TITRE : Dispositif d’application d’effort de manche de pilotage, manche, procédé, programme et aéronef

L'invention concerne un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, un manche actif de pilotage d’aéronef muni de ce dispositif, un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef et un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle.

Le domaine de l’invention concerne les manches de pilotage à bord d’un aéronef, tel que par exemple un avion ou un hélicoptère ou autres.

Un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef est connu par le document WO 2020/053534.

Un objectif de l’invention est de pouvoir détecter l’intention du pilote à partir du manche de pilotage.

Les dispositifs habituellement mis en oeuvre pour détecter l’intention d’un opérateur / pilote sont des capteurs d’effort ou de couple qui fournissent des informations d'effort.

Une information d'effort peut être nécessaire pour des asservissements de systèmes mécatroniques/électromécaniques. Elle permet de mettre au point des asservissements nécessitant des données permettant de minimiser les déphasages dans les boucles de régulation. Une telle information est généralement exploitée en automatique pour réduire les déphasages observés habituellement avec des capteurs de position ayant subi un traitement numérique et par conséquent déphasés. Des informations d’effort peuvent aussi être utilisées pour affiner le réglage de boucles d’asservissement.

Les mini-manches actifs d’aéronef étant des organes réalisant des fonctions critiques dont les évènements redoutés sont catastrophiques (d’un point de vue sûreté de fonctionnement), toute son architecture et les composants les constituant doivent répondre à des règles extrêmement sévères en termes d’architecture (redondance, dissimilarité, etc.), de processus de développement, de robustesse, etc.

La nécessité d’une information d’intention du pilote et l’utilisation d’un capteur d’effort dédié pour réaliser cette fonction requièrent la conception d’un système complexe, redondant, volumineux et difficilement intégrable. Un tel dispositif est donc par nature très complexe et onéreux. L’ajout d’un tel organe impacte également nécessairement la fiabilité générale de l’équipement, augmentant le nombre de composants constitutifs du système.

Pour toutes ces raisons, on cherche à éviter d’avoir recours à un tel type de capteur d’effort, tout en visant la simplification du système de mini-manche.

L’invention vise à obtenir un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, un manche actif de pilotage d’aéronef muni de ce dispositif, un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef et un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle, qui remplissent les objectifs mentionnés ci-dessus.

À cet effet, un premier objet de l’invention est un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le dispositif comprenant :

- un joint mécanique configuré pour recevoir un levier de manche de pilotage d’aéronef, le joint mécanique étant mobile en rotation autour d’au moins un axe pris parmi un axe de roulis et un axe de tangage,

- au moins un moteur d’effort comprenant au moins un arbre moteur s’étendant selon au moins une direction d’actionnement, la rotation de l’arbre moteur autour de la direction d’actionnement du troisième axe étant liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe, le moteur d’effort étant configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur,

- au moins un frein rhéologique, apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur,

- au moins un capteur de mesure d’au moins une position angulaire et d’au moins un signe de la vitesse sur l’axe et/ou sur l’arbre moteur,

- un calculateur de pilotage du frein rhéologique et du moteur d’effort, caractérisé en ce que le calculateur est configuré pour piloter le frein rhéologique et le moteur d’effort en fonction de la position angulaire et du signe de la vitesse, ayant été mesurés par le capteur, pour : a) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à une position neutre prescrite, inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un premier effort résistif en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein, le premier effort résistif ayant une première valeur déterminée, non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle, b) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un deuxième effort résistif supérieur à la première valeur, c) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un troisième effort de rappel en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein.

L'invention permet ainsi de réaliser une butée virtuelle sur le manche de pilotage d’aéronef, dans le sens des angles croissants du levier de ce manche.

Ainsi, dans le cas où le pilote fait augmenter l’angle du levier au-dessus du seuil de butée virtuelle, le frein est activé afin de produire un effort résistif supplémentaire sur le manche, qui sera ressenti par le pilote (cas b mentionné ci-dessus). Ainsi, tant que le manche se trouvera avec un angle supérieur au seuil et que le pilote voudra pousser sur le manche dans le but d’accroître cet angle, le frein sera activé pour s’opposer au déplacement. Le capteur de mesure de position angulaire et de signe de la vitesse permet de détecter l’intention du pilote voulant accroître l’angle du levier dans ce cas b).

Le cas c) correspond à la détection du fait que le pilote souhaite voir le manche revenir à la position neutre. Dans ce cas, le frein est désactivé pour permettre soit au moteur, soit à la main de l’utilisateur, de déplacer le levier jusqu’à la position neutre. Le capteur de mesure de position angulaire et de signe de la vitesse permet de détecter l’intention du pilote voulant faire diminuer l’angle du levier dans ce cas c).

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier effort résistif est croissant en fonction de l’angle du levier.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième effort résistif est égal à un plateau d’effort résistif, qui est constant en fonction de l'angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui croît au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le troisième effort de rappel est croissant en fonction de l’angle du levier.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième effort résistif est supérieur ou égal à 1 .5 fois la première valeur.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième effort résistif est supérieur ou égal à 50 N et inférieur ou égal à 200 N.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le seuil prescrit de butée virtuelle est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 45° . Suivant un mode de réalisation de l’invention, le troisième effort résistif est égal à la première valeur déterminée, non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le frein rhéologique comprend une première pièce, une deuxième pièce située en regard de la première pièce et un volume délimité par la première pièce et par la deuxième pièce, le volume étant adapté pour contenir un matériau rhéologique, la première pièce étant agencée sur l’arbre moteur et étant mobile en rotation autour de la direction d’actionnement par rapport à la deuxième pièce, le dispositif comporte un générateur, qui est configuré pour appliquer un champ magnétique variable au sein du volume pour faire varier une résistance du matériau rhéologique au cisaillement et qui est commandé par le calculateur.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est configuré pour calculer l’angle du levier par rapport à la position neutre prescrite en fonction de la position angulaire ayant été mesurée par le capteur.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est configuré pour calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle du levier en fonction du signe de la vitesse, ayant été mesuré par le capteur.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, il est prévu comme axe l’axe de roulis et l’axe de tangage, il est prévu comme moteur d’effort (un premier moteur d’effort comprenant un premier arbre moteur s’étendant selon au moins une première direction d’actionnement et un deuxième moteur d’effort comprenant un deuxième arbre moteur s’étendant selon au moins une deuxième direction d’actionnement, la rotation du premier arbre moteur autour de la première direction d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de roulis, la rotation du deuxième arbre moteur autour de la deuxième direction d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de tangage, le premier moteur d’effort étant configuré pour exercer un couple résistif sur le premier arbre moteur, le deuxième moteur d’effort étant configuré pour exercer un couple résistif sur le deuxième arbre moteur, il est prévu comme frein rhéologique, un premier frein rhéologique, apte à appliquer un effort résistif sur le premier arbre moteur et un deuxième frein rhéologique, apte à appliquer un autre effort résistif sur le deuxième arbre moteur, il est prévu comme capteur de mesure un premier capteur de mesure d’une première position angulaire et d’un signe de la vitesse sur l’axe de roulis et/ou sur le premier arbre moteur, et un deuxième capteur de mesure d’une deuxième position angulaire et d’un signe de la vitesse sur l’axe de tangage et/ou sur le deuxième arbre moteur.

