secours, le levier de commande 101 est freiné par les deux organes de freinage 151, 152 à sa position courante de manière à l’immobiliser. Pour piloter, le pilote utilise le levier de commande 101 comme « capteur d’effort » pour agir sur les organes de pilotage de l’aéronef X9. Si le pilote exerce un effort très important sur le levier de commande 101, celui-ci peut néanmoins se déplacer jusqu’à entrer en contact avec une butée mécanique. Une telle fonctionnalité permet d’éviter de briser le levier de commande 101 ou d’autres organes mécaniques de la chaine cinématique.
En pratique, le levier de commande 101 est configuré pour entraîner en rotation le premier arbre XA1 autour du premier axe XA selon une première plage angulaire [α1 ; α3] par l’intermédiaire du joint mécanique 102. Dans cet exemple, la première plage angulaire est définie entre [-20° ; +20°]. En référence à la , le joint mécanique 102 présente un rapport de réduction primaire RA1 qui est minimal pour une position angulaire donnée α2, qui est, dans cet exemple égal à 0°. Le rapport de réduction primaire RA1 est décroissant sur la plage [α1 ; α2] puis croissant sur la plage [α2 ; α3], de préférence, de manière stricte. Dans cet exemple, le rapport de réduction primaire RA1 possède une allure sinusoïdale dont la dérivée première est croissante. Ainsi, le rapport de réduction primaire RA1 est variable en fonction de la position angulaire dans laquelle est immobilisé le levier de commande 101.
De manière analogue, le levier de commande 101 est configuré pour entraîner en rotation le deuxième arbre XB1 autour du deuxième axe XB selon une deuxième plage angulaire [β1 ; β3] par l’intermédiaire du joint mécanique 102. Dans cet exemple, la deuxième plage angulaire est définie entre [-15° ; +15°]. En référence à la , le joint mécanique 102 présente un rapport de réduction primaire RB1 qui est minimal pour une position angulaire donnée β2, qui est, dans cet exemple égal à 0°. Le rapport de réduction primaire RB1 est décroissant sur la plage [β1 ; β2] puis croissant sur la plage [β2 ; β3], de préférence, de manière stricte. De manière analogue, le rapport de réduction primaire RB1 possède une allure sinusoïdale dont la dérivée première est croissante. Ainsi, le rapport de réduction primaire RB1 est variable en fonction de la position angulaire dans laquelle est immobilisé le levier de commande 101.
Une telle variation du rapport de réduction primaire RA1, RB1 est propre au joint mécanique 102 et ne peut pas être modifiée. Elle présente plusieurs inconvénients qui vont être dorénavant présentés.
En pratique, pour l’axe de roulis X, le levier de commande 101 peut être déplacé si l’effort du pilote Ep est supérieur à un effort seuil Es qui est égal à l’effort de freinage Ef multiplié par le rapport de réduction primaire RA1 (Ep > Es = Ef * RA1). Etant donné que l’effort de freinage Ef est constant et que le rapport de réduction primaire RA1 est variable sur la plage angulaire [α1 ; α3], l’effort seuil Es est variable sur la plage angulaire [α1 ; α3].
A titre d’exemple, en référence à la , si le levier de commande 101 est bloqué à la position P1 sur l’axe de roulis X, le rapport de réduction primaire RA1 est faible et le levier de commande 101, à l’état freiné, peut être déplacé par un effort calibré fourni par le pilote. A l’inverse, si le levier de commande 101 est bloqué à la position P2 sur l’axe de roulis X, le rapport de réduction primaire RA1 est important et le levier de commande 101, à l’état freiné, peut être déplacé avec un effort au moins deux fois supérieur à celui nécessaire pour la position P1. Cette différence de fonctionnement du levier de commande 101 présente un inconvénient pour un pilote qui préfère un comportement linéaire pour toute position angulaire d’immobilisation.
En pratique, l’organe de freinage 151 est dimensionné pour la valeur minimale du rapport de réduction et il en résulte un freinage excessif pour les autres valeurs du rapport de réduction, en particulier, pour la position P2. Ainsi, si le pilote souhaite déplacer le levier de commande 101 à la position P2, il doit appliquer un effort mécanique très important et est susceptible de briser le levier de commande 101, ce qui présente un inconvénient.
En outre, un tel dimensionnement de l’organe de freinage 151 impacte négativement l’encombrement et la masse du manche de pilotage, ce qui présente un autre inconvénient.
Une première solution immédiate serait de réaliser un organe de freinage 151 appliquant un effort variable en fonction de la position angulaire d’immobilisation. La commande d’un tel organe de freinage 151 est complexe et ne peut pas être retenue.
Une autre solution immédiate pour éliminer cet inconvénient serait de renforcer les organes mécaniques de la chaine cinématique du levier de commande 101 mais cela augmenterait l’encombrement, la masse et le coût d’un manche de pilotage 100.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un nouveau manche de pilotage d’encombrement limité et de masse réduite tout en permettant un freinage du levier de commande afin que celui-ci puisse être déplacé sur toute la plage de déplacement du levier de commande avec un effort calibré ne mettant pas en péril la chaine cinématique du levier de commande.
 PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention concerne un manche de pilotage d’un aéronef, le manche de pilotage comprenant un premier arbre et un levier de commande configuré pour entraîner en rotation le premier arbre autour d’un premier axe selon une première plage angulaire [α1 ; α3] par l’intermédiaire d’un joint mécanique présentant un rapport de réduction primaire, le rapport de réduction primaire étant minimal pour une position angulaire donnée, le rapport de réduction primaire étant décroissant sur la plage [α1 ; α2] puis croissant sur la plage [α2 ; α3], le manche de pilotage comprenant un dispositif d’application d’effort comprenant au moins un dispositif de freinage configuré pour freiner le premier arbre par l’intermédiaire d’un premier dispositif de transmission présentant un rapport de réduction secondaire, le rapport de réduction secondaire étant maximal pour une position angulaire donnée, le rapport de réduction secondaire étant croissant sur la plage [α1 ; α4] puis décroissant sur la plage [α4 ; α3] de manière à obtenir un rapport de réduction global entre le levier de commande et le dispositif de freinage ayant une amplitude de variation limitée sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
De manière avantageuse, le premier dispositif de transmission permet de définir un rapport de réduction secondaire qui permet de compenser les variations du rapport de réduction primaire issu du joint mécanique. Ainsi, lors d’un mode de secours, lorsque le dispositif de freinage est activé, le levier de commande du manche de pilotage peut être déplacé avec un même effort par le pilote, ce qui améliore les sensations de pilotage même en mode de secours. En outre, le risque de casser un élément de la chaine cinématique du levier de commande est réduit de manière importante.
De manière préférée, le rapport de réduction secondaire est sensiblement symétrique au rapport de réduction primaire de manière à obtenir un rapport de réduction global sensiblement constant sur la première plage angulaire [α1 ; α3]. Ainsi, le rapport de réduction global est sensiblement plat, ce qui est avantageux. De préférence, le rapport de réduction global varie entre 2 et 3 sur la première plage angulaire [α1 ; α3]. Un tel rapport de réduction global demeure élevé et permet d’utiliser un dispositif de freinage offrant un effort de freinage limité.
Selon un aspect, le premier dispositif de transmission comporte au moins une bielle, de préférence deux bielles. L’utilisation de bielles permet de manière avantageuse d’obtenir un rapport de réduction secondaire non-linéaire, ce qui est avantageux pour compenser un rapport de réduction primaire qui est, lui-même, non-linéaire.
Selon un aspect préféré, chaque bielle est droite, c’est-à-dire monobloc et exempte d’articulation.
Selon un autre aspect, le premier dispositif de transmission comporte au moins une bielle montée selon une position 90-90 entre le premier organe de freinage et le premier arbre. Une position 90-90 permet avantageusement d’obtenir un rapport de réduction secondaire adapté pour un encombrement limité.
Les axes du premier organe de freinage et du premier arbre sont parallèles. Les positions angulaires d’articulation de la bielle sont définies par rapport à un axe de référence qui passe par les centres des axes du premier organe de freinage et du premier arbre
Selon un autre aspect, le premier dispositif de transmission comporte au moins une bielle montée selon une position 0-0 entre le premier organe de freinage et le premier arbre. Une position 0-0 permet avantageusement d’obtenir un rapport de réduction secondaire dont la planéité est importante.
Selon un aspect, le premier dispositif de transmission comporte au moins une bielle qui est articulée. L’utilisation d’une bielle articulée permet avantageusement d’augmenter le rapport de réduction secondaire lorsque la bielle est en position articulée.
De préférence, le premier dispositif de transmission comporte au moins deux bielles articulées qui sont montées de manière croisée. L’utilisation de deux bielles permet d’augmenter le rapport de réduction secondaire sur une portion angulaire centrale, ce qui est avantageux pour obtenir un rapport de réduction global de valeur élevée sur une portion angulaire centrale. Le rapport de réduction primaire induit par le joint mécanique est compensé de manière optimale.
Selon un aspect, le manche de pilotage comprenant un deuxième arbre, le levier de commande étant configuré pour entraîner en rotation le deuxième arbre autour d’un deuxième axe selon une deuxième plage angulaire [β1 ; β3] par l’intermédiaire du joint mécanique présentant un rapport de réduction primaire, le rapport de réduction primaire étant minimal pour une position angulaire donnée, le rapport de réduction primaire étant décroissant sur la plage [β1 ; β2] puis croissant sur la plage [β2 ; β3], le dispositif de freinage est configuré pour freiner le deuxième arbre par l’intermédiaire d’un deuxième dispositif de transmission présentant un rapport de réduction secondaire, le rapport de réduction secondaire étant maximal pour une position angulaire donnée, le rapport de réduction secondaire étant croissant sur la plage [β1 ; β4] puis décroissant sur la plage [β4 ; β3] de manière à obtenir un rapport de réduction global, entre le levier de commande et le dispositif de freinage, ayant une amplitude de variation limitée sur la deuxième plage angulaire [β1 ; β3].
De manière avantageuse, chaque arbre peut bénéficier des avantages de l’invention afin de permettre au pilote d’obtenir un rapport de réduction global, entre le levier de commande et le dispositif de freinage, ayant une amplitude de variation limitée pour chaque déplacement du levier de commande.
De manière préférée, le dispositif de freinage comporte deux organes de freinage configurés pour coopérer respectivement avec le premier dispositif de transmission et le deuxième dispositif de transmission.
De préférence, le dispositif de freinage comporte un carter et deux organes de freinage montés coaxiaux dans le carter de manière à freiner simultanément les dispositifs de transmission. Un tel dispositif de freinage commun permet de limiter l’encombrement et la masse par comparaison à l’utilisation de deux dispositifs de freinage indépendants pour freiner les deux arbres.
Selon un aspect, les organes de freinage s’étendent en saillie dudit carter selon un même sens. Cela permet avantageusement de placer les dispositifs de transmission entre le dispositif de freinage et le levier de commande. L’encombrement est limité.
Selon un autre aspect, les organes de freinage s’étendent en saillie dudit carter selon des sens opposés. Cela permet avantageusement de répartir les dispositifs de transmission afin de disposer de plus d’espace pour obtenir les rapports de réduction secondaires désirés.
