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FR3147604A1 - Système d’actionnement hydraulique à réchauffeur intégré et aéronef le comprenant. - Google Patents

Système d’actionnement hydraulique à réchauffeur intégré et aéronef le comprenant. Download PDF

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Publication number
FR3147604A1
FR3147604A1 FR2303365A FR2303365A FR3147604A1 FR 3147604 A1 FR3147604 A1 FR 3147604A1 FR 2303365 A FR2303365 A FR 2303365A FR 2303365 A FR2303365 A FR 2303365A FR 3147604 A1 FR3147604 A1 FR 3147604A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
pump
control unit
electronic control
flow rate
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2303365A
Other languages
English (en)
Inventor
Jérôme Fraval
Jean-Baptiste KAMIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Landing Systems SAS
Original Assignee
Safran Landing Systems SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Landing Systems SAS filed Critical Safran Landing Systems SAS
Priority to FR2303365A priority Critical patent/FR3147604A1/fr
Priority to PCT/EP2024/059025 priority patent/WO2024208879A1/fr
Publication of FR3147604A1 publication Critical patent/FR3147604A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

Système d’actionnement hydraulique (100) comprenant au moins un réservoir (104) relié par une restriction de passage à une pompe (103) entrainée par un moteur (101), un actionneur hydraulique (112) associé à une vanne de commande (113), un capteur de température (108) du fluide hydraulique dans le réservoir (104), et une unité électronique de commande (102) agencée pour effectuer une phase de réchauffage, lorsque la température du fluide hydraulique dans le réservoir (104) atteint un premier seuil de température minimale prédéterminé, en commandant une activation du moteur (101) d’entraînement de la pompe (103) alors que la vanne de commande (113) est dans un état de non-alimentation de l’actionneur pour faire circuler le fluide hydraulique dans la restriction. Aéronef comprenant un tel système. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1

Description

Système d’actionnement hydraulique à réchauffeur intégré et aéronef le comprenant.
La présente invention concerne le domaine de l’actionnement hydraulique plus particulièrement dans le secteur de l’aéronautique.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Il est connu des aéronefs équipés d’un système d’actionnement hydraulique par exemple pour le déplacement des différentes parties mobiles d’un atterrisseur ou pour l’orientation des pales d’hélice d’un moteur de type turbopropulseur.
Un tel système d’actionnement hydraulique comprend un réservoir contenant un fluide hydraulique, une pompe pour pomper le fluide hydraulique du réservoir, un moteur d’entraînement de la pompe, des actionneurs hydrauliques associés chacun à une vanne de commande de l’actionneur qui est montée entre la pompe et l’actionneur hydraulique et qui a un état d’alimentation de l’actionneur par la pompe et un état de non alimentation de l’actionneur. Une unité électronique de commande est reliée au moteur et aux vannes de commande pour piloter ceux-ci en fonction des instructions du pilote de l’aéronef.
Généralement, le système d’actionnement hydraulique est installé dans une des zones de l’aéronef où la température n’est pas maîtrisée, par exemple dans la soute de l’atterrisseur, ce qui l’expose à des températures extrêmement basses pouvant atteindre -60°C lors de vols à haute altitude de longue durée.
Lorsque le système d’actionnement hydraulique n’actionne pas d’autres éléments que ceux liés à l’atterrisseur, il n’est pas utilisé au cours du vol : la pompe est donc inutilisée pendant toute la phase de vol et le fluide ne circule pas. Le fluide hydraulique risque donc de se refroidir au point d’atteindre la température ambiante et présenterait une viscosité importante qui peut entrainer un impact sur le fonctionnement de la pompe, tel qu’un accroissement du couple moteur nécessaire au démarrage de la pompe, ou une difficulté à l’amorçage de la pompe à cause d’une pression amont trop faible (risque de cavitation). Il en résulte une dégradation de la fiabilité et des performances du système d’actionnement hydraulique.
Pour éviter cela, il pourrait être envisagé de surdimensionner le moteur et la pompe, mais cela augmente la masse du système d’actionnement hydraulique, la consommation d’énergie de l’aéronef et donc ses émissions polluantes.
Une autre solution est de disposer une résistance électrique dans le réservoir pour empêcher le refroidissement du fluide hydraulique. Cependant, sauf à utiliser une résistance de grande dimension qui serait donc lourde, cette solution ne permet pas l’obtention d’une température homogène du fluide hydraulique.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a notamment pour but de garantir le bon fonctionnement de la pompe ainsi que ses performances sur une grande plage de température environnementale et notamment aux basses températures.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un système d’actionnement hydraulique comprenant au moins un réservoir contenant un fluide hydraulique, une pompe pour pomper le fluide hydraulique du réservoir, un moteur d’entraînement de la pompe, un actionneur hydraulique, une vanne de commande de l’actionneur qui est montée entre la pompe et l’actionneur hydraulique et qui a un état d’alimentation de l’actionneur par la pompe et un état de non alimentation de l’actionneur, un capteur de température du fluide hydraulique dans le réservoir, et une unité électronique de commande reliée au moteur, à la vanne de commande et au capteur de température. Le système d’actionnement comprend au moins une restriction de passage entre la pompe et le réservoir et en ce que l’unité électronique de commande est agencée pour effectuer une phase de réchauffage, lorsque la température du fluide hydraulique dans le réservoir atteint un premier seuil de température minimale prédéterminé, en commandant une activation du moteur d’entraînement de la pompe alors que la vanne de commande est dans son état de non-alimentation pour faire circuler le fluide hydraulique dans la restriction.