Un deuxième objet de l’invention est un manche actif de pilotage d’aéronef, comprenant :

- un dispositif d’application d’effort tel que décrit ci-dessus,

- un levier apte à tourner autour du au moins un axe, le levier étant agencé sur le joint mécanique.

Un troisième objet de l’invention est un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif d’application d’effort tel que décrit ci- dessus, procédé dans lequel un utilisateur exerce une force d’inclinaison sur le manche, caractérisé en ce qu’en réponse à la force d’inclinaison exercée par l’utilisateur sur le manche, le capteur mesure la au moins une position angulaire et au moins un signe de la vitesse sur le au moins un axe (X, Y) et/ou sur le au moins un arbre moteur et le calculateur pilote le frein rhéologique et le moteur d’effort en fonction de la position angulaire et du signe de la vitesse, ayant été mesurés par le capteur, pour : a) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à une position neutre prescrite, inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un premier effort résistif en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein, le premier effort résistif ayant une première valeur déterminée non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle, b) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un deuxième effort résistif supérieur à la première valeur, c) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un troisième effort de rappelen fonction de l’angle du levier et désactiver le frein.

Un quatrième objet de l’invention est un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef tel que décrit ci-dessus, comportant des instructions de code, qui, lorsqu’elles sont exécutées sur le calculateur de pilotage, mettent en oeuvre les étapes suivantes : calculer l’angle du levier par rapport à la position neutre prescrite en fonction de la position angulaire ayant été mesurée par le capteur, calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle du levier en fonction du signe de la vitesse, ayant été mesuré par le capteur, a) lorsque l’angle du levier par rapport à sa position neutre prescrite est inférieur ou égal en valeur absolue au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un premier effort résistif en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein, le premier effort résistif ayant une première valeur déterminée non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle, b) lorsque l’angle du levier par rapport à sa position neutre prescrite croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un deuxième effort résistif supérieur àla première valeur, c) lorsque l’angle du levier par rapport à sa position neutre prescrite décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un troisième effort de rappelen fonction de l’angle du levier et désactiver le frein.

Un cinquième objet de l’invention est un aéronef comportant le manche actif de pilotage tel que décrit ci-dessus.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés.

[Fig. 1] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 2] représente une vue schématique en perspective du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 3] représente une vue schématique en coupe axiale du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 4] représente une vue schématique en coupe axiale du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 5] représente un diagramme de loi d’effort en fonction d’un angle de levier du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 6] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention. [Fig. 7] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 8] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 9] représente une vue schématique en coupe d’un frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 10a] représente un schéma de principe du fonctionnement d’un frein magnétorhéologique du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 10b] représente un schéma de principe du fonctionnement d’un frein magnétorhéologique du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 10c] représente un schéma de principe du fonctionnement d’un frein magnétorhéologique du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 11 ] représente une courbe représentative d’un couple résistif exercé par le frein magnétorhéologique du frein magnétorhéologique en fonction du courant, dans le dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 12] représente une vue schématique en coupe d’une variante du frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 13] représente une vue schématique en coupe d’une variante du frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 14a] représente une vue schématique en coupe d’une variante du frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.

[Fig. 14b] est un schéma de principe du fonctionnement d’une poudre magnétique dans le frein de la figure 14a. [Fig. 14c] est un schéma de principe du fonctionnement d’une poudre magnétique dans le frein de la figure 1 a.

[Fig. 15] est un organigramme d’un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif d’application d’effort suivant un mode de réalisation de l’invention.

Dans toute la suite, on décrit des exemples de dispositifs 100 d’application d’effort sur un levier 1 d’un mini-manche de pilotage d’aéronef comprenant au moins un frein rhéologique, c’est-à-dire un frein comportant un volume configuré pour être rempli d’un matériau rhéologique. Le matériau rhéologique peut être un magnéto- rhéologique dans le cas d’un frein magnéto-rhéologique ou un matériau électro- rhéologique dans le cas d’un frein électro-rhéologique par exemple. On entend par « matériau rhéologique » un matériau solide ou liquide dont la résistance au cisaillement est variable en fonction d’un champ électromagnétique qui lui est appliqué, selon une caractéristique (ou rhéogramme) prédéterminée. Par exemple, la viscosité du matériau rhéologique est variable en fonction du champ électromagnétique. Par « champ électromagnétique » on entend un champ qui peut être uniquement électrique, ou bien uniquement magnétique, ou bien comprendre une composante magnétique et une composante électrique.

Le dispositif 100 peut être prévu sur un manche de pilotage d’un aéronef, tel que par exemple un avion ou autres, et peut permettre d’actionner toute partie de l’aéronef, telle que par exemple un actionneur, un actionneur de cockpit, des commandes de vol, ou autres. Le dispositif 100 peut être prévu sur une interface homme - machine.

Par ailleurs, on entend par « loi d’effort » du dispositif 100 d’application d’effort pris dans son ensemble (frein(s) rhéologique(s) et moteur(s)) l’effort, qui peut être résistif ou moteur, restitué en fonction de la position du levier selon l’axe.

Des éléments similaires sur les figures annexées seront désignés par les mêmes références alphanumériques tout au long de la description ci-après.

On a représenté en Figure 1 une architecture fonctionnelle d’un dispositif 100 de pilotage d’un aéronef selon ses axes de roulis et de tangage comprenant notamment un minimanche de pilotage. Le mini-manche se trouve typiquement dans le cockpit de l’aéronef.

Le système comprend un levier 1 de commande, qui est fixé au manche et qui est monté rotatif sur un joint mécanique 2 selon un axe X de roulis et un axe Y de tangage du levier, les deux axes étant orthogonaux. De préférence, le levier 1 est monté sur une platine 11 du joint mécanique 2. Le joint 2 est fixé à un bâti 9 solidaire du plancher du cockpit de l’aéronef. Bien entendu, le levier 1 de commande pourrait également être monté rotatif sur le joint mécanique 2 selon l’axe X de roulis seulement ou selon l’axe Y de tangage seulement.

On décrit d’abord ci-dessous les éléments associés à l'axe X de roulis, dans le cas où le levier 1 de commande est monté rotatif sur le joint mécanique 2 selon l’axe X de roulis, ces éléments ayant des signes de référence se terminant par la lettre « a » et étant qualifiés de « premier ».

Le dispositif 100 comporte un premier moteur 3a d’effort pour l'axe X de roulis. Le premier moteur 3a d’effort a un premier arbre moteur 31 a s’étendant selon une première direction À d’actionnement. L’arbre moteur 31a est lié à l’axe X de roulis du levier 1. La rotation de l’arbre moteur 31 a autour de la première direction À d’actionnement est liée à la rotation du joint mécanique 2 autour de l’axe de roulis X. Un mécanisme de liaison existe entre l’arbre moteur 31 a et le joint 2 et est mis en mouvement lorsque le levier 1 pivote autour de l’axe X de roulis. Le moteur d’effort 3a est configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur 31 a. L’arbre moteur 31 a peut être fixé à un premier rotor 33a entouré par un premier stator 32a fixe du moteur 3a et est mis en rotation par rapport au stator 32a. Le dispositif 100 comporte un premier frein rhéologique (ou magnéto- rhéologique) 5a apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur 31 a. Le frein rhéologique 5a peut être positionné directement sur le premier arbre moteur 31 a et/ou sur l’axe de roulis X. Le dispositif 100 comporte un premier capteur 4a de mesure pour mesurer au moins une position angulaire et au moins un signe de la vitesse sur le premier arbre moteur 31 a et/ou sur l’axe de roulis X.