L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un manche de pilotage, tel que présenté précédemment, dans lequel, selon un mode de fonctionnement nominal, le dispositif de freinage étant inactif de manière à autoriser une rotation libre du premier arbre, le procédé comporte une étape d’activation du dispositif de freinage selon un mode de fonctionnement de secours dans lequel le dispositif de freinage freine le premier arbre via le premier dispositif de transmission de manière à obtenir un rapport de réduction global entre le levier de commande et le dispositif de freinage ayant une amplitude de variation limitée sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
Grâce à l’invention, selon un mode de secours, le pilote peut déplacer le levier de commande avec un rapport de réduction global sensiblement constant sur la première plage angulaire [α1 ; α3], ce qui améliore les sensations de pilotage et réduit le risque de casser un élément de la chaine cinématique du levier de commande.
 PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
est une représentation schématique d’un manche de pilotage selon l’art art antérieur ;
est une représentation schématique du rapport de réduction primaire qui relie le levier de commande à un premier arbre du manche de commande ;
est une représentation schématique du rapport de réduction primaire qui relie le levier de commande à un deuxième arbre du manche de commande ;
est une représentation schématique d’un manche de pilotage selon l’invention comportant des dispositifs de transmission entre le dispositif de freinage et les arbres ;
est une représentation schématique du rapport de réduction primaire, du rapport de réduction secondaire et du rapport de réduction global pour le premier arbre avec une bielle de liaison en position 90-90 ;
est une représentation schématique du rapport de réduction primaire, du rapport de réduction secondaire et du rapport de réduction global pour le deuxième arbre avec une bielle de liaison en position 90-90 ;
est une représentation schématique en perspective d’une bielle de liaison en position 90-90 entre le premier organe de freinage et le premier arbre ;
est une représentation schématique en perspective d’une bielle de liaison en position 0-0 entre le premier organe de freinage et le premier arbre ;
est une représentation schématique du rapport de réduction primaire, du rapport de réduction secondaire et du rapport de réduction global pour le premier arbre avec une bielle de liaison en position 0-0 ;
sont des représentations schématiques d’un premier dispositif de transmission comportant deux bielles articulées de manière croisée ;
est une représentation schématique du rapport de réduction primaire, du rapport de réduction secondaire et du rapport de réduction global pour le premier arbre avec deux bielles articulées de manière croisée ;
est une représentation schématique d’une forme de réalisation d’un dispositif de freinage commun ;
est une représentation schématique d’une forme de réalisation d’un autre dispositif de freinage commun ;
sont des représentations schématiques de plusieurs architectures de liaison d’un dispositif de freinage commun aux arbres par le biais de bielles.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence à la , il est représenté un manche de pilotage M pour aéronef qui comprend un levier de commande 1 monté rotatif selon un axe de roulis X et un axe de tangage Y, ces deux axes X, Y étant orthogonaux l’un à l’autre. Le manche de pilotage M transmet des commandes de déplacement COM à des organes de pilotage de l’aéronef 9 (volets, etc.), qui sont déterminées en fonction de la position du levier de commande 1 selon ces deux axes X, Y. L’invention concerne plus particulièrement un mini-manche situé dans un cockpit de l’aéronef.
En pratique, le manche de pilotage M comporte un premier arbre A1 d’axe A, relié mécaniquement aux mouvements de rotation du levier de commande 1 autour de l’axe de roulis X, et un deuxième arbre B1 d’axe B, relié mécaniquement aux mouvements de rotation du levier de commande 1 autour de l’axe de tangage Y. Le manche de pilotage M comporte en outre un joint mécanique 2 reliant les arbres A1, B1 aux mouvements de rotation du levier de commande 1. Un tel joint mécanique 2 est connu de l’homme du métier, en particulier, par la demande de brevet FR3011815.
Le manche de pilotage M comprend un dispositif d’application d’effort D comprenant deux organes à retour de force actif 31, 32, appelés aussi retour haptique, afin que le pilote perçoive un retour d’effort au niveau du levier de commande 1 sur chacun des axes de roulis X et de tangage Y. De tels organes à retour de force 31, 32 sont connus de l’homme du métier par la demande de brevet FR 3011815A1. Un organe à retour de force actif 31, 32, en particulier un moteur électrique, permet de paramétrer selon une loi de commande dynamique le retour de force. Un organe à retour de force actif 31, 32 s’oppose donc à un retour de force passif, en particulier un dispositif ressort, dont la loi de commande est statique.
Selon l’invention, en référence à la , le dispositif d’application d’effort D comprend un unique dispositif de freinage 5 configuré pour freiner le premier arbre A1 et le deuxième arbre B1. Néanmoins, il va de soi que les arbres A1, B1 pourraient être freinés par des dispositifs de freinage 5 distincts.
Au cours du fonctionnement du manche de pilotage M, les organes à retour de force actif 31, 32 génèrent respectivement un effort résistif sur les arbres A1, B1 s’opposant à l’effort exercé sur le levier de commande 1. Les sensations de pilotage sont restituées de manière optimale, ce qui accroît la sécurité du vol. Dans cet exemple, des capteurs de position 41, 42 sont montés sur les arbres A1, B1 de manière à déterminer de manière indirecte la position du levier de commande 1 selon les axes de roulis X et de tangage Y.
En cas de défaillance électrique ou mécanique au niveau d’un des organes de retour d’effort 31, 32, ou en cas de panne partielle ou totale sur la chaîne de traitement des signaux de commande de ces organes de retour d’effort 31, 32, ou encore en cas de panne d’alimentation en énergie électrique, le manche de pilotage M fonctionne selon un mode de secours et le retour d’effort est supprimé.
Selon le mode de secours, pour empêcher un pilotage libre du levier de commande 101, il est connu que le dispositif de freinage 5 freine la position du levier de commande 1 en agissant respectivement sur les axes de roulis X et de tangage Y du levier de commande 1 en freinant les arbres A1, B1 comme illustré à la . Un exemple de dispositif de freinage 5 sera présenté en détails par la suite.