Ainsi, l’actionnement de la pompe pendant la phase de réchauffage force le passage du fluide dans la restriction. Le fluide va s’échauffer en passant dans la restriction et cet échauffement est proportionnel au débit de fluide et à la perte de charge occasionnée par la restriction. Avec l’élévation de la température, la viscosité du fluide hydraulique va baisser. Cette faculté de conserver une viscosité faible du fluide hydraulique permet de limiter les pertes de charge dans le circuit de transport de fluide hydraulique et les équipements reliés par celui-ci dans le système d’actionnement en phase de fonctionnement normal. L’invention permet de garantir une bonne homogénéité de la température du fluide hydraulique dans l’ensemble du système. On obtient de la sorte des performances similaires sur une large plage de températures extérieures. L’invention permet également de garantir les performances des systèmes alimentés par le système d’actionnement hydraulique. L’invention est entièrement automatisée et gérée par un calculateur embarqué ne nécessitant aucune action de la part de l’équipage (contrairement aux solutions de l’art antérieur).
Selon des caractéristiques additionnelles, utilisables individuellement ou tout ou partie en combinaison :
  • le système comprend une vanne de réchauffage ayant un état d’ouverture pour un passage du fluide hydraulique dans la restriction et un état de fermeture du passage du fluide, la vanne de réchauffage étant commandée par l’unité électronique de commande dans son état d’ouverture pour effectuer la phase de réchauffage ;
  • la restriction est intégrée à la vanne de réchauffage ;
  • le système comprend plusieurs actionneurs et plusieurs vannes de commande associées chacune à l’un des actionneurs ;
  • l’unité électronique de commande est agencée pour commander la phase de réchauffage lorsque l’un des actionneurs est alimenté et que la température du fluide hydraulique est comprise entre le premier seuil de température minimale prédéterminé et un deuxième seuil de température prédéterminé supérieur au premier seuil de température minimale prédéterminé ;
  • le système comprend un premier capteur de pression monté en aval de la pompe pour mesurer une pression de refoulement et dans lequel l’unité électronique de commande est reliée au premier capteur de pression et est agencée pour commander la phase de réchauffage lorsque la pression de refoulement mesurée par le premier capteur de pression atteint une valeur de pression correspondant à un débit de refoulement théorique maximal de la pompe ;
  • l’actionneur est asservi en déplacement, la pompe a une cylindrée constante, et l’unité électronique de commande est agencée pour piloter le moteur en vitesse et pour commander la vanne de réchauffage dans son état de fermeture lorsque le moteur atteint une vitesse maximale théorique ;
  • la restriction est intégrée à un drain de fuite reliant la pompe au réservoir ;
  • le système comprend des capteurs de pression respectivement en amont et en aval de la restriction de passage et l’unité électronique de commande est agencée pour estimer un débit de refoulement de la pompe en fonction d’une différence de pression entre l’amont et l’aval de la restriction de passage lorsque la vanne de commande est dans son état de non-alimentation ;
  • l’unité électronique de commande comprend une mémoire contenant une table mettant en relation des valeurs de différence de pression et des valeurs de débit ;
  • l’unité électronique de commande est agencée pour déterminer un débit théorique en fonction d’une vitesse du moteur d’entrainement, pour comparer le débit de refoulement estimé au débit de refoulement théorique et pour émettre une alerte en cas de dépassement d’un seuil prédéterminé correspondant à une insuffisance du débit de refoulement estimé par rapport au débit de refoulement théorique.