On décrit ci-dessous les éléments associés à l’axe Y de tangage, dans le cas où le levier 1 de commande est monté rotatif sur le joint mécanique 2 selon l’axe Y de tangage, ces éléments ayant des signes de référence se terminant par la lettre « b » et étant qualifiés de « deuxième ».

Le dispositif 100 comporte un deuxième moteur 3b d’effort pour l'axe Y de tangage. Le deuxième moteur 3b d’effort a un deuxième arbre moteur 31 b s’étendant selon une deuxième direction B d’actionnement. L’arbre moteur 31 b est lié à l’axe Y de tangage du levier 1. La rotation de l’arbre moteur 31 b autour de deuxième direction B d’actionnement est liée à la rotation du joint mécanique 2 autour de l’axe Y de tangage. Un mécanisme de liaison existe entre l’arbre moteur 31 b et le joint 2 et est mis en mouvement lorsque le levier 1 pivote autour de l’axe Y de tangage. Le moteur d’effort 3b est configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur 31 b. L’arbre moteur 31 b peut être fixé à un deuxième rotor 33b entouré par un deuxième stator 32b fixe du moteur 3b et est mis en rotation par rapport au stator 32b. Le dispositif 100 comporte un deuxième frein rhéologique (ou magnéto-rhéologique) 5b apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur 31 b. Le frein rhéologique 5b peut être positionné directement sur l’arbre moteur 31b du moteur 3b et/ou sur l’axe Y de tangage. Le dispositif 100 comporte un deuxième capteur 4b de mesure pour mesurer au moins une position angulaire et au moins un signe de la vitesse sur le deuxième arbre moteur 31 b et/ou sur l’axe Y de tangage.

On a représenté aux figures 1 , 2, 3, 4 et 6 à 8 des modes de réalisation où à la fois l’axe X de roulis et l’axe Y de tangage, avec les moteurs 3a et 3b, les capteurs 4a et 4b et les freins 5a et 5b associés respectivement à ceux-ci, sont prévus.

Bien entendu, dans un autre mode de réalisation, non représenté, l’axe X de roulis associé au premier moteur 3a, au premier capteur 4a et au premier frein 4a peut être prévu sans l’axe Y de tangage, sans le deuxième moteur 3b, sans le deuxième capteur 4b et sans le deuxième frein 4b.

Bien entendu, dans un autre mode de réalisation, non représenté, l’axe Y de tangage, associé au deuxième moteur 3b, au deuxième capteur 4b et au deuxième frein 4b peut être prévu sans l’axe X de roulis, sans le premier moteur 3a, sans le premier capteur 4a et sans le premier frein 4a.

La Figure 2 représente un exemple de réalisation. Le levier 1 est agencé sur le joint mécanique 2 fixé à un bâti 9 solidarisé à un châssis de l’aéronef. Les moteurs 3a et/ou 3b (non visibles) sont déportés du levier 1. Le frein 5a et/ou 5b est lui aussi déporté du levier 1. Comme indiqué précédemment, le moteur 3a et/ou 3b et le freins 5a et/ou 5b sont de préférence intégrés verticalement sous le joint mécanique 2.

Le levier 1 est libre à une extrémité et est fixé à une première platine 11 à l’autre extrémité. La première platine 11 est mobile en rotation selon l’axe X et selon l’axe Y et est liée à une deuxième platine 10 du joint 2. L’axe X est lié à la première platine 11 de sorte qu’un pivotement de la première platine 11 autour de l’axe Y fait pivoter l’axe X autour de l’axe Y. Deux transmissions, comprenant chacune un joint de Cardan, transforment un mouvement de rotation du levier 1 selon l’axe X, respectivement selon l’axe Y, en un mouvement de rotation de l’arbre moteur 31a (non représenté) s’étendant selon la direction À, respectivement de l’arbre moteur 31 b (non représenté) s’étendant selon la direction B. Le moteur 3a et/ou 3b est ainsi en prise directe sur le joint mécanique 2 et peut transmettre un effort résistif ou moteur en réponse aux mouvements de pivotement du levier 1 par le pilote. Pour plus de détails sur la structure du joint 2 et sur la liaison mécanique avec les moteurs 3a et/ou 3b, on pourra se référer à la Figure 1 du document FR-À-3 011 815 et à la description y afférente. Cette liaison mécanique peut comporter un arbre coudé 34a situé entre le joint 2 mécanique et l’arbre 31a et/ou un arbre coudé 34b situé entre le joint 2 mécanique et l’arbre 31 b, ainsi qu’illustré par exemple aux figures 3 et 4.

Par « positionné directement », on entend que les pièces réalisant le freinage (par exemple des disques de frein, comme il sera vu ci-après) sont agencées directement sur l’arbre moteur. Il n’y a préférentiellement pas d’organes mécaniques intermédiaires entre les pièces réalisant le freinage et l’arbre moteur. Notamment, le frein 5a est aligné directement sur la direction À de l’arbre moteur 31a. Si le moteur 3a est situé verticalement sous le levier 1 , le frein 5a est préférentiellement intégré verticalement sur l’arbre moteur 31a. Il n’y a pas de renvoi d’angle entre le frein 5a et l’arbre moteur 31a. Ces considérations d'alignement et d'intégration s'appliquent de manière similaire aux éléments moteurs 3b et frein 5b relativement à l'arbre B et l'arbre moteur 31 b.

Le frein magnéto-rhéologique 5a et/ou 5b comprend un dispositif de commande configuré pour faire varier un champ magnétique, ledit dispositif de commande étant commandé électroniquement par l’unité de commande 8 via le calculateur 7.

On a représenté aux Figures 3, 4 et 7 une architecture du dispositif 100 d’application d’effort intégré au mini-manche selon un premier mode de réalisation. Dans ce premier mode de réalisation, le moteur 3a est situé entre le joint mécanique 2 et le frein 5a et/ou le moteur 3b est situé entre le joint mécanique 2 et le frein 5b.

Suivant le premier mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4 et en bas de la figure 1 , le capteur 4a mesure une position angulaire ÀNGÀ et un signe de la vitesse VÀ sur la direction À de l’arbre moteur 31a du moteur 3a (et éventuellement la vitesse VÀ). Le capteur 4a est situé entre le moteur 3a et le frein 5a, en laissant une longueur non nulle 310a d’arbre 31a entre le capteur 4a et le frein 5a. Le capteur 4a peut entourer l’arbre 31a et être situé dans une pièce 35a de fixation fixée entre la partie fixe du frein 4a et le stator 32a.