Lors du mode de secours, le levier de commande 1 est freiné par le dispositif de freinage 5 à sa position courante de manière à l’immobiliser. Pour piloter, le pilote utilise le levier de commande 1 comme « capteur d’effort » pour agir sur les organes de pilotage de l’aéronef 9. Si le pilote exerce un effort très important sur le levier de commande 1, celui-ci peut néanmoins se déplacer jusqu’à entrer en contact avec une butée mécanique. Une telle fonctionnalité permet d’éviter de briser le levier de commande 1 ou d’autres organes mécaniques de la chaine cinématique.
Comme indiqué dans le préambule, en référence aux figures 2A et 2B, le levier de commande 1 est configuré pour entraîner en rotation le premier arbre A1 autour d’un premier axe A selon une première plage angulaire [α1 ; α3] et le deuxième arbre B1 autour du deuxième axe B selon une deuxième plage angulaire [β 1 ; β3].
Le levier de commande 1 est configuré pour entraîner en rotation le premier arbre A1 autour du premier axe A selon une première plage angulaire [α1 ; α3] par l’intermédiaire du joint mécanique 2. Dans cet exemple, la première plage angulaire est définie entre [-20° ; +20°]. En référence à la , le joint mécanique 2 présente un rapport de réduction primaire RA1 qui est minimal pour une position angulaire donnée α2, qui est, dans cet exemple égal à 0°. Le rapport de réduction primaire RA1 est décroissant sur la plage [α1 ; α2] puis croissant sur la plage [α2 ; α3], de préférence, de manière stricte. Dans cet exemple, le rapport de réduction primaire RA1 possède une allure sinusoïdale dont la dérivée première est croissante. Ainsi, le rapport de réduction RA1 est variable en fonction de la position angulaire dans laquelle est immobilisé le levier de commande 1.
De manière analogue, le levier de commande 1 est configuré pour entraîner en rotation le deuxième arbre B1 autour du deuxième axe B selon une deuxième plage angulaire [β1 ; β3] par l’intermédiaire du joint mécanique 2. Dans cet exemple, la deuxième plage angulaire est définie préférentiellement entre [-15° ; +15°]. En référence à la , le joint mécanique 2 présente un rapport de réduction primaire RB1 qui est minimal pour une position angulaire donné β2, qui est, dans cet exemple égal à 0°. Le rapport de réduction primaire RB1 est décroissant sur la plage [β1 ; β2] puis croissant sur la plage [β2 ; β3], de préférence, de manière stricte. De manière analogue, le rapport de réduction primaire RB1 possède une allure sinusoïdale dont la dérivée première est croissante. Ainsi, le rapport de réduction primaire RA1, RB1 est variable en fonction de la position angulaire dans laquelle est immobilisé le levier de commande 1. Il va de soi que les valeurs angulaires α1, α2, α3, β1, β2, β3 pourraient être différentes en fonction du contexte d’utilisation.
Selon l’invention, en référence à la , le dispositif de freinage 5 est configuré pour freiner le premier arbre A1 par l’intermédiaire d’un premier dispositif de transmission TRANS1 présentant un rapport de réduction secondaire RA2 sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
De manière analogue, le dispositif de freinage 5 est configuré pour freiner le deuxième arbre B1 par l’intermédiaire d’un deuxième dispositif de transmission TRANS2 présentant un rapport de réduction secondaire RB2 sur la première plage angulaire [β1 ; β3].
Il va de soi que le manche de pilotage M pourrait ne comprendre qu’un unique dispositif de transmission TRANS1/TRANS2.Par souci de clarté et concision, seul le premier dispositif de transmission TRANS1 va être présenté pour obtenir le rapport de réduction secondaire RA2, le deuxième dispositif de transmission TRANS2 étant analogue.
Comme illustré à la , le rapport de réduction secondaire RA2 est maximal pour une position angulaire donnée α4, le rapport de réduction secondaire RA2 étant croissant sur la plage [α1 ; α4] puis décroissant sur la plage [α4 ; α3] de manière à obtenir un rapport de réduction global RA3 entre le levier de commande 1 et le dispositif de freinage 5 ayant une amplitude de variation limitée sur la première plage angulaire [α1 ; α3]. Dans cet exemple, comme illustré à la , les positions angulaires α2, α4 sont confondues et égales à 0° mais il va de soi qu’elles pourraient être différentes.
De manière avantageuse, le premier dispositif de transmission TRANS1 permet de définir un rapport de réduction secondaire RA2, entre le premier arbre A1 et le dispositif de freinage 5, qui vient compenser le rapport de réduction primaire RA1 entre le premier arbre A1 et le levier de commande 1 afin d’obtenir un rapport de réduction global RA3 qui est sensiblement constant afin de permettre à un pilote de déplacer le levier de commande 1 de manière homogène sur la première plage angulaire [α1 ; α3] et indépendamment de la position angulaire d’immobilisation du levier de commande 1.
De manière préférée, le rapport de réduction secondaire RA2 est sensiblement symétrique au rapport de réduction primaire RA1 de manière à obtenir un rapport de réduction global RA3 sensiblement constant sur la première plage angulaire [α1 ; α3] comme illustré à la . Dans cet exemple, en référence à la , le rapport de réduction global RA3 varie entre 2 et 3 sur la première plage angulaire [α1 ; α3]. Il en va de même pour le deuxième arbre B1 comme illustré à la .
En référence à la , le premier dispositif de transmission TRANS1 se présente sous la forme d’une bielle reliant le premier organe de freinage 51 au premier arbre A de manière à définir un rapport de réduction secondaire RA2, tel que présenté précédemment.