L’invention concerne également un aéronef équipé d’un tel système d’actionnement hydraulique, dans lequel l’unité électronique de commande est agencée pour vérifier que l’aéronef est en vol avant d’effectuer la phase de réchauffage.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
la est une vue schématique du système d’actionnement selon l’invention ;
la est un logigramme illustrant un procédé de réchauffage mis en œuvre par le système d’actionnement selon l’invention ;
la montre la courbe de température du fluide hydraulique lors de la mise en œuvre de ce procédé de réchauffage ;
la est une représentation de la machine d’état d’un premier mode de pilotage de la vanne de réchauffage du système d’actionnement selon l’invention ;
la est une représentation de la machine d’état d’un deuxième mode de pilotage de la vanne de réchauffage du système d’actionnement selon l’invention ;
la montre la courbe de pression en fonction du débit utilisée pour le deuxième mode de pilotage ;
la est une représentation de la machine d’état d’un troisième mode de pilotage de la vanne de réchauffage du système d’actionnement selon l’invention ;
la est un logigramme illustrant un procédé de surveillance du rendement de la pompe mis en œuvre par le système d’actionnement selon l’invention ;
la est une vue schématique partielle, de face, d’un aéronef équipé du système d’actionnement selon l’invention.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence aux figures 1 et 9, le système d’actionnement hydraulique selon l’invention, portant la référence générale 100, est ici décrit en application à un aéronef A pourvus d’atterrisseurs LGp principaux et d’un atterrisseur frontal LGf directionnel comprenant chacun une jambe L ayant une extrémité libre pourvue de roues W et une extrémité opposée articulée à une structure de l’aéronef entre une position sortie illustrée sur la et une position rentrée dans une soute de l’aéronef. Le système d’actionnement hydraulique illustré est plus particulièrement utilisé pour l’actionnement de l’atterrisseur frontal LGf. Ce même système d’actionnement peut être utilisé, moyennant des adaptations à la portée de l’homme du métier, pour l’actionnement des atterrisseurs principaux ou pour tout autre équipement de l’aéronef.
Le système d’actionnement hydraulique 100 comprend une pompe 103, entrainée en rotation par un moteur électrique 101, ayant une entrée reliée fluidiquement à un réservoir 104 et une sortie reliée fluidiquement à une ligne d’alimentation 106a comportant en série un filtre 106a1 et un clapet anti-retour 106a2. Le réservoir 104 contient un fluide hydraulique, comme une huile par exemple une huile synthétique de type AS1241, et est pourvu d’au moins une sonde de température 108 permettant de mesurer la température du fluide hydraulique dans le réservoir 104.
Le système d’actionnement hydraulique 100 comprend des dispositifs d’actionnement a, b, c ayant chacun une entrée reliée à la ligne d’alimentation 106a et une sortie reliée à une ligne de retour 106b reliée au réservoir 104. La ligne de retour 106b comprend en aval des points de raccordement des dispositifs d’actionnement a, b, c à la ligne de retour 106b, un premier clapet anti-retour 106b3, un deuxième clapet anti-retour 106b2 et un filtre 106b1. Les clapets 106b2 et 106b3 sont orientés de manière à ce que le fluide hydraulique sortant des dispositifs d’actionnement a, b, c s’écoule vers le réservoir 104. Le clapet 106a2 est orienté de manière à ce que le fluide hydraulique pompé par la pompe 103 dans le réservoir 104 et sortant de la pompe 103 s’écoule vers les dispositifs d’actionnement a, b, c.
Chaque dispositif d’actionnement a, b, c comprend :
  • un actionneur hydraulique à simple effet, à savoir un actionneur de freinage 112a, ayant un corps recevant, à coulissement entre une position rentrée et une position sortie, un piston délimitant dans le corps une chambre à volume variable, le piston étant rappelé par un organe élastique vers sa position définissant le plus petit volume de la chambre ;
  • des actionneurs à double effet, à savoir un actionneur d’orientation 112b et un actionneur d’extension/rétraction 112c de la jambe L, ayant un corps recevant, à coulissement entre une position rentrée et une position sortie, un piston délimitant dans le corps une chambre à volume variable ;
  • une électrovanne de commande 113a, 113b, 113c monostable, ayant un tiroir de type trois voies / deux positions, à savoir une position d’alimentation dans laquelle le tiroir met en relation la ligne d’alimentation 106a avec la chambre de l’actionneur 112a, 112b, 112c respectivement et une position de refoulement dans laquelle le tiroir met en relation la ligne de retour 106b avec la chambre de l’actionneur 112a, 112b, 112c respectivement ;
  • une unité électronique de commande d’actionneur 114a, 114b, 114c reliée électriquement à la borne de commande de l’électrovanne de commande 113a, 113b, 113c respectivement pour lui envoyer des signaux de commande et à l’actionneur 112a, 112b, 112c respectivement pour recevoir des signaux d’état de l’actionneur 112a, 112b, 112c.
Un clapet de surpression 107 relie la ligne d’alimentation 106a (en aval du clapet antiretour 106a2 et en amont des dispositifs d’actionnement a, b, c) et la ligne de retour 106b (entre les clapets anti-retour 106b2 et 106b3).
Une électrovanne de réchauffage 110 monostable, ayant un tiroir de type deux voies / deux positions, à savoir une position d’ouverture dans laquelle le tiroir met en relation via une restriction la ligne d’alimentation 106a avec la ligne de retour 106b et une position de fermeture dans laquelle le tiroir bloque le passage du fluide hydraulique entre la ligne d’alimentation 106a et la ligne de retour 106b. La restriction est ici constituée d’un orifice calibré formé dans le tiroir et par lequel s’écoule le fluide. L’électrovanne de réchauffage 110 est normalement fermée, c’est-à-dire que le tiroir de l’électrovanne de réchauffage 110 est rappelé élastiquement en position de fermeture. Un capteur de pression amont 115 est monté au voisinage du port d’alimentation de l’électrovanne de réchauffage 110 et un capteur de pression aval 116 est monté au voisinage du port de sortie de l’électrovanne de réchauffage 110.