Suivant le premier mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4 et en bas de la figure 1 , le capteur 4b mesure une position angulaire ÀNGB et un signe de la vitesse VB sur la direction B de l’arbre moteur 31 b du moteur 3b (et éventuellement la vitesse VB). Le capteur 4b est situé entre le moteur 3b et le frein 5b, en laissant une longueur non nulle 310b d’arbre 31b entre le capteur 4b et le frein 5b. Le capteur 4b peut entourer l’arbre 31 b et être situé dans une pièce 35b de fixation fixée entre la partie fixe du frein 4b et le stator 32b.

Le capteur 4a et/ou 4b peut être de type inductif, comme par exemple suivant le mode de réalisation représenté à la figure 4, où le capteur 4a et/ou 4b est un résolveur. Dans un autre mode de réalisation, le capteur 4a et/ou 4b peut être de type résistif (par exemple un potentiomètre ou autres).

On a représenté aux figures 2 et 8 une architecture du dispositif 100 d’application d’effort intégré au mini-manche selon un deuxième mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, le frein 5a est situé entre le joint mécanique 2 et le moteur 3a et/ou le frein 5b est situé entre le joint mécanique 2 et le moteur 3b.

Suivant le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2 et en haut de la figure 1 , le capteur 4a mesure une position angulaire ÀNGX et un signe (ou sens) de la vitesse VX sur l’axe de roulis X (et éventuellement la vitesse VX) et est situé dans le joint mécanique 2.

Suivant le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2 et en haut de la figure 1 , le capteur 4b mesure une position angulaire ÀNGY et un signe (ou sens) de la vitesse VY sur l’axe de tangage Y (et éventuellement la vitesse VY) et est situé dans le joint mécanique 2.

Le dispositif 100 comporte un calculateur 7 de pilotage pour piloter le frein rhéologique 5a et/ou 5b et le moteur d’effort 3a et/ou 3b en fonction de la position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ANGA et/ou ANGB et du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesurés par le capteur 4a et/ou 4b et leur envoie des commandes COM d’application d’effort sur le levier 1. Le calculateur 7 réalise le pilotage du dispositif 100 d’application d’effort pour réaliser la loi L d’effort prédéterminée, décrite ci-dessous. Le calculateur 7 comprend une interface électronique pour recevoir les signaux de mesures du capteur 4a et/ou 4b. Il peut être prévu d’autres capteurs, non représentés, fournissant les mesures de vitesse mentionnées ci-dessus au calculateur 7. Les informations de position et/ou vitesse sont traduites en signaux S de commande de pilotage de parties mobiles ou d’actionneurs de l’aéronef par une unité 8 de commande de vol, ou FCS pour « Flight Control System », laquelle est reliée au calculateur 7.

La figure 5 illustre un exemple de réalisation de la loi L d’effort prédéterminée, réalisée par le calculateur 7, avec en abscisse l’angle ANG 1 du levier 1 et en ordonnées les efforts EFF appliqués par le moteur 3a et/ou 3b et le frein 5a et/ou 5b sur le levier 1 , le 0 indiquant un angle ANG1 nul (correspondant à la position neutre PO) et un effort EFF nul. Le levier 1 a une position neutre PO. Cette position neutre PO peut correspondre à une position autour de laquelle peut varier l’angle ANG1 du levier 1 en trois dimensions autour des axes X et Y, lorsque la main de l’utilisateur déplace le levier 1. Cette position neutre PO peut correspondre à un effort minimal ou nul exercé par le moteur 3a et/ou 3b et par le frein 5a et/ou 5b sur le levier 1 et peut être une position d’équilibre du levier 1. Le calculateur 7 peut être configuré pour calculer l’angle ÀNG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO en fonction de la position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ÀNGÀ et/ou ÀNGB mesurée par le capteur 4a et/ou 4b. Ainsi, à chaque position angulaire ANGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB correspond un angle ANG1 un angle ANG1 du levier 1 en trois dimensions autour des axes X et Y par rapport à la position neutre PO. Le calculateur 7 peut être configuré pour calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1 en fonction du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesurée par le capteur 4a et/ou 4b.

Selon un premier cas a) de cette loi L d’effort, lorsque l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO est inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle BV, non nul, le calculateur 7 envoie une commande COM d’effort au moteur 3a et/ou 3b, pour que le moteur 3a et/ou 3b applique sur le levier 1 un premier effort résistif EFF1 dépendant de l’angle ANG1 du levier 1 , et envoie une commande COM d’effort au frein 5a et/ou 5b pour désactiver le frein 5a et/ou 5b (qui applique alors un effort nul respectivement sur l’arbre 31a et/ou sur l’arbre 31b). Lorsque l’angle ANG1 croissant devient égal au seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle, le premier effort résistif EFF1 a une première valeur V1 d’effort déterminée non nulle. Le cas a) matérialise le déplacement normal du levier 1 par la main de l’utilisateur, pour faire varier de la manière souhaitée par l’utilisateur les signaux S de commande de pilotage de parties mobiles ou d’actionneurs de l’aéronef par l’intermédiaire de l’unité 8 de commande de vol selon un pilotage manuel. Le capteur 4a et/ou 4b de mesure de position angulaire ANGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB et de signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB permet de détecter l’intention de l’utilisateur maniant le levier 1 et voulant diminuer ou augmenter l’angle ANG1 du levier 1 entre 0 et le seuil S1 et/ou S2 dans ce cas a).

Selon un deuxième cas b) de cette loi L d’effort, lorsque l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO est croissant en valeur absolue et dépasse le seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle, le calculateur 7 envoie une commande COM d’effort au moteur 3a et/ou 3b et au frein 5a et/ou 5b, pour que le moteur 3a et/ou 3b et frein 5a et/ou 5b appliquent sur le levier 1 un deuxième effort résistif EFF2 supérieur à la première valeur V1. Cela fait ressentir à la main de l’utilisateur touchant le levier 1 une plus grande résistance (retour d’effort) d’une manière assez abrupte au franchissement croissant du seuil S1 et/ou S2, ce qui matérialise une butée virtuelle du levier 1. Cette butée virtuelle BV indique que l’angle ANG1 du levier 1 a franchi en croissant le seuil S1 et/ou S2, et peut ainsi indiquer que les valeurs d’angle ANG1 augmentant au-dessus de ce seuil ne sont pas conseillées, ou pas autorisées, ou dangereuses, ou atteigne une limite, comme par exemple une enveloppe de vol, ou sont une commande spéciale connue de l’utilisateur, ou autres. Il y a une pente P2 ascendante plus abrupte pour passer de la valeur V1 au deuxième effort résistif EFF2 que la pente de l’effort EFF1 en fonction de l’angle ÀNG1 . Le capteur 4a et/ou 4b de mesure de position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ÀNGÀ et/ou ÀNGB et de signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VÀ et/ou VB permet de détecter l’intention de l’utilisateur maniant le levier 1 et voulant augmenter l’angle ÀNG1 au-dessus du seuil S1 et/ou S2 dans ce cas b).