Le premier arbre A1 est mobile en rotation autour d’un premier axe A tandis que le premier organe de freinage 51 est mobile en rotation autour d’un premier axe de freinage F. Les axes A, F sont parallèles et écartés selon un axe W d’une distance DD comme illustré à la . L’axe W, qui passe par les centres des axes A, F, forme un axe de référence correspondant à la position angulaire 0°.
Le premier organe de freinage 51 comporte une articulation 7 distante du premier axe de freinage F d’une distance R7. De manière analogue, le premier arbre A1 comporte une articulation 8 distante du premier axe A d’une distance R8. Les articulations 7, 8 sont reliées par une bielle droite 61, c’est-à-dire monobloc, ayant une longueur L61. La bielle 61 permet avantageusement d’obtenir un rapport de réduction secondaire RA2 qui est non linéaire.
Par la suite, on définit un rapport géométrique qui correspond au rapport des rayons entre celui du premier arbre A1, c’est-à-dire le rayon R8, et celui du premier organe de freinage 51, c’est-à-dire le rayon R7. Le rapport géométrique R7/R8 est de préférence compris entre 0.5 et 0.75. En effet, un rapport géométrique R7/R8 inférieur à 0.5 augmente l’amplitude des variations du rapport de réduction global RA3 sur la première plage angulaire [α1 ; α3] (planéité imparfaite) tandis qu’un rapport géométrique R7/R8 supérieur à 0.75 induit un rapport de réduction global RA3 de valeur élevée.
Toujours en référence à la , en position initiale, les articulations 7, 8 sont positionnées chacune à 90° par rapport à la direction de référence W. Par la suite, on parle de bielle 61 en position 90-90. Suite aux tests, une position 90-90 est avantageuse étant donné qu’elle permet d’aboutir à un rapport géométrique R7/R8 compris entre 0.5 et 0.75 avec un faible encombrement.
Comme illustré à la , les valeurs du rapport de réduction global RA3 sont plus faibles que celles du rapport de réduction primaire RA1. A titre d’exemple, à la position angulaire α2 (=α4=0°), le rapport de réduction primaire RA1 est égal à 2.87 tandis qu’il est égal à 2.15 pour le rapport de réduction global RA3 pour un rayon R7 de 13 mm. Le gain de planéité a été obtenu par une baisse de performance du rapport de réduction, ce qui impose de disposer d’un dispositif de freinage 5 plus performant pour compenser le faible rapport de réduction. Par la suite, il va être présenté une nouvelle architecture de dispositif de freinage 5 plus performant pour limiter l’encombrement et la masse.
De manière avantageuse, l’allure du rapport de réduction secondaire RA2 peut être adapté de manière à compenser de manière optimale le rapport de réduction primaire RA1.
En référence à la , il est représenté une autre forme de réalisation dans laquelle la position de la bielle 61 est modifiée. En position initiale, les articulations 7, 8 sont positionnées chacune à 0° par rapport à la direction de référence W. Par la suite, on parle de bielle 61 en position 0-0. Dans cette position 0-0, on obtient l’équation suivante : R8 + L61 = DD + R7.
Comme illustré à la , une telle position 0-0 est avantageuse étant donné qu’elle permet de modifier le rapport de réduction secondaire RA2 en augmentant la planéité tout en conservant une valeur minimale de rapport de réduction global RA3 qui est élevée.
Pour une bielle en position 0-0, une des articulations 7, 8 peut être montée dans un trou oblong afin d’éviter toute instabilité ou blocage.
Comme illustrées aux figures 8A et 8B, le premier dispositif de transmission TRANS1 comprend deux bielles 61 reliant le premier organe de freinage 51 au premier arbre A. Dans cet exemple, chaque bielle 61 est articulée et comporte deux parties 61A, 61B reliées par un axe d’articulation 61C. L’utilisation combinée de deux bielles articulées 61 permet avantageusement de modifier l’allure du rapport de réduction secondaire RA2, en particulier, en augmentant le rapport de réduction maximal au point angulaire α4, c’est-à-dire, dans une plage angulaire centrale. En référence à la , l’allure du rapport de réduction secondaire RA2 comporte trois points d’inflexion de manière à obtenir un rapport de réduction maximal au point angulaire α4 et, par voie de conséquence, un rapport de réduction global RA3 qui n’est pas minimal au point angulaire α4(=α2).
Dans cet exemple, les bielles 61 sont sensiblement à la position 0-0. Les bielles 61 sont montées de manière croisée comme illustré aux figures 8A-8B. Une telle forme de réalisation est avantageuse étant donné qu’elle permet de réduire l’amplitude du rapport de réduction global RA3. En outre, la valeur du rapport de réduction global RA3 est plus élevée que dans les autres formes de réalisation, ce qui permet de limiter les efforts de freinage.
Sur les , 6 et 8A-8B, il a été représenté des articulations 7, 8 du type pivot mais il va de soi que des articulations du type rotule pourraient convenir.
Selon un aspect préféré de l’invention, le dispositif de freinage 5 est commun aux deux arbres A1, B1 et comprend un carter 50, un premier organe de freinage 51 et un deuxième organe de freinage 52 coaxiaux qui sont montés rotatifs dans le carter 50 et configurés pour coopérer respectivement avec le premier arbre A1 et le deuxième arbre B1 de manière à les freiner. De manière avantageuse, un dispositif de freinage commun 5 permet de réduire l’encombrement et la masse par comparaison à deux dispositifs distincts. L’utilisation de deux organes de freinage coaxiaux 51, 52 permet de réduire l’encombrement dans un carter 50 tout en conservant un freinage optimal. En effet, les efforts de freinage sont avantageusement mutualisés entre les deux organes de freinage 51, 52.