Une unité électronique de commande 102 est reliée électriquement au moteur 101, aux unités électroniques de commande d’actionneur 114a, 114b, 114c, et à la borne de commande de l’électrovanne de réchauffage 110 pour leur envoyer des signaux de commande. L’unité électronique de commande 102 est reliée électriquement aux capteurs de pression 115, 116, à la sonde de température 108 pour recevoir des signaux d’état de ceux-ci. L’unité électronique de commande 102 est également reliée électriquement à une unité de pilotage de l’aéronef pour recevoir des signaux de commande et émettre des signaux d’état, et une source d’alimentation électrique pour recevoir des signaux de puissance.
L’unité électronique de commande 102 comprend de manière classique au moins un processeur et une mémoire contenant au moins un programme informatique qui est exécutable par le processeur et qui contient des instructions agencées pour faire fonctionner le système d’actionnement hydraulique de l’invention. La commande du moteur 101 et des électrovannes de commande 113a, 113b, 113c et des actionneurs 112a, 112b, 112c pour actionner l’atterrisseur est connue en elle-même et ne sera pas plus décrite ici. En revanche le procédé de réchauffage du fluide hydraulique va maintenant être décrit.
Selon ce procédé ( ), l’unité électronique de commande 102 effectue automatiquement une phase de réchauffage, lorsque la température du fluide hydraulique dans le réservoir atteint un premier seuil de température et que l’aéronef A est en fonctionnement.
Selon un mode de mise en œuvre particulier de ce procédé, à la mise sous tension de l’aéronef, l’unité électronique de commande 102 extrait une température mesurée Tr du signal de température issu de la sonde de température 108 (étape 1), vérifie que l’aéronef est bien en fonctionnement (étape 2) et, dans l’affirmative, compare la température mesurée Tr au premier seuil de température (étape 3). Le premier seuil de température, ici égal à -30°C, est un seuil de température d’activation du réchauffage et correspond à une température minimale à laquelle la viscosité du fluide hydraulique permet un fonctionnement nominal du système d’actionnement hydraulique.
Si la température mesurée est inférieure au premier seuil de température, l’unité électronique de commande 102 commande l’électrovanne de réchauffage 110 en position d’ouverture (étape 4) et l’activation du moteur 101 (étape 5), qui entraine alors la pompe 103, tant que la température mesurée Tr est inférieure à un deuxième seuil de température (étape 6). Le deuxième seuil de température (ici égal à + 30°C) correspond à une température d’arrêt du réchauffage au-delà de laquelle il n’est pas utile d’aller pour obtenir un fonctionnement nominal du système d’actionnement hydraulique 100. Lorsque la température mesurée Tr atteint le deuxième seuil de température, l’unité électronique de commande 102 commande l’électrovanne de réchauffage 110 en position de fermeture et la désactivation du moteur 101 (étape 7). On voit sur la que la température mesurée Tr va ainsi évoluer entre les deux seuils de température.
Comme le passage du fluide hydraulique dans la restriction induit une perte de débit, il n’est pas souhaitable qu’un réchauffage ait lieu lorsque les dispositifs de fonctionnement sont en utilisation. Le programme informatique est agencé pour que le réchauffage ne perturbe pas le fonctionnement des dispositifs de raccordement et l’unité électronique de commande 102 vérifie si l’un au moins des dispositifs de raccordement a, b, c est en cours d’utilisation avant d’activer une phase de réchauffage et pendant la phase de réchauffage.
Trois modes possibles de pilotage du réchauffage en fonction de l’utilisation des dispositifs d’actionnement vont maintenant être décrits.
Selon le premier mode de pilotage (illustré sur la ), chaque unité électronique de commande 114a, 114b, 114c des dispositifs d’actionnement a, b, c transmet à l’unité électronique de commande 102 un signal informant de l’état actif du dispositif d’actionnement a, b, c correspondant.
Dans le cas où au moins un des dispositifs d’actionnement a, b, c est actif alors l’électrovanne de réchauffage 110 est laissée ou amenée dans sa position de fermeture.
Toutefois, afin d’accélérer le réchauffement du fluide hydraulique lorsqu’au moins un des dispositifs d’actionnement a, b, c nécessite d’être commandé, le premier mode de pilotage autorise l’activation de l’électrovanne de réchauffage lorsqu’au moins un des dispositifs d’actionnement a, b, c est actif et lorsque la température du fluide hydraulique est comprise dans un intervalle de températures, par exemple T=[-30°C ; -20°C], car une température trop faible risque d’entrainer une dégradation des performances du dispositif d’actionnement activé. Dans la plage de températures [-30°C ; -20°C], l’effet de la température aura plus de conséquence sur les performances du dispositif d’actionnement a, b, c activé que la perte de débit au travers de la restriction de l’électrovanne de réchauffage 110.