Selon un troisième cas c) de cette loi L d’effort, lorsque l’angle ÀNG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle BV, le calculateur 7 envoie une commande COM d’effort au moteur 3a et/ou 3b, pour que le moteur 3a et/ou 3b applique sur le levier 1 un troisième effort résistif EFF3 de rappel dépendant de l’angle ÀNG1 du levier 1 , et envoie une commande COM d’effort au frein 5a et/ou 5b pour désactiver le frein 5a et/ou 5b (qui applique alors un effort nul respectivement sur l’arbre 31 a et/ou sur l’arbre 31 b). Cela fait ressentir à la main de l’utilisateur touchant le levier 1 une moins grande résistance d’une manière assez abrupte au franchissement décroissant du seuil S1 et/ou S2, ce qui matérialise la suppression de la butée virtuelle BV du levier 1 . Dans l’exemple de la figure 5, le troisième effort résistif EFF3 est égal à la première valeur V1 déterminée, non nulle, au seuil prescrit S1 , S2 de butée virtuelle et est donc continu avec le premier effort EFF1 . Il y a une pente P3 descendante plus forte pour passer du troisième effort résistif EFF3 à la valeur V1 que la pente de l’effort EFF1 en fonction de l’angle ÀNG1. La loi L se retrouve ensuite dans le cas a). Le capteur 4a et/ou 4b de mesure de position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ANGA et/ou ANGB et de signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB permet de détecter l’intention de l’utilisateur maniant le levier 1 et voulant diminuer l’angle ANG1 du levier 1 en-dessous du seuil S1 et/ou S2 dans ce cas c). Le frein 5a et/ou 5b permet de réduire l’effort à fournir par le moteur 3a et/ou 3b, le frein 5a et/ou 5b ayant un meilleur rapport couple résistif / consommation électrique que le moteur 3a et/ou 3b. Le troisième effort résistif EFF3 de rappel est configuré pour ramener le levier 1 vers la position position neutre prescrite PO en l’absence d’actions de la main de l’utilisateur sur le levier 1.

Les flèches indiquées à la figure 5 montrent donc une hystérésis de la loi L de commande d’effort selon le sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1.

L’invention permet ainsi de détecter l’intention de l’utilisateur du levier 1 du manche sans complexifier l’architecture du dispositif 100 et du manche, et permet d’éviter de rajouter des sous-systèmes ou composants pour réaliser cette fonction, notamment des capteurs d’efforts et de couples. L’invention apporte une simplification de l’architecture du dispositif 100, notamment pour des systèmes critiques au sens de la sûreté de fonctionnement. L’invention apporte un gain en fonctionnalité, encombrement, poids, fiabilité et coût. L’invention permet d’associer à des micro-déplacements (variations relatives de position et vitesses) l’intention de l’utilisateur. Le dispositif suivant l’invention est non intrusif et évite un problème d’intégration d’un sous-ensemble tel que par exemple un capteur d’effort.

Ainsi, le principe de l’invention repose sur la déformation élastique de la chaîne de transmission du dispositif 100 soumiseà des efforts (champ de contrainte) et allant du levier 1 au frein 5a et/ou 5b et sur l’exploitation des informations de position/vitesse déjà disponibles dans le système et initialement prévues pour réaliser l’asservissement du moteur et du frein. Cette information étant relativement fine et sensible (> 14 bits de résolution sur 360° , permettant de détecter un mouvement de très faible amplitude) et avec une grande bande passante (> 500Hz) relativement à celle de l’utilisation du mini-manche par un opérateur (< 50Hz), elle peut être exploitée pour détecter de très petits déplacements et surtout des changements de signe sur la vitesse de déplacement du levier 1 , traduisant la volonté du pilote de tirer ou pousser le manche. Les capteurs 4a, 4b peuvent être positionnés entre le frein 5a et/ou 5b et le levier 1 se trouvant en interface avec la main de l’utilisateur, avec à minima une pièce déformable élastiquement entre le frein 5a et/ou 5b et le capteur 4a et/ou 4b. Ainsi, les pièces intermédiaires 101 situées entre le frein 5a et/ou 5b et le capteur 4a et/ou 4b constitueront des éléments déformables qui permettront d’observer un déplacement relatif sur la chaîne de transmission. La barre de torsion de la pièce intermédiaire 101 comprend la partie de l’arbre moteur 31a et/ou 31 b (longueur non nulle 310a d’arbre 31a et/ou longueur non nulle 310b d’arbre 31 b) située entre le capteur 4a et le frein 5a et/ou entre le capteur 4b et le frein 5b dans le premier mode de réalisation des figures 3, 4 et 7 et dans le deuxième mode de réalisation des figures 2 et 8.

La figure 6 illustre ce principe de l’architecture du dispositif 100 dans le premier mode de réalisation des figures 3, 4 et 7. La pièce intermédiaire 101 schématise une barre de torsion permettant une transmission de couple entre le levier 1 (via le joint mécanique 2) et le frein 5a et/ou 5b, ainsi qu’une déformation élastique associée. Lorsque le frein 5a et/ou 5b sera activé, l’effort appliqué sur le levier 1 par la main de l’utilisateur sera transmis au frein 5a et/ou 5b via la barre de torsion de la pièce intermédiaire 101. L’objectif est d’exploiter les informations de position et vitesse relative dans le cas c). Etant donné que le frein 5a et/ou 5b, lorsqu’il a été activé dans le cas b), maintient le système en tension (mécanique), un relâchement du levier 1 par la main de l’utilisateur donnera également lieu à une légère diminution de l’angle ANG1 du levier 1 qui sera détectée selon le cas c) et provoquera la désactivation du frein 5a et/ou 5b. Cela pourra donner lieu à un retour du levier 1 vers sa position PO d’équilibre dans le cas c) puis a) grâce à un couple résiduel appliqué par le moteur 3a et/ou 3b et pourra être détecté par le capteur 4a et/ou 4b. Lorsque l’utilisateur souhaite voir le manche revenir à la position neutre PO (soit sous la seule action du moteur 3a et/ou 3b, soit sous la propre action de l’utilisateur), l’information détectée sur son intention libère le frein 5a et/ou 5b et permet ainsi le retour du levier 1 à la position neutre PO. Sans cette information d’intention détectée, le frein 5a et/ou 5b continuera à être activé dans le cas b), ce qui reviendra à avoir le manche bloqué dans cette zone. Le capteur 4a et/ou 4b détectera ainsi le micro-déplacement occasionné par le relâchement en effort du levier 1 par la main de l’utilisateur dans le cas c), et l’information de signe de la vitesse mesurée par le capteur 4a et/ou 4b permettra de préciser le sens de déplacement du levier 1 (sens de croissance ou de décroissance de l’angle ÀNG1 ).

Il peut y avoir un seuil prescrit S1 de butée virtuelle positif et non nul pour les valeurs positives de l’angle ÀNG1 par rapport à la position neutre prescrite PO, et un seuil prescrit S2 de butée virtuelle négatif et non nul pour les valeurs négatives de l’angle ÀNG1 par rapport à la position neutre prescrite PO. Le seuil S1 peut être égal en valeur absolue au seuil S2, ainsi que représenté à titre d’exemple à la figure 5. Dans d’autres modes de réalisation non représentés, le seuil S1 peut être différent du seuil S2 en valeur absolue.

Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 6, le premier effort EFF1 peut être linéaire et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 et/ou le troisième effort EFF3 peut être linéaire et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 .

Suivant un autre mode de réalisation, non représenté, le premier effort EFF1 peut être courbe et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 et/ou le troisième effort EFF3 peut être courbe et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 .

Chaque moteur 3a et/ou 3b, chaque capteur 4a et/ou 4b et chaque frein 5a et/ou 5b peut être doublé par respectivement un autre moteur 3a’ et/ou 3b’, un autre capteur 4a’ et/ou 4b’ et un autre frein 5a’ et/ou 5b’, ainsi que représenté par exemple à la figure 6, pour assurer une redondance et répondre à des aspects de sûreté de fonctionnement. Le capteur 4a’ permet de vérifier si la mesure du capteur 4a est cohérente. Le capteur 4b’ permet de vérifier si la mesure du capteur 4b est cohérente.

Suivant un essai réalisé sur l’exemple suivant de barre de torsion de la pièce intermédiaire 101 , étant un arbre de torsion plein de diamètre 10 mm, de longueur 100 mm, en un matériau en acier INOX de type 15-5 PH ayant un module d’élasticité transversale de 77000 MPa, une limite élastique de glissement de 800 MPa et une limite de rupture 1000 MPa, la contrainte en torsion appliquée à cette barre a été de 150.24 MPa exercé sur l’arbre moteur au niveau du frein, équivalent à environ 200 N d’effort sur le levier 1 , avec un coefficient de sécurité de 1 , un coefficient de concentration de contraintes de 2.95, une contrainte limite de 800 MPa, et la déformation angulaire calculée de la barre a été de 0.758° . Ainsi, pour un effort d’environ 200N appliqué au levier 1 et fourni par le frein, l’arbre de transmission se déformera d’environ 0,7° . Etant donné la sensibilité de la mesure de position d’environ 0,02° (14 bits sur 360° ), la chaîne d’acquisition de position et de vitesse permettra de détecter cette déformation et les mouvements imposés par l’utilisateur sur le levier associé.

Suivant un mode de réalisation, le premier effort résistif EFF1 est croissant en fonction de l’angle ANG1 du levier 1. Bien entendu, le premier effort résistif EFF1 peut ne pas être monotone en fonction de l’angle ANG1 du levier 1 dans d’autres modes de réalisation.

Suivant un mode de réalisation, le troisième effort EFF3 de rappel est croissant en fonction de l’angle ANG1 du levier 1. Bien entendu, le troisième effort EFF3 de rappel peut ne pas être monotone en fonction de l’angle ANG1 du levier 1 dans d’autres modes de réalisation.

Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le deuxième effort résistif EFF2 est égal à un plateau V2 d’effort résistif, qui est constant en fonction de l'angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO, lorsque cet angle ANG1 croît au- delà du seuil prescrit S1 et/ou S2 de butée virtuelle dans le cas b).

Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le deuxième effort résistif EFF2 est supérieur ou égal à 1 .5 fois ou à 2 fois la première valeur V1 , notamment supérieur ou égal à 50 N et inférieur ou égal à 200 N. Par exemple, le deuxième effort résistif EFF2 peut être égal à 100 N.

Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le seuil prescrit S1 et/ou S2 de butée virtuelle est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 45° . Le seuil S1 et/ou S2 peut être limité par des butées mécanique.

Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le seuil prescrit S1 et/ou S2 de butée virtuelle est supérieur ou égal à 15° et inférieur ou égal à 25° ou à 20° .

On décrira dans toute la suite des modes de réalisation du frein magnétorhéologique 5a, le frein 5b pouvant être de structure et de fonctionnement similaires au frein 5a, en référence aux figures 7, 8, 9, 10a, 10b, 10c, 11 , 12, 13, 14a, 14b et 14c. Un arbre de sortie du frein 5a s’étend directement selon la direction À et est coaxial et fixé à l’arbre 31 a du moteur 3a. Le frein 5a comprend au moins deux première et deuxième pièces 52a et 52b en regard l’une de l’autre et adaptées pour être mises en mouvement l’une par rapport à l’autre. Dans le présent exemple, les pièces 52a et 52b sont adaptées pour tourner autour de la direction À. Par « pièces en regard » on entend qu’au moins une partie des surfaces externes des deux pièces sont face à face sans être en contact. Le frein 5a comprend en outre un volume 53 délimité par les deux pièces en regard, adapté pour recevoir du fluide magnétorhéologique. Le volume 53 est hermétique pour ne pas laisser fuir le fluide magnétorhéologique. On entend par « volume délimité par les deux pièces en regard » que les parties des surfaces des deux pièces qui se situent face à face sont, au moins partiellement et de préférence totalement, en contact avec le volume de fluide magnétorhéologique.

Un principe de fonctionnement du frein est de faire varier la résistance au cisaillement du fluide contenu dans le volume 53, les deux pièces 52a et 52b cisaillant le fluide au cours de leur rotation relative autour de la direction À. Le couple de résistance au cisaillement exercé par le fluide est variable en fonction du champ magnétique.

De préférence, les deux pièces 52a et 52b sont situées l’une en face de l’autre selon la direction À d’extension de l’arbre moteur 31 a. Les deux pièces cisaillent le fluide rhéologique sensiblement perpendiculairement à la direction À de l’arbre moteur 31 a. Pour faire varier le couple de résistance au cisaillement, et réaliser la commande du frein par le calculateur 7, le frein comprend un dispositif de commande ou générateur 54 configuré pour appliquer un champ magnétique variable au sein du volume 53. Ce dispositif de commande ou générateur 54 est commandé par le calculateur 7. Le frein agit directement sur l’arbre moteur 31 a, sans organes mécaniques intermédiaires.

On donne en Figure 9 une vue d’un mode de réalisation du frein magnétorhéologique 5a selon une vue en coupe passant par la direction À. Le frein comprend une enceinte 51 de forme cylindrique et centrée sur l’arbre d’entrée 55 s’étendant selon la direction À. L’arbre d’entrée 55 correspond à l’arbre moteur 31 a du moteur 3a. L’arbre de sortie 56 du frein est de préférence coaxial à l’arbre d’entrée 55. Dans le présent exemple, l’arbre de sortie 56 est fixé au bâti 9. Àu sein du frein 5a, une pluralité de disques de frein sont compris entre une première paroi étanche 580 et une deuxième paroi étanche 581. Le frein comprend une alternance entre une série de disques montés sur un rotor 57 solidaires de l’arbre 55 d’entrée, et une série de disques montés solidaires à l’arbre 56 de sortie. Les disques de frein sont percés en leur centre et de préférence centrés sur la direction À de l’arbre 55. Notamment, le frein comprend un disque 52a solidaire de l’arbre d’entrée et un disque 52b consécutif solidaire de l’arbre de sortie. Les disques 52a et 52b sont ici adaptés pour tourner l’un par rapport à l’autre autour de la direction À, lors d’une rotation de l’arbre de sortie relativement à l’arbre d’entrée. De préférence, le disque 52a est centré sur l’arbre d’entrée 55 et est donc centré sur la direction À. Le disque 52b est de préférence lui aussi centré sur la direction À.