En référence aux figures 10 et 11, il est représenté deux formes de réalisation d’un dispositif de freinage commun 5. Dans ces formes de réalisation, le carter 50 forme un logement pour les organes de freinage 51, 52. Dans cet exemple, les organes de freinage 51, 52 sont coaxiaux selon un axe de freinage F. Le dispositif de freinage commun 5 comprend une pluralité de disques de frein 53 qui sont espacés les uns des autres selon l’axe de freinage F de manière à définir entre eux des volumes étanches 54 destinés à recevoir les organes de freinage 51, 52 comme cela sera présenté par la suite. Les volumes étanches 54 sont remplis d’un fluide magnétorhéologique. Le dispositif de freinage commun 5 comporte en outre une source magnétique 55, en particulier une bobine, pour activer le fluide magnétorhéologique dans les volumes étanches 54 selon le mode de secours. Les volumes étanches 54 sont décalés axialement par rapport à l’axe de freinage F.
Chaque organe de freinage 51, 52 comporte une portion d’entrainement 51A, 52A et au moins une portion de frein 51B, 52B qui est logée dans un volume étanche 54. En référence aux figures 10 et 11, chaque organe de freinage 51, 52 comporte une unique portion de frein 51B, 52B mais il va de soi qu’elles pourraient être plus nombreuses pour adapter la force de freinage.
Au cours du fonctionnement du manche de pilotage M selon un mode nominal, le fluide magnétorhéologique des volumes étanches 54 est à l’état liquide et les organes de freinage 51, 52 peuvent être entrainés librement en rotation par le levier de commande 101 via les arbres A1, B1. Les portions de frein 51B, 52B des organes de freinage 51, 52 cisaillent sans contrainte le fluide magnétorhéologique contenu dans les volumes étanches 54.
Selon le mode de secours, sous l’effet d’un champ magnétique appliqué par la source magnétique 55, le fluide magnétorhéologique est aimanté. A l’intérieur du fluide magnétorhéologique, des particules en suspension dans un fluide porteur (typiquement des particules métalliques) s’alignent sous forme de chaînes de particules parallèles aux lignes de champ du champ magnétique appliqué. La résistance du fluide magnétorhéologique au cisaillement est accrue sous l’effet du champ magnétique appliqué. Le fluide magnétorhéologique tend ainsi à empêcher la rotation des portions de frein 51B, 52B des organes de freinage 51, 52. Le couple résistant exercé par le fluide magnétorhéologique aimanté est très supérieur au couple résistant exercé par le fluide magnétorhéologique non aimanté.
Selon un aspect de l’invention, en référence aux figures 10 et 11, le dispositif de freinage 5 comprend en outre une ou plusieurs bobines électromagnétiques, comme source magnétique 55, configurées pour exercer un champ magnétique variable au niveau des volumes étanches 54 de fluide magnétorhéologique, de sorte à faire varier la résistance au cisaillement du fluide magnétorhéologique ainsi que des éléments amagnétique 56 afin de diriger les lignes de champ. La bobine est par exemple disposée sur un côté du dispositif de freinage 5, près des volumes étanches 54 contenant le fluide magnétorhéologique. La bobine 55 est typiquement utilisée pour simuler une loi d’amortissement, en fonctionnement normal du manche de pilotage M.
Un avantage d’un tel dispositif de freinage commun 5 est son faible encombrement. Le dispositif de freinage commun 5 couple et découple sur commande les mouvements de rotation des organes de freinage 51, 52 par l’intermédiaire d’un faible nombre de composants mécaniques. Un tel dispositif de freinage commun 5 présente en outre de bonnes performances de transmission du couple résistif.
L’encombrement est d’autant plus réduit selon l’invention étant donné qu’il intègre deux organes de freinage coaxiaux de manière à les freiner ensemble de manière simultanée. La source magnétique 55 et le fluide magnétorhéologique sont avantageusement mutualisés.
Les portions d’entrainement 51A, 51B des organes de freinage 51, 52 s’étendent en saillie du carter 50 afin de pouvoir coopérer solidairement, directement ou indirectement avec les arbres A1, B1.
En référence à la , les portions d’entrainement 51A, 51B des organes de freinage 51, 52 s’étendent dans le même sens par rapport au carter 50. Cela permet de réduire l’encombrement. A cet effet, le premier organe de freinage 51 est creux de manière à ce que le deuxième organe de freinage 52 s’étende intérieurement au premier organe de freinage 51. En référence à la , les portions d’entrainement 51A, 51B des organes de freinage 51, 52 s’étendent dans des sens opposés par rapport au carter 50. Cela permet d’intégrer des organes de liaison avec les arbres A1, B1 pour régler le rapport de réduction comme cela sera présenté par la suite. A cet effet, les organes de freinage 51, 52 ne sont pas emboités les uns dans les autres mais juxtaposés. De manière avantageuse, en fonction de l’architecture sélectionnée pour le dispositif d’application d’effort D, un dispositif de freinage commun 5 selon la configuration de la ou de la peut être avantageusement choisi.
De manière préférée, le dispositif de freinage commun 5 comporte un ou plusieurs roulements pour faciliter la rotation des organes de freinage 51, 52 dans le carter 50.
De manière avantageuse, du point de vue de la commande, il n’est nécessaire de commander qu’un unique dispositif de freinage 5, ce qui présente un nouvel avantage synergique.
Il a été représenté un dispositif de freinage commun 5 comportant deux arbres de freinage 51, 52 mais il va de soi qu’il pourrait en comprendre plus de deux. Cela est avantageux lorsque le levier de commande 1 comporte plus de deux degrés de liberté.
Il a été représenté un dispositif de freinage commun 5 de type magnétique mais il va de soi qu’il pourrait être d’un autre type, par exemple, mécanique.
Il va dorénavant être présenté plusieurs architectures de dispositifs de transmission TRANS1, TRANS2 reliant un dispositif de freinage commun 5 aux arbres A1, B1. De telles architectures permettent de répondre, d’une part, à des contraintes d’organisation et d’encombrement et, d’autre part, à l’obtention du rapport de réduction secondaire désiré RA2. En effet, il est important que le rapport de réduction secondaire RA2 (arbre/organe de freinage) puisse compenser le rapport de réduction primaire RA1 (arbre/levier de commande). Dans ces exemples, les arbres A1, B1 sont verticaux et parallèles entre eux.
En référence à la , le dispositif de freinage commun 5 comporte un axe de freinage F qui est vertical et deux organes de freinage 51, 52 qui s’étendent en saillie verticalement vers le haut. Le premier organe de freinage 51 est relié indirectement au premier arbre A1 par une première bielle 61. De manière analogue, le deuxième organe de freinage 52 est relié indirectement au deuxième arbre B1 par une deuxième bielle 62. Une telle architecture présente un encombrement réduit et permet de freiner de manière analogue les deux arbres A1, B1. L’utilisation de bielles 61, 62 permet d’augmenter de manière non-linéaire le rapport de réduction secondaire RA2, RB2. De manière avantageuse, le débattement angulaire limité de chacun des arbres A1, B1 permet d’utiliser des bielles 61, 62 étant donné qu’un secteur réduit de la circonférence est parcouru par les organes de freinage 51, 52. Les axes de rotation des extrémités des bielles 61, 62 peuvent être parallèles ou équipés de rotules.
En référence à la , le dispositif de freinage commun 5 comporte un axe de freinage F qui est vertical et deux organes de freinage 51, 52 qui s’étendent respectivement en saillie verticalement vers le bas et vers le haut. Le premier organe de freinage 51 est relié indirectement au premier arbre A1 par une première bielle 61. De manière analogue, le deuxième organe de freinage 52 est relié indirectement au deuxième arbre B1 par une deuxième bielle 62. Une telle architecture présente un encombrement réduit et permet de freiner de manière analogue les deux arbres A1, B1. L’espace vertical est ainsi utilisé de manière optimale. Cela est avantageux pour obtenir le rapport de réduction secondaire RA2 désiré.
En référence aux figures 12C et 12D, le dispositif de freinage commun 5 comporte un axe de freinage F qui est horizontal et deux organes de freinage 51, 52 qui s’étendent respectivement en saillie horizontalement vers la gauche et vers la droite. Le premier organe de freinage 51 est relié indirectement au premier arbre A1 par une première bielle 61 tandis que le deuxième organe de freinage 52 est relié indirectement au deuxième arbre B1 par une deuxième bielle 62. Une telle architecture présente un encombrement réduit et permet de freiner de manière analogue les deux arbres A1, B1. L’espace horizontal est ainsi utilisé de manière optimale. Dans cet exemple, les axes de rotation des extrémités des bielles 61, 62 sont équipés de rotules.
De plus, il a été présenté un dispositif de freinage commun 5 ayant un axe de freinage F parallèle ou orthogonal aux axes A, B des arbres A1, B1 mais il va de soi que l’inclinaison de l’axe de freinage F pourrait être quelconque. Il en va de même des axes A, B des arbres A1, B1.
Ainsi, de manière avantageuse, la présente invention permet de s’adapter aux diverses contraintes de conception d’un manche de pilotage M.
Un exemple d’utilisation d’un manche de pilotage M va être dorénavant présenté en référence à la .
Lors de l’utilisation du manche de pilotage M selon un mode nominal, le pilote manipule librement le levier de commande 1 selon l’axe de roulis X et de tangage Y, ce qui entraine en rotation les arbres A1, B1 via le joint mécanique 2. La position des arbres A1, B1 est mesurée par les capteurs de position 41, 42 afin de transmettre des commandes de déplacement COM aux organes de pilotage de l’aéronef 9 (volets, etc.).
Les organes de retour de force 31, 32 sont actifs afin que le pilote perçoive un retour d’effort au niveau du levier de commande 1 sur chacun des axes de roulis X et de tangage Y. Le dispositif de freinage 5 est inactif et les organes de freinage 51, 52 sont libres de tourner dans le carter 50.
Lors de l’utilisation du manche de pilotage M selon un mode de secours suite à un dysfonctionnement, les organes de retour de force 31, 32 sont inactifs et le pilote ne perçoit pas de retour d’effort au niveau du levier de commande 1. Le dispositif de freinage 5 est actif et les organes de freinage 51, 52 ne sont plus libres de tourner dans le carter 50. Le dispositif de freinage 5 impose un rapport de réduction secondaire RA2 sur les arbres A1, B1 et compense, au moins en partie, le rapport de réduction primaire RA1 des arbres A1, B1 avec le levier de commande 1. Le levier de commande 1 est alors freiné à la position dans laquelle il était lors du passage en mode de secours. Le pilote perçoit ainsi immédiatement qu’il est dans un mode de secours. Si le pilote exerce en effort important sur le levier de commande 1, celui-ci peut se déplacer jusqu’à atteindre une butée mécanique. Grâce au rapport de réduction global RA3 qui a été obtenu, le déplacement du levier de commande 1 est avantageusement linéaire. De plus, comme le rapport réduction global RA3 est sensiblement plat, l’effort nécessaire au pilote pour permettre un déplacement est sensiblement identique pour toute position angulaire du levier de commande 1 lorsqu’il est freiné (voir les positions P1 et P2 sur la ).
Selon le mode de secours, les capteurs de position angulaire 41, 42 ne sont plus utilisés pour générer les consignes de pilotage. Des capteurs d’effort séparés, présents dans le levier de commande 1 qui est devenu fixe, permettent de prendre le relais en secours pour transmettre les commandes de déplacement COM aux organes de pilotage de l’aéronef 9 (gouvernes, etc.).
Grâce à l’invention, le dispositif d’application d’effort D possède un encombrement limité et une masse réduite. Le dispositif de freinage commun 5 permet avantageusement d’agir de manière synergique sur les deux arbres A1, B1 pour les freiner ensemble selon le mode de secours.

Claims (14)

  1. Manche de pilotage (M) d’un aéronef, le manche de pilotage (M) comprenant un premier arbre (A1) et un levier de commande (1) configuré pour entraîner en rotation le premier arbre (A1) autour d’un premier axe (A) selon une première plage angulaire [α1 ; α3] par l’intermédiaire d’un joint mécanique (2) présentant un rapport de réduction primaire (RA1), le rapport de réduction primaire (RA1) étant minimal pour une position angulaire donnée (α2), le rapport de réduction primaire (RA1) étant décroissant sur la plage [α1 ; α2] puis croissant sur la plage [α2 ; α3], le manche de pilotage (M) comprenant un dispositif d’application d’effort (D) comprenant au moins un dispositif de freinage (5) configuré pour freiner le premier arbre (A1) par l’intermédiaire d’un premier dispositif de transmission (TRANS1) présentant un rapport de réduction secondaire (RA2), le rapport de réduction secondaire (RA2) étant maximal pour une position angulaire donnée (α4), le rapport de réduction secondaire (RA2) étant croissant sur la plage [α1 ; α4] puis décroissant sur la plage [α4 ; α3] de manière à obtenir un rapport de réduction global (RA3) entre le levier de commande (1) et le dispositif de freinage (5) ayant une amplitude de variation limitée sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
  2. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 1, dans lequel le rapport de réduction secondaire (RA2) est sensiblement symétrique au rapport de réduction primaire (RA1) de manière à obtenir un rapport de réduction global (RA3) sensiblement constant sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
  3. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 2, dans lequel le rapport de réduction global (RA3) varie entre 2 et 3 sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
  4. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier dispositif de transmission (TRANS1) comporte au moins une bielle (61).
  5. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 4, dans lequel le premier dispositif de transmission (TRANS1) comporte au moins une bielle (61) montée selon une position 90-90 entre le premier organe de freinage (51) et le premier arbre (A1).
  6. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 4, dans lequel le premier dispositif de transmission (TRANS1) comporte au moins une bielle (61) montée selon une position 0-0 entre le premier organe de freinage (51) et le premier arbre (A1).
  7. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon l’une des revendication 4 à 6, dans lequel le premier dispositif de transmission (TRANS1) comporte au moins une bielle qui est articulée.
  8. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 7, dans lequel le premier dispositif de transmission (TRANS1) comporte au moins deux bielles articulées qui sont montées de manière croisée.
  9. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le manche de pilotage (M) comprenant un deuxième arbre (B1), le levier de commande (1) étant configuré pour entraîner en rotation le deuxième arbre (B1) autour d’un deuxième axe (B) selon une deuxième plage angulaire [β1 ; β3] par l’intermédiaire du joint mécanique (2) présentant un rapport de réduction primaire (RB1), le rapport de réduction primaire (RB1) étant minimal pour une position angulaire donnée (β3), le rapport de réduction primaire (RB1) étant décroissant sur la plage [β1 ; β2] puis croissant sur la plage [β2 ; β3], le dispositif de freinage (5) étant configuré pour freiner le deuxième arbre (B1) par l’intermédiaire d’un deuxième dispositif de transmission (TRANS2) présentant un rapport de réduction secondaire (RB2), le rapport de réduction secondaire (RB2) étant maximal pour une position angulaire donnée (β4), le rapport de réduction secondaire (RB2) étant croissant sur la plage [β1 ; β4] puis décroissant sur la plage [β4 ; β3] de manière à obtenir un rapport de réduction global (RB3) entre le levier de commande (1) et le dispositif de freinage (5) ayant une amplitude de variation limitée sur la deuxième plage angulaire [β1 ; β3].
  10. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de freinage (5) comporte deux organes de freinage (51, 52) configurés pour coopérer respectivement avec le premier dispositif de transmission (TRANS1) et le deuxième dispositif de transmission (TRANS2).
  11. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon la revendication 10, dans lequel le dispositif de freinage (5) comporte un carter (50) et deux organes de freinage (51, 52) montés coaxiaux dans le carter (50) de manière à freiner simultanément les dispositifs de transmission (TRANS1, TRANS2).
  12. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon l’une des revendications 10 à 11, dans lequel, les organes de freinage (51, 52) s’étendent en saillie dudit carter (50) selon un même sens.
  13. Manche de pilotage (M) d’un aéronef selon l’une des revendications 10 à 11, dans lequel, les organes de freinage (51, 52) s’étendent en saillie dudit carter (50) selon des sens opposés.
  14. Procédé d’utilisation d’un manche de pilotage (M) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel, selon un mode de fonctionnement nominal, le dispositif de freinage (5) étant inactif de manière à autoriser une rotation libre du premier arbre (A1), le procédé comporte une étape d’activation du dispositif de freinage (5) selon un mode de fonctionnement de secours dans lequel le dispositif de freinage (5) freine le premier arbre (A1) via le premier dispositif de transmission (TRANS1) de manière à obtenir un rapport de réduction global (RA3), entre le levier de commande (1) et le dispositif de freinage (5), ayant une amplitude de variation limitée sur la première plage angulaire [α1 ; α3].
PCT/EP2020/083970 2019-12-20 2020-11-30 Manche de pilotage d'un aéronef comprenant un rapport de réduction global amélioré et procédé d'utilisation d'un tel manche WO2021121941A1 (fr)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5929846A (en) * 1993-07-16 1999-07-27 Immersion Corporation Force feedback interface device including grounded sensor system
FR3011815A1 (fr) 2013-10-15 2015-04-17 Sagem Defense Securite Dispositif de commande de vol d'un aeronef

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