A titre d’exemple, les températures d’activation et désactivation du réchauffage sont les suivantes :
  • température d’activation #1 = -20°C ;
  • température d’activation #2 = -30°C ;
  • température désactivation #1= -10°C ;
  • température désactivation #2= +30°C.
Le deuxième mode de pilotage (illustré sur la ) repose sur l’exploitation de la pression de refoulement de la pompe 103, mesurée par le capteur de pression amont 115. L’unité électronique de commande 102 stoppe la commande d’ouverture de l’électrovanne de réchauffage 110 lorsque la pression mesurée par le capteur de pression amont 115 est inférieure à un premier seuil de pression Pr prédéterminé. Les profils de pression en fonction du débit au port de refoulement de la pompe 103 suivent régulièrement un profil tel que celui donné en .
Le seuil de pression Pr de fermeture de l’électrovanne de réchauffage 110 est défini au voisinage du niveau de pression correspondant au débit maximal que délivre la pompe 103 dans les conditions les plus défavorables, par exemple 180 bar. L’ouverture de l’électrovanne de réchauffage 110 est commandée par l’unité électronique de commande 102 si la pression de refoulement mesurée est supérieure à un deuxième seuil de pression Ps, par exemple 200 bar.
Le troisième mode de pilotage (illustré sur la ) consiste à réaliser la commande de l’électrovanne de réchauffage 110 à partir de la mesure de la vitesse de rotation du moteur 101 actionnant la pompe 103 en complément de la mesure de la température du fluide hydraulique fournie par la sonde de température 108. Ce mode de pilotage est particulièrement adapté lorsque : au moins un des actionneurs 112 est asservi en déplacement/vitesse, la pompe 103 a une cylindrée constante et le moteur 101 est piloté en vitesse. La vitesse du moteur 101 est ajustée automatiquement selon une consigne de vitesse/déplacement au moyen d’un contrôleur de type PID (ou proportionnel intégral dérivé) intégré dans l’unité électronique de commande 102.
La vitesse de rotation du moteur 101, et par conséquent le débit de refoulement de la pompe 103, est limitée par la tension d’alimentation disponible. L’ouverture de l’électrovanne de réchauffage 110 entraine une perte de débit vers les actionneurs mais cette perte de débit peut être compensée grâce au contrôleur PID (cette compensation est cependant limitée par la vitesse de rotation maximale du moteur 101, de sorte qu’au-delà de cette vitesse de rotation maximale apparait une dégradation des performances des dispositifs d’actionnement a, b, c). Afin de préserver les performances des dispositifs d’actionnement a, b, c, l’unité électronique de commande 102 ferme l’électrovanne de réchauffage 110 lorsque la vitesse de rotation du moteur 101 s’approche de la vitesse maximale.
La commande d’ouverture de l’électrovanne de réchauffage 110 est donc appliquée lorsque la température du fluide est inférieure à un certain seuil T=-30°C et si la vitesse de rotation du moteur est inférieure à un premier seuil de vitesse Ws. La fermeture de l’électrovanne de réchauffage 110 est conditionnée à une température de fluide supérieure au seuil de désactivation du réchauffage ou à une vitesse de rotation du moteur 101 supérieure à un deuxième seuil de vitesse Wr.
Les seuils de vitesse sont ici les suivants :
  • Ws= 1400 tr/min ;
  • Wr= 1500 tr/min.
Le seuil Wr est déterminé selon une vitesse critique proche de la vitesse maximale à laquelle est capable de tourner le moteur, par exemple 90% de la vitesse théorique maximale. Si la vitesse du moteur excède ce seuil alors la valve de réchauffage se ferme, permettant alors d’avoir plus de débit vers les servitudes. Ceci peut alors entrainer une réduction de la vitesse de rotation du moteur conséquence de l’asservissement. Afin de ne pas avoir d’effet « bang-bang » sur l’ouverture/fermeture de la valve de réchauffage, la réouverture de la valve n’est permise que si la vitesse de rotation est inférieure au seuil Ws qui est défini à une valeur inférieure à Wr.
On notera qu’il est possible de combiner tout ou partie des trois modes de pilotage ci-dessus.
La structure du système d’actionnement hydraulique selon l’invention permet en outre de surveiller l’état de fonctionnement de la pompe 103, lorsque celle-ci est de cylindrée constante, et plus particulièrement son débit de refoulement.
Il est connu que le rendement en débit d’une pompe hydraulique se dégrade au cours du temps notamment par l’usure des pièces mobiles telles que les ensembles piston/chemise. Le rendement volumétrique de la pompe 103 à l’état neuf est généralement de l’ordre de 90% à 95% (si la pompe 103 est une pompe à pistons) : en effet une certaine quantité de fluide retourne au réservoir 104, notamment par le drain 109, conséquence des fuites internes de la pompe 103 résultant des jeux nécessaires à son fonctionnement.