Entre les faces de deux disques de frein consécutifs, on ménage un volume étanche adapté pour recevoir du fluide magnétorhéologique à l’état liquide. Notamment, un volume 53 de fluide est délimité par les faces en regard des disques 52a et 52b. L’étanchéité de chacun des volumes est assurée par des joints d’étanchéité au niveau d’entretoises entre les disques. Le frein comprend une alternance de disques de frein et de volumes de fluide magnétorhéologique à des positions axiales différentes selon la direction À. Dans cet exemple, le volume de fluide compris entre deux faces de disques consécutifs est en contact avec plus de 50% de la surface desdites faces.

Suivant un mode de réalisation, le dispositif de commande ou générateur 54 est disposé à proximité des volumes de fluide. Ici, le dispositif de commande ou générateur 54 est formé de deux bobines s’étendant parallèlement à la direction À au voisinage des disques de frein. La longueur de chacune des bobines est légèrement supérieure à la longueur totale sur laquelle s’étendent les disques de frein. Selon une variante, le dispositif de commande ou générateur 54 peut comprendre en outre un aimant permanent. On a représenté en pointillés à la figure 9 une ligne M de champ généré lorsqu’un courant circule à l’intérieur d’une bobine 54. Le fluide magnétorhéologique peut être admis à l’intérieur du frein par l’intermédiaire de canaux de remplissage non représentés. Le frein 5a peut également comprendre des canaux de refroidissement 591 au voisinage des disques de frein. De l’air peut circuler dans l’enceinte 51 par des conduits d’aération 590.

Le comportement du fluide magnétorhéologique du volume 53 au repos et en présence d’un champ magnétique est schématisé sur les Figures 10a, 10b et 10c. Un fluide porteur 531 , de préférence isolant, renferme une suspension de particules 530. De préférence, les particules sont d’une taille comprise entre 1 et 10 micromètres. Des particules métalliques, par exemple de fer, peuvent être utilisées comme particules magnétiques. Àu repos, le mouvement des particules 530 est aléatoire comme représenté par la flèche de la Figure 10a et les particules n’exercent pas de résistance au cisaillement. Une résistance résiduelle au cisaillement des disques de frein est exercée par le fluide porteur.

La Figure 10b représente l’état du système lorsqu’une force de Lorentz F s’exerce sur les particules 530 du fait du champ magnétique M. Les particules 530 s’alignent sous forme de chaînes de particules parallèles aux lignes de champ magnétique, ce qui accroît la résistance du fluide magnétorhéologique au cisaillement. Le couple résistant du fluide magnétorhéologique dans son ensemble augmente de manière très importante par rapport au couple résistant du fluide porteur seul. Les pièces 52a et 52b cisaillent le fluide confiné dans le volume 53 lorsqu’elles tournent l’une par rapport à l’autre. Lorsque la résistance au cisaillement du fluide magnétorhéologique augmente, comme dans l’état de la Figure 10b, le fluide génère une contrainte de cisaillement au niveau du volume 53. Les mouvements du disque 52a et du disque 52b sont ainsi couplés. Le couple résistant de tous les volumes de fluide, considérés ensemble, peut être suffisant pour coupler l’arbre 55 d’entrée et l’arbre 56 de sortie. Si l’arbre de sortie est fixe, par exemple s’il est fixé au bâti 9 comme dans le présent exemple, l’arbre moteur est freiné, voire bloqué, dans son pivotement selon l’axe de roulis et/ou de tangage.

Sur la Figure 10c, la force de Lorentz subie par les particules 530 est accrue du fait de l’augmentation du champ magnétique. À la figure 10c, un seuil de glissement du fluide magnétorhéologique a été dépassé; les chaînes de particules ne sont plus en mesure de s’aligner selon les lignes de champ, et dérivent dans la direction de la force F, pouvant localement se casser. Le couple résistant exercé sur le levier reste sensiblement constant et un déplacement se produit entre l’entrée et la sortie du frein magnétorhéologique 5a. La résistance au cisaillement exercée par le fluide magnétorhéologique dépend ainsi du champ magnétique, qui est lui-même dépendant du courant appliqué aux bornes des bobines.

On a représenté en Figure 11 la relation entre l’intensité du courant aux bobines (en abscisse) et le couple résistant généré par le frein magnétorhéologique 5a (en ordonnée) selon un exemple. Le frein est dimensionné pour fournir un couple résistant de 20 N.m en fonctionnement optimal à 100% de courant électrique. Pour une tension d’alimentation en courant continu de 36 V, le courant 100% correspond à 0,5 mA. A 0%, il existe une précharge du frein avec un couple d’environ 1 N.m. Le couple augmente ensuite avec l’intensité du courant de manière quasi-linéaire, selon la courbe R. Une approximation linéaire de la courbe R est représentée par la droite R’.

Le contrôle de ce frein 5a est simple puisqu’il suffit de maîtriser le courant circulant aux bornes du dispositif de commande du champ magnétique pour faire varier le couple résistif, dans les limites du seuil de glissement du fluide.

La Figure 12 illustre un autre exemple de frein magnétorhéologique 5a pouvant être utilisé. Dans cet exemple, le frein rhéologique comprend une sphère 62a au centre de laquelle passe l’arbre moteur 31 a du moteur 3a, ledit arbre s’étendant le long de la direction A. Le frein 5a comporte également un socle sphérique 62b recevant la sphère 62a. Un mouvement de pivotement du levier 1 selon l’axe X de roulis entraîne une rotation de l’arbre 31 a autour de la direction À et un mouvement rotatif de la sphère par rapport au socle et/ou un mouvement de pivotement du levier 1 selon l’axe Y de tangage entraîne une rotation de l’arbre 31 b autour de la direction B et un mouvement rotatif de la sphère par rapport au socle. Une partie basse de la sphère 62a, une partie haute du socle 62b et des joints d’étanchéité forment le volume 63 de fluide. Des bobines 64 disposées au voisinage du volume 63 servent de dispositif de commande ou générateur 54 du champ magnétique. Les bobines sont agencées de sorte que les lignes de champ magnétique M passent par une large surface de la sphère 62a. On peut ainsi contrôler la résistance au cisaillement au niveau de la sphère 62a et, par conséquent, moduler le retour d’effort sur le levier.

Selon une variante, un premier arbre d’un moteur de roulis du levier et un deuxième arbre d’un moteur de tangage du levier passent tous deux par la sphère 62a. Si le champ magnétique est suffisant, le frein exerce ainsi un retour d’effort à la fois selon l’axe de roulis et selon l’axe de tangage.