La dégradation du rendement volumétrique avec l’usure occasionne une perte d’énergie disponible pour les dispositifs d’actionnement a, b, c, entrainant une dégradation de leurs performances. De plus, l’énergie « perdue » se dissipe en chaleur qui se répand dans le réservoir 104 pouvant entraîner une élévation excessive de la température du fluide hydraulique et conduire à une atteinte irréversible de ses propriétés.
Surveiller le rendement volumétrique de la pompe 103 permet donc de prévenir une dégradation excessive conduisant à une perte de puissance qui impacterait les performances du système d’actionnement hydraulique dans son ensemble.
Pour évaluer le rendement volumétrique, on calcule le quotient du débit de refoulement Qrpar le débit théorique Qth. Le débit théorique Qthest obtenu par le produit de la vitesse de rotation du moteur Wm, grandeur mesurée pour les besoins de la commande du moteur 101, et la cylindrée Cpde la pompe 103, connue par construction. On a donc :
Qth= Wmx Cp
Pour connaître le débit de refoulement Qron aurait pu installer un capteur de débit au port de refoulement de la pompe 103. Cependant, ce type de capteur est encombrant, de masse non négligeable, et sa mesure peut être biaisée par l’effet de la température du fluide hydraulique et de l’environnement.
Selon l’invention, on se propose d’exploiter la présence de la restriction et des capteurs de pression 115 et 116 en amont et en aval de ladite restriction pour déterminer le débit réel du fluide hydraulique à partir de la mesure de la pression différentielle entre les deux ports de l’électrovanne de réchauffage 110.
Comme indiqué précédemment, la restriction est constituée d’un orifice calibré au travers duquel s’écoule le fluide hydraulique. L’actionnement de la pompe 103 pendant la phase de réchauffage force le passage du fluide hydraulique dans la restriction. Le fluide va s’échauffer en passant dans la restriction et cet échauffement est proportionnel au débit de fluide et à la perte de charge occasionnée par la restriction. La perte de charge réelle au travers de la restriction est comprise dans une plage de valeurs résultant des dispersions de fabrication. Ainsi, pour une pression différentielle mesurée, il est possible de déterminer la plage de débit correspondante dans laquelle se situe le débit réel. La mémoire de l’unité électronique de commande 102 contient une table mettant en relation des valeurs de pression différentielle mesurée et des plages de valeurs de débit.
Dès lors, pour un différentiel de pression estimé, il est possible de déterminer une plage de débits dans laquelle le débit réel est compris. L’évaluation de la pression différentielle en amont et en aval de la restriction est réalisée au sein de l’unité électronique de commande 102 à partir des mesures de pression fournies par les capteurs de pression 115, 116 et le débit correspondant au différentiel de pression est déterminé à partir de la table mémorisée. Pour chaque pression différentielle mesurée, on retiendra la valeur inférieure de la plage de valeurs de débit car la finalité du procédé est d’estimer le rendement volumétrique de la pompe à partir duquel une opération de maintenance est requise ; considérer la limite supérieure résulterait à une surestimation du débit réel, et donc du rendement volumétrique.
Le calcul du rendement volumétrique est réalisé uniquement lorsqu’aucun dispositif d’actionnement n’est actif, afin que l’intégralité du débit à la sortie de la pompe 103 traverse la restriction de l’électrovanne de réchauffage 110. Ce calcul interviendra de préférence en phase de vol, phase pendant laquelle les actionneurs d’atterrisseur ne sont pas utilisés. Dans le cas où le rendement volumétrique est inférieur à un certain seuil, par exemple 60%, l’unité électronique de commande 102 avertit le système de maintenance de l’aéronef de la dégradation excessive de la pompe 103. Le diagramme ci-dessous décrit le procédé d’évaluation du rendement volumétrique de la pompe.
De préférence, la géométrie interne de la restriction par laquelle s’écoule le fluide hydraulique est telle que l’écoulement est turbulent afin de s’affranchir de l’effet de la viscosité du fluide hydraulique sur la perte de charge et qui est fortement dépendante de la température. Ainsi, pour une température de fluide supérieure à T=0°C la perte de charge au travers de la restriction est identique quelle que soit la température sous un débit donné.
Le procédé de surveillance du rendement de la pompe 103 est donc réalisé en même temps qu’une phase de réchauffage lorsqu’aucun dispositif d’actionnement n’est actif.
Après l’actionnement du moteur 101 et l’ouverture de l’électrovanne de réchauffage 110 (étape 45 sur la ), le procédé de surveillance mis en œuvre par l’unité électronique de commande 102 comprend les étapes de :
  • vérifier que la température mesurée par la sonde de température 108 est supérieure à 0°C (étape 46) ;
  • dans l’affirmative, extraire des valeurs de pressions amont et aval des capteurs de pression amont et aval 115 et 116 et acquérir la valeur de la vitesse de rotation du moteur 101 (étape 47) ;
  • estimer le débit réel (étape 48) ;
  • calculer le rendement volumétrique (étape 49) et le comparer à un seuil de rendement par exemple égal à 60% (étape 50) ;
  • si le rendement volumétrique est inférieur au seuil de rendement, émettre une alerte (étape 51).
On notera que des cas de défaillance de la vanne de réchauffage sont envisageables.
Si la vanne de réchauffage restait bloquée fermée (c’est-à-dire rendant impossible de réchauffer le fluide), la conséquence serait une dégradation des performances des systèmes commandés du fait de la viscosité importante du fluide si la température du réservoir atteignait un seuil critique (T<-30°C). Cette défaillance de la vanne de réchauffage n’entraine toutefois pas de conséquence catastrophique si l’équipage de l’aéronef est informé que la température du fluide est inférieure à un certain seuil (T<-30°C), sur la base de cette information, l’équipage agira alors de manière appropriée pour manœuvrer l’aéronef.
Cette défaillance peut être détectée par deux méthodes au moyen des composants mis en œuvre dans le système :
  • en observant le différentiel de pression aux bornes de la vanne de réchauffage (au moyen des capteurs de pression 115 et 116). Si le différentiel est supérieur à un certain seuil (par exemple 200 bar pour une génération hydraulique à pression nominale de 206 bar), alors la vanne n’est pas ouverte ;
  • en observant la température du fluide du réservoir. Si l’élévation de la température est inférieure à un certain seuil (par exemple 5°C) après un certain temps d’activation de la vanne de réchauffage (par exemple 1 minute), et si la pression au port d’alimentation de la vanne de réchauffage (capteur de pression 115) est supérieure à un certain seuil (par exemple 150 bar) alors cela signifie que la vanne de réchauffage ne s’est pas ouverte.
Si la vanne de réchauffage restait bloquée ouverte, les conséquences seraient les suivantes :
  • perte de puissance hydraulique à la sortie de la génération hydraulique entrainant une dégradation des performances des systèmes alimentés. Cependant cette dégradation peut être faible dans la mesure où le débit au travers de la vanne de réchauffage est faible. Pour cela, la caractéristique en débit de la vanne de réchauffage sous un delta P correspondant à la pression nominale de la pompe (par exemple 206 bar) sera telle qu’elle n’excédera pas 10% du débit nominal de la pompe ;
  • élévation de la température du fluide du réservoir lorsque la génération hydraulique est actionnée. Une température excessive au-dessus d’un certain seuil (par exemple 130°C selon le type de fluide utilisé) impliquera l’arrêt de la pompe, privant la capacité à opérer les systèmes.
La détection de cette panne de vanne bloquée ouverte peut être réalisée :
  • en observant la pression en amont du capteur de pression 115 pour un régime moteur donné correspondant à un débit légèrement supérieur à la caractéristique de la vanne de réchauffage. Si la pression est inférieure à un certain seuil lorsque la vanne n’est pas commandée (par exemple 180 bar), et si aucune variation de pression du capteur 115 supérieure à un certain niveau (par exemple 5 bar) sur des cycles de commande d’ouverture puis fermeture de la vanne de réchauffage n’est observée, alors la vanne est supposée bloquée ouverte.
  • en observant la température du fluide du réservoir. Si l’élévation de la température est supérieure à un certain gradient (par exemple 1°C/s) lorsque la pompe est commandée mais que la vanne de réchauffage n’est pas commandée, alors la vanne est supposée bloquée ouverte.
La connaissance de l’état dégradé de la vanne (bloquée ouverte) permettra de désactiver la génération hydraulique principale et d’activer le système de génération hydraulique secondaire si l’architecture hydraulique de l’aéronef en est composée. Dans le cas de l’absence de redondance complète de la génération hydraulique, l’unité électronique de contrôle informera l’équipage de cette défaillance afin de limiter les manœuvres dans le but de réduire l’élévation de la température du fluide.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
En particulier, le système d’actionnement peut avoir une structure différente de celle décrite et par exemple :
  • comprendre une pompe autorégulatrice à cylindrée variable au lieu d’une pompe à cylindrée constante ;
  • comprendre un nombre différent de dispositifs d’actionnement ;
  • ne pas comprendre de capteurs de pression 115, 116 ou comprendre uniquement un capteur de pression 115 ou comprendre un capteur de pression dédié à la mesure de la pression de refoulement et positionné en sortie de la pompe 103 ;
  • les actionneurs peuvent être à simple ou double effet ;
  • les vannes peuvent être monostables ou bistables ;
  • comprendre un nombre différent d’unités de commande…
Le système d’actionnement hydraulique peut être redondé en tout ou partie.
La restriction pourrait être réalisée via un restricteur de débit monté en aval de l’électrovanne de réchauffage 110.
La vanne de réchauffage est facultative. La restriction peut être formée par le drain 109 à partir du moment où la pompe 103 a une fuite interne suffisante par rapport à la quantité de fluide hydraulique à réchauffer. L’intérêt du drain est de permettre l’évacuation des calories dans le corps de la pompe améliorant ainsi son refroidissement, de permettre une lubrification appropriée, ainsi que d’évacuer les particules de pollution générées par les organes vers un dispositif de filtration. Il est généralement installé en parallèle du filtre monté sur la ligne de drainage, un clapet taré qui joue le rôle de protection contre les surpressions pour le cas où le drain serait bouché.
Combiner les modes de pilotage peut être envisagé afin d’assurer une meilleure robustesse pour ne pas impacter les performances des dispositifs d’actionnement alimentés par la pompe.

Claims (12)

  1. Système d’actionnement hydraulique (100) comprenant au moins un réservoir (104) contenant un fluide hydraulique, une pompe (103) pour pomper le fluide hydraulique du réservoir (104) , un moteur (101) d’entraînement de la pompe (103), un actionneur hydraulique (112), une vanne de commande (113) de l’actionneur (112) qui est montée entre la pompe (103) et l’actionneur hydraulique (112) et qui a un état d’alimentation de l’actionneur (112) par la pompe (103) et un état de non alimentation de l’actionneur (112), un capteur de température (108) du fluide hydraulique dans le réservoir (104), et une unité électronique de commande (114, 112, 102) reliée au moteur (101), à la vanne de commande (113) et au capteur de température (108), caractérisé en ce que le système d’actionnement comprend au moins une restriction de passage entre la pompe (103) et le réservoir (104) et en ce que l’unité électronique de commande (102) est agencée pour effectuer une phase de réchauffage, lorsque la température du fluide hydraulique dans le réservoir (104) atteint un premier seuil de température minimale prédéterminé, en commandant une activation du moteur (101) d’entraînement de la pompe (103) alors que la vanne de commande (113) est dans son état de non-alimentation pour faire circuler le fluide hydraulique dans la restriction.
  2. Système selon la revendication 1, comprenant une vanne de réchauffage (110) ayant un état d’ouverture pour un passage du fluide hydraulique dans la restriction et un état de fermeture du passage du fluide, la vanne de réchauffage (110) étant commandée par l’unité électronique de commande (102) dans son état d’ouverture pour effectuer la phase de réchauffage.
  3. Système selon la revendication 2, dans lequel la restriction est intégrée à la vanne de réchauffage (110).
  4. Système selon la revendication 2 ou 3, comprenant plusieurs actionneurs (112) et plusieurs vannes de commande (113) associées chacune à l’un des actionneurs (112).
  5. Système selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel l’unité électronique de commande (102) est agencée pour commander la phase de réchauffage lorsque l’un des actionneurs (112) est alimenté et que la température du fluide hydraulique est comprise entre le premier seuil de température minimale prédéterminé et un deuxième seuil de température prédéterminé supérieur au premier seuil de température minimale prédéterminé.
  6. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant un capteur de pression (115) monté en aval de la pompe (103) pour mesurer une pression de refoulement et dans lequel l’unité électronique de commande (102) est reliée au capteur de pression (115) et est agencée pour commander la phase de réchauffage lorsque la pression de refoulement mesurée par le capteur de pression (115) atteint une valeur de pression correspondant à un débit de refoulement théorique maximal de la pompe (103).
  7. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’actionneur (112) est asservi en déplacement, la pompe (103) a une cylindrée constante, et l’unité électronique de commande (102) est agencée pour piloter le moteur (101) en vitesse et pour commander la vanne de réchauffage (110) dans son état de fermeture lorsque le moteur (101) atteint une vitesse maximale théorique.
  8. Système selon la revendication 1, dans lequel la restriction est intégrée à un drain (109) de fuite reliant la pompe (103) au réservoir (104).
  9. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des capteurs de pression (115, 116) respectivement en amont et en aval de la restriction de passage et l’unité électronique de commande (102) est agencée pour estimer un débit de refoulement de la pompe (103) en fonction d’une différence de pression entre l’amont et l’aval de la restriction de passage lorsque la vanne de commande (113) est dans son état de non-alimentation, la différence de pression étant déterminée en fonction de signaux des capteurs de pression.
  10. Système selon la revendication 9, dans lequel l’unité électronique de commande (102) comprend une mémoire contenant une table mettant en relation des valeurs de différence de pression et des valeurs de débit.
  11. Système selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’unité électronique de commande (102) est agencée pour déterminer un débit théorique en fonction d’une vitesse du moteur d’entrainement (101), pour comparer le débit de refoulement estimé au débit de refoulement théorique et pour émettre une alerte en cas de dépassement d’un seuil prédéterminé correspondant à une insuffisance du débit de refoulement estimé par rapport au débit de refoulement théorique.
  12. Aéronef (A) équipé d’au moins un atterrisseur (LGf) et d’un système (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes pour actionner ledit atterrisseur, et l’unité électronique de commande (102) est agencée pour vérifier que l’aéronef (A) est en vol avant d’effectuer la phase de réchauffage.
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