Un autre exemple alternatif de frein magnétorhéologique 5a est illustré en Figure 13. Dans cet exemple, le fluide magnétorhéologique est sollicité en traction et/ou en compression. Le frein 5a comprend deux disques 72a et 72b centrés sur l’arbre moteur 31 a, le disque 72a étant mobile par rapport au disque 72b en translation selon la direction À. Dans cet exemple, le mouvement de pivotement du levier selon l’axe de roulis entraîne un mouvement de translation du disque 72a, un mécanisme de transmission mécanique reliant l’arbre 31 a au levier 1 . Un volume de fluide magnétorhéologique est confiné dans un volume 73 entre les deux disques. Un dispositif de commande ou générateur 54, non représenté sur la figure, est adapté pour générer un champ magnétique sensiblement parallèle à la direction À. Lorsque le champ magnétique est inférieur au seuil de glissement, la résistance du fluide à la traction et à la compression selon la direction À augmente avec le champ magnétique, lui-même dépendant du courant aux bornes du dispositif de commande. Les exemples de freins magnéto-rhéologiques des Figures 7 à 14c se transposent aisément pour des freins électro- rhéologiques. Dans le cas du frein électro-rhéologique, le matériau rhéologique est alors un fluide électro-rhéologique comprenant des particules conductrices en suspension. Le dispositif de commande ou générateur 54 est alors configuré pour appliquer un champ électrique variable au niveau d’un volume de fluide électro- rhéologique du frein électro-rhéologique.

Pour un usage dans un mini-manche de pilotage d’aéronef, le couple de glissement du matériau rhéologique est de préférence compris entre 10 N.m et 100 N.m et encore de préférence entre 10 N.m et 75 N.m. En effet, le couple de glissement doit être inférieur à un couple seuil déterminé par le couple maximal transmissible par un moteur de roulis ou de tangage relié au levier 1. De préférence, le frein 5a doit être capable de restituer un effort résistif entre 100 et 150 Newton, de préférence d’environ 120 Newton, sur le levier.

On a représenté un autre exemple de frein rhéologique 5a sur la Figure 14a. Il s’agit ici d’un frein 5a à poudre. Le matériau rhéologique utilisé dans ce frein est une poudre magnétique. Ce frein 5a est constitué de deux disques de frein 86 et 87 dont l’entrefer est partiellement rempli d’une poudre magnétique dans un volume 83. Les disques sont centrés sur la direction À. Le volume 83 est compris entre une surface radiale externe du rotor 82a et une surface radiale interne du stator 82b. Lesdites deux surfaces s’étendent sensiblement parallèlement à la direction À et se font face. Lorsque le rotor 82a tourne autour de la direction À par rapport au stator 82b, le rotor 82a cisaille la poudre magnétique comprise dans le volume 83, notamment au niveau de dents 85 du rotor. Les dents 85 correspondent à des canaux creusés dans la surface radiale externe du rotor 82a. Lorsque la poudre magnétique n’est pas soumise à un champ magnétique ou est soumise à un champ magnétique négligeable, la poudre magnétique se répartit par gravité dans l’entrefer et génère un faible couple résistant au cisaillement, par friction entre la poudre et le rotor, ainsi qu’illustré par exemple sur la Figure 14b. À l’inverse, lorsqu’on applique un champ magnétique au volume 83, la poudre contenue dans le volume 83 s’aligne selon les lignes de champ. Ainsi, les grains de poudre créent des structures de poudre s’étendant entre les surfaces en regard du rotor 82a et du stator 82b, ainsi qu’illustré par exemple sur la Figure 14c, ces structures exerçant un couple résistif au cisaillement exercé par le rotor 82a, les disques de frein étant ainsi couplés. Le champ magnétique variable est ici exercé par deux bobines 84 commandées électriquement par le calculateur. Les bobines 84 sont agencées par rapport au volume 83 de sorte que les lignes de champ magnétique soient sensiblement perpendiculaires aux surfaces en regard du rotor 82a et du stator 82b. La poudre magnétique contenue en dispersion dans le volume 83 constitue un matériau rhéologique. La résistance de la poudre magnétique au cisaillement exercé par le rotor dépend du champ magnétique qui lui est appliqué, ce champ étant contrôlable électriquement. Plus le champ magnétique exercé par les bobines est important, plus le couple résistif exercé par la poudre magnétique augmente. En revanche, si un couple de glissement est dépassé au niveau du frein à poudre, le couple résistif exercé par la poudre magnétique du volume 83 n’augmente plus avec le champ magnétique, et les disques de frein ne sont plus correctement couplés.

L’invention concerne également un manche actif de pilotage d’aéronef, ce manche comprenant le dispositif 100 d’application d’effort décrit ci-dessus et le levier 1 apte à tourner autour de l’axe de roulis X et de l’axe de tangage Y, le levier 1 étant agencé sur le joint mécanique 2. L’invention concerne également un procédé de contrôle en retour haptique du manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif 100 d’application d’effort décrit ci- dessus.

Dans ce procédé, au cours de l’étape E1 illustrée à la figure 15, un utilisateur exerce une force F1 d’inclinaison sur le manche.

Àu cours de l’étape E2, en réponse à la force F1 d’inclinaison exercée par l’utilisateur sur le manche, le capteur 4a et/ou 4b effectue la mesure de la position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ÀNGÀ et/ou ÀNGB et de la vitesse VX et/ou VY et/ou VÀ et/ou VB sur l’axe de roulis X et/ou l’axe de tangage Y et/ou l’arbre moteur 31 a et/ou 31 b.

Àu cours de l’étape E3, le calculateur 7 pilote le frein rhéologique 5a et/ou 5b et le moteur d’effort 3a et/ou 3b en fonction de la position angulaire ÀNGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB et du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesurés par le capteur 4a et/ou 4b, selon les cas a), b) et c) décrits ci-dessus. L’étape E3 peut comporter les sous-étapes suivantes, effectuées par le calculateur 7 : calculer l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO en fonction de la position angulaire ANGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB ayant été mesurée par le capteur 4a et/ou 4b, calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1 en fonction du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesuré par le capteur 4a et/ou 4b.

L’invention concerne également un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle décrit ci-dessus, comportant des instructions de code, qui, lorsqu’elles sont exécutées sur le calculateur 7, mettent en oeuvre les étapes suivantes : calculer l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO en fonction de la position angulaire ANGX et/ou ÀNGY et/ou ANGA et/ou ANGB ayant été mesurée par le capteur 4a et/ou 4b. , calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1 en fonction du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesuré par le capteur 4a et/ou 4b, générer les commandes selon les cas a), b) et c) décrits ci-dessus.

Le programme d’ordinateur peut être préenregistré sur une mémoire permanente du calculateur 7. Le calculateur 7 peut être ou comprendre une ou plusieurs machines, un ou plusieurs processeurs, un ou plusieurs microprocesseurs, une ou plusieurs mémoires vives, une ou plusieurs mémoires permanentes. Le calculateur CAL peut comprendre une ou plusieurs interfaces physiques d’entrée de données, une ou plusieurs interfaces physiques de sortie de données. Cette ou ces interfaces physiques d’entrée de données peuvent être ou comprendre un ou plusieurs ports physiques de communication de données, ou autres. Cette ou ces interfaces physiques de sortie de données peuvent être ou comprendre un ou plusieurs ports physiques de communication de données ou autres. Un programme d’ordinateur peut être exécuté sur le calculateur 7 et comporter des instructions de code, qui lorsqu’elles sont exécutées sur celui-ci, mettent en oeuvre tout ou partie du procédé.

Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples décrits ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre.