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Title:
FORCE APPLICATION DEVICE FOR CONTROL STICK IN A POWER FAILURE SITUATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/079075
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a force application device for a control stick of an aircraft comprising a shaft and a control lever configured to rotate the shaft about a first axis, the device comprising: a magnetic brake comprising a braking part configured to be connected to the shaft, and a volume containing a rheological fluid in contact with the braking part, of variable shear resistance as a function of a magnetic field applied to the rheological fluid, a force feedback motor configured to exert a resistive force opposing the rotation of the shaft about the first axis, a motor power source, a movable magnetic element biased towards a position close to the magnetic brake, and distancing means configured to maintain the movable magnetic element in a position away from the magnetic brake, when such distancing means are powered by the power source.

Inventors:
LAWNICZAK, Remi-Louis (MOISSY-CRAMAYEL, FR)
COPPÉE, Pascal (MOISSY-CRAMAYEL, FR)
ATTRAZIC, Yannick (MOISSY-CRAMAYEL, FR)
Application Number:
FR2020/051919
Publication Date:
April 29, 2021
Filing Date:
October 23, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE (PARIS, FR)
International Classes:
B64C13/50; B64C13/04; B64C13/28; G05G5/03; G05G9/047
Attorney, Agent or Firm:
REGIMBEAU (PARIS CEDEX 17, PARIS CEDEX 17, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, le manche de pilotage comprenant un arbre (A1 ) et un levier (1 ) de commande configuré pour entraîner en rotation l’arbre (A1) autour d’un premier axe (A), le dispositif comprenant :

- un frein magnétique (2a) comportant :

- une pièce de freinage (201 ) configurée pour être reliée à l’arbre (A1),

- un volume contenant un fluide rhéologique (22) en contact avec la pièce de freinage, une résistance au cisaillement du fluide rhéologique étant variable en fonction d’un champ magnétique appliqué au fluide rhéologique,

- un moteur de retour d’effort (13a) configuré pour exercer un effort résistif s’opposant à la rotation de l’arbre (A1 ) autour du premier axe (A),

- une source de courant (14) du moteur de retour d’effort (13a), le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend :

- un élément magnétique mobile (4) présentant une position rapprochée du frein magnétique et une position éloignée du frein magnétique, l’élément magnétique mobile émettant dans la position rapprochée un champ magnétique au niveau du volume, l’élément magnétique mobile (4) étant sollicité vers la position rapprochée,

- des moyens d’éloignement (5a) configurés pour maintenir l’élément magnétique mobile (4) en position éloignée quand les moyens d’éloignement sont alimentés en courant électrique par la source de courant (14), et configurés pour ne pas maintenir l’élément magnétique mobile en position éloignée quand les moyens d’éloignement ne sont pas alimentés.

2. Dispositif d’application d’effort selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens de rappel (7) configurés pour exercer une force de rappel sur l’élément magnétique mobile (4) tendant à déplacer l’élément magnétique en position rapprochée, la force de rappel étant inférieure à une force d’éloignement exercée sur l’élément magnétique mobile (4) par les moyens d’éloignement (5a) quand les moyens d’éloignement sont alimentés.

3. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens d’éloignement (5a) comprennent un solénoïde, le solénoïde étant de préférence placé à l’opposé du frein magnétique (2a) par rapport à l’élément magnétique mobile (4).

4. Dispositif d’application d’effort selon la revendication 2, dans lequel les moyens d’éloignement comprennent un circuit magnétique (6) définissant une cavité, le circuit étant agencé pour que la cavité reçoive l’élément magnétique mobile (4) en position éloignée.

5. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

4, dans lequel le fluide rhéologique (22) comprend un fluide magnétorhéologique ou une poudre magnétique.

6. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

5, dans lequel le manche de pilotage comprend un bâti, et dans lequel le frein magnétique (2a) comprend une pièce fixe (202) montée sur le bâti, la pièce fixe délimitant avec la pièce de freinage (201 ) le volume (220).

7. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

6, dans lequel l’élément magnétique mobile (4) comprend un aimant permanent.

8. Dispositif d’application d’effort selon la revendication 7, dans lequel la pièce de freinage comprend un disque de frein (201 ) s’étendant selon un plan d’extension, l’aimant permanent s’étendant le long d’un axe (C) perpendiculaire au plan d’extension.

9. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

8, dans lequel l’élément magnétique mobile (4) est apte à produire au niveau du volume (220) un champ magnétique d’induction supérieure à un seuil compris entre 0,1 Tesla et 10 Tesla.

10. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

9, comprenant en outre un électroaimant (3) configuré pour générer un champ magnétique variable au niveau du volume (220).

11. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

10, comprenant en outre un joint mécanique (12) solidaire en rotation du levier (1) autour d’un deuxième axe (X), et comprenant un capteur d’effort (17a) configuré pour exercer un couple exercé sur le joint mécanique (12) autour du deuxième axe.

12. Dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à

11 , dans lequel le levier (1 ) de commande entraîne en outre en rotation un arbre supplémentaire (A2) autour d’un troisième axe (B), le dispositif comprenant en outre :

- un frein magnétique supplémentaire (2b) apte à exercer un effort résistif pour empêcher une rotation de l’arbre supplémentaire autour du troisième axe, ledit frein supplémentaire comprenant un volume de fluide rhéologique supplémentaire,

- un moteur de retour d’effort supplémentaire (13b) configuré pour exercer un effort résistif s’opposant à la rotation de l’arbre supplémentaire autour du troisième axe,

- un élément magnétique mobile supplémentaire présentant une position rapprochée du frein supplémentaire et une position éloignée du frein supplémentaire, l’élément magnétique mobile supplémentaire émettant dans la position rapprochée un champ magnétique dans le volume de fluide rhéologique supplémentaire, l’élément magnétique mobile supplémentaire étant sollicité vers la position rapprochée du frein supplémentaire,

- des moyens d’éloignement supplémentaires (5b) configurés pour maintenir l’élément magnétique mobile supplémentaire dans la position éloignée du frein supplémentaire.

13. Manche actif de pilotage d’aéronef comprenant :

- un dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 12,

- un arbre (A1 ) mobile en rotation autour d’un premier axe (A), et relié à la pièce de freinage (201) du dispositif d’application d’effort,

- un levier de commande (1 ) mobile en rotation autour d’un deuxième axe (X), la rotation de l’arbre (A1 ) autour du premier axe (A) étant liée à la rotation du levier de commande (1 ) autour du deuxième axe (X).

14. Manche selon la revendication 13, comprenant en outre un calculateur (15) configuré pour transmettre un signal de commande au moteur de retour d’effort (13a), l’effort résistif exercé sur l’arbre (A1 ) par le moteur de retour d’effort (13a) au cours du fonctionnement du manche étant fonction d’une valeur de consigne d’effort encodée dans le signal de commande.

15. Manche selon la revendication 14, dans lequel la source de courant (14) du dispositif de retour d’effort est configurée pour alimenter en courant le calculateur (15), et dans lequel les moyens d’éloignement (5a) sont configurés pour être désactivés en cas de panne électrique affectant le calculateur (15).

16. Utilisation d’un dispositif d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, pour empêcher, lors d’une panne électrique affectant la source de courant (14) du moteur de retour d’effort (13a), une rotation de l’arbre (A1 ) autour du premier axe (A).

Description:
Dispositif d’application d’effort pour manche de pilotage en situation de manque de courant

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne les dispositifs de pilotage utilisés par le pilote dans un cockpit d’aéronef. Elle concerne notamment un manche actif de pilotage comprenant un retour d’effort intégré pour assister le pilote.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Un dispositif de pilotage dans un cockpit d’aéronef comprend, de manière habituelle, un manche de pilotage avec notamment un levier de commande monté rotatif selon un axe dit de roulis et un axe dit de tangage, ces deux axes étant orthogonaux l’un à l’autre. On rencontre le plus souvent des manches de pilotage de type « manche à balai

»

Le dispositif de pilotage transmet des commandes de déplacement à des organes de pilotage de l’aéronef, les commandes de déplacement étant déterminées en fonction de la position du levier selon ces deux axes.

Sur les modèles les plus récents de manche de pilotage, les commandes de surfaces de contrôle sont électroniques (aussi dites commandes « fly-by-wire ») et le dispositif de pilotage intégré dans le cockpit peut être de type « mini-manche » (« side stick » en anglais). La position du levier selon les deux axes de roulis et de tangage est mesurée par des capteurs et traduite en commandes de déplacement. Le levier n’est pas directement lié mécaniquement aux parties mobiles de l’aéronef. Le pilote ne ressent donc pas de retour mécanique direct.

Or, il est souhaitable pour la sécurité du vol que le pilote perçoive un retour d’effort au niveau du levier. Ce retour d’effort doit être variable en fonction de l’état de l’aéronef. Les systèmes de signalisation du cockpit peuvent ne pas être suffisants pour provoquer une réaction suffisamment rapide du pilote face à des événements imprévus au cours du vol.

Les sensations de pilotage sont donc bien meilleures si le mini-manche de pilotage intègre un retour d’effort actif, aussi appelé « retour haptique ».

Il a été proposé à ce titre d’équiper le mini-manche de systèmes mécaniques passifs de retour d’effort, comme des systèmes à ressort, ou de systèmes électromécaniques actifs.

Le document FR 3 011 815 décrit un dispositif de retour d’effort actif à moteur électrique. Dans ce document, le dispositif de commande de vol d’aéronef comporte un levier de commande monté sur une platine et relié à un moteur d’axe de roulis et un moteur d’axe de tangage par l’intermédiaire d’arbres de transmission. Les deux moteurs, dits moteurs de retour d’effort, sont commandés selon une loi d’effort. Au cours du fonctionnement du mini -manche, ces moteurs génèrent un effort résistif s’opposant à l’effort exercé sur le levier (retour d’effort). Un tel dispositif s’avère efficace pour restituer les sensations de pilotage et accroître la sécurité du vol.

Toutefois, en cas de défaillance électrique ou mécanique au niveau d’un des moteurs de retour d’effort, ou en cas de panne partielle ou totale sur la chaîne de traitement des signaux de commande de ces moteurs, ou encore en cas de panne d’alimentation en énergie électrique, le retour d’effort peut être supprimé.

Le pilote ne ressent alors plus de retour haptique sur le levier, ni même de point d’ancrage du levier. Or, dans le domaine de l’aéronautique, les exigences en matière de sûreté de fonctionnement des dispositifs de pilotage sont critiques. Il n’est donc pas acceptable que le pilote passe brutalement à un mode de pilotage sans retour d’effort, et sans point d’ancrage, en cas de défaillance d’un moteur ou de sa chaîne de traitement.

Pour assurer un « secours mécanique » et empêcher un pilotage libre du levier dans le cas où, par exemple, un ou plusieurs moteurs d’effort tomberaient en panne, il a été proposé d’ajouter au mini-manche des systèmes de verrouillage mécanique du levier.

Toutefois, ces systèmes sont généralement complexes, coûteux et peu fiables. Ils génèrent en outre un encombrement important.

Il a par ailleurs été proposé d’ajouter des freins dans le mini-manche pour assurer le secours mécanique. Par exemple, certains mini-manches de l’état de la technique intègrent deux freins magnétorhéologiques activables électroniquement. Lorsqu’ils sont activés, les deux freins exercent un effort résistif à l’encontre des déplacements du levier selon les axes de roulis et de tangage.

Un inconvénient majeur de ces mini-manches de l’état de la technique est la nécessité d’une alimentation électrique supplémentaire dédiée aux freins, différente de celle des moteurs de retour d’effort, par exemple une batterie ou une éolienne de secours (aussi dite RAT pour « ram air turbine »). En effet, lorsque la source de courant électrique habituelle des moteurs de retour d’effort est défaillante, il est nécessaire que les freins soient alimentés correctement. Une telle alimentation supplémentaire accroît la complexité du système de pilotage.

En outre, ces systèmes ne permettent pas d’assurer le secours mécanique dans le cas d’une panne affectant la chaîne de commande d’activation des freins. Par exemple, en cas d’indisponibilité électrique générale, les freins magnétorhéologiques ne fonctionnent pas. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION

Au regard de ce qui précède, il existe un besoin pour un manche de pilotage d’aéronef intégrant une voie de secours mécanique apte à empêcher que la rotation du levier ne soit libre, et donc à empêcher que le pilote ne perde tout retour d’effort, en cas d’indisponibilité électrique générale au niveau du manche de pilotage.

On souhaite élargir les cas de panne pour lesquels le manche de pilotage intègre une voie de secours, pour prendre notamment en charge les cas d’indisponibilité électrique générale et accroître la sécurité du vol.

On recherche un manche de pilotage avec une masse, un encombrement et une consommation électrique moindres par rapport aux manches de pilotage existants intégrant une voie de secours mécanique.

De préférence, le manche de pilotage recherché est dépourvu d’alimentation électrique supplémentaire dédiée à la voie de secours mécanique.

Il existe un besoin additionnel pour un manche de pilotage dans lequel les éléments réalisant le secours mécanique des moteurs de retour d’effort présentent une fiabilité accrue et une durée de vie satisfaisante.

Pour répondre à ces besoins, un premier objet de l’invention est un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’un aéronef, le manche de pilotage comprenant un arbre et un levier de commande configuré pour entraîner en rotation l’arbre autour d’un premier axe, le dispositif comprenant :

- un frein magnétique comportant : une pièce de freinage configurée pour être reliée à l’arbre, et un volume contenant un fluide rhéologique en contact avec la pièce de freinage, une résistance au cisaillement du fluide rhéologique étant variable en fonction d’un champ magnétique appliqué au fluide rhéologique,

- un moteur de retour d’effort configuré pour exercer un effort résistif s’opposant à la rotation de l’arbre autour du premier axe,

- une source de courant du moteur de retour d’effort, le dispositif comprenant en outre :

- un élément magnétique mobile présentant une position rapprochée du frein magnétique et une position éloignée du frein magnétique, l’élément magnétique mobile émettant dans la position rapprochée un champ magnétique au niveau du volume, l’élément magnétique mobile étant sollicité vers la position rapprochée,

- des moyens d’éloignement configurés pour maintenir l’élément magnétique mobile en position éloignée quand les moyens d’éloignement sont alimentés en courant électrique par la source de courant, et configurés pour ne pas maintenir l’élément magnétique mobile en position éloignée quand les moyens d’éloignement ne sont pas alimentés.

Le frein magnétique du dispositif d’application d’effort de l’invention est apte à exercer un effort résistif sur l’arbre, en cas de défaillance du moteur de retour d’effort, par exemple un moteur de roulis ou un moteur de tangage.

Les moyens d’éloignement - comprenant par exemple un solénoïde - de l’élément magnétique mobile partagent une même source de courant avec le moteur de retour d’effort. Ainsi, en cas de défaillance électrique ou de manque de courant affectant le moteur de retour d’effort, les moyens d’éloignement sont également affectés par cette défaillance et ne sollicitent plus l’élément magnétique vers la position éloignée du frein.

L’élément magnétique mobile étant par ailleurs sollicité vers la position rapprochée du frein, cet élément - qui est par exemple un aimant permanent - se rapproche du frein, et vient magnétiser un élément aimantable intégré dans le frein. Cet élément aimantable est ici un volume contenant un fluide rhéologique.

Le frein réalise alors sa fonction de secours mécanique, et empêche la rotation libre du levier de commande de l’aéronef.

Un avantage de ce dispositif d’application d’effort est qu’en cas de défaillance électrique du moteur de retour d’effort, le frein se déclenche de manière complètement automatique et passive, par l’intermédiaire du déplacement de l’élément magnétique mobile. Le dispositif d’application d’effort de l’invention est donc particulièrement avantageux pour prendre en charge une situation de manque de courant affectant le moteur de retour d’effort.

Un avantage additionnel est la faible consommation en courant de ce dispositif d’application d’effort, dans son mode nominal. Un courant électrique additionnel faible suffit, pour maintenir le frein prêt à être actionné.

On notera qu’il n’est pas nécessaire de fournir une alimentation électrique séparée dédiée à la commande du frein magnétique. Dans une variante possible, le frein n’est pas commandé électroniquement, et est actionné par le rapprochement de l’élément magnétique mobile.

Un autre avantage du dispositif d’application d’effort de l’invention est sa faible complexité mécanique. Les éléments supplémentaires (élément magnétique mobile, moyens d’éloignement dudit dispositif par rapport au frein) permettant la fonctionnalité du frein en cas de manque de courant peuvent être très simples et peu encombrants.

Selon un mode de fonctionnement possible, le dispositif d’application d’effort est configuré pour assurer un blocage complet du levier de commande en cas de défaillance électrique affectant le moteur, l’effort résistif exercé sur l’arbre par le frein magnétique étant suffisamment important pour bloquer l’arbre en rotation.

Le dispositif d’application d’effort de l’invention peut présenter en outre, de façon optionnelle et non limitative, les caractéristiques suivantes, prises seules ou en l’une quelconque des combinaisons techniquement possibles :

- le dispositif comprend en outre des moyens de rappel configurés pour exercer une force de rappel sur l’élément magnétique mobile tendant à déplacer l’élément magnétique en position rapprochée, la force de rappel étant inférieure à une force d’éloignement exercée sur l’élément magnétique mobile par les moyens d’éloignement quand les moyens d’éloignement sont alimentés.

- les moyens d’éloignement comprennent un solénoïde, le solénoïde étant de préférence placé à l’opposé du frein magnétique par rapport à l’élément magnétique mobile.

- les moyens d’éloignement comprennent un circuit magnétique définissant une cavité, le circuit étant agencé pour que la cavité reçoive l’élément magnétique mobile en position éloignée.

- le fluide rhéologique comprend un fluide magnétorhéologique ou une poudre magnétique.

- le manche de pilotage comprend un bâti, et le frein magnétique comprend une pièce fixe montée sur le bâti, la pièce fixe délimitant avec la pièce de freinage le volume contenant le fluide rhéologique.

- l’élément magnétique mobile comprend un aimant permanent.

- la pièce de freinage comprend un disque de frein s’étendant selon un plan d’extension, l’aimant permanent s’étendant le long d’un axe perpendiculaire au plan d’extension.

- l’élément magnétique mobile est apte à produire au niveau du volume un champ magnétique d’induction supérieure à un seuil compris entre 0,1 Tesla et 10 Tesla.

- le dispositif comprend en outre un électroaimant configuré pour générer un champ magnétique variable au niveau du volume de fluide rhéologique.

- le dispositif comprend en outre un joint mécanique solidaire en rotation du levier autour d’un deuxième axe, et un capteur d’effort configuré pour exercer un couple exercé sur le joint mécanique autour du deuxième axe.

- le levier de commande entraîne en outre en rotation un arbre supplémentaire autour d’un troisième axe, et le dispositif comprend en outre : un frein magnétique supplémentaire apte à exercer un effort résistif pour empêcher une rotation de l’arbre supplémentaire autour du troisième axe, ledit frein supplémentaire comprenant un volume de fluide rhéologique supplémentaire, un moteur de retour d’effort supplémentaire configuré pour exercer un effort résistif s’opposant à la rotation de l’arbre supplémentaire autour du troisième axe, un élément magnétique mobile supplémentaire présentant une position rapprochée du frein supplémentaire et une position éloignée du frein supplémentaire, l’élément magnétique mobile supplémentaire émettant dans la position rapprochée un champ magnétique dans le volume de fluide rhéologique supplémentaire, l’élément magnétique mobile supplémentaire étant sollicité vers la position rapprochée du frein supplémentaire, des moyens d’éloignement supplémentaires configurés pour maintenir l’élément magnétique mobile supplémentaire dans la position éloignée du frein supplémentaire.

Selon un deuxième objet, l’invention concerne un manche actif de pilotage comprenant un dispositif d’application d’effort tel que défini ci-avant, et comprenant en outre un levier de commande mobile en rotation autour d’un deuxième axe, la rotation de l’arbre autour du premier axe étant liée à la rotation du levier autour du deuxième axe.

De façon optionnelle et non limitative, ledit manche actif de pilotage peut présenter les caractéristiques suivantes, prises seules ou en l’une quelconque des combinaisons techniquement possibles :

- le manche comprend un arbre mobile en rotation autour d’un premier axe et relié à la pièce de freinage du dispositif d’application d’effort,

- le manche comprend en outre un calculateur configuré pour transmettre un signal de commande au moteur de retour d’effort, l’effort résistif exercé sur l’arbre par le moteur de retour d’effort au cours du fonctionnement du manche étant fonction d’une valeur de consigne d’effort encodée dans le signal de commande.

- la source de courant du moteur de retour d’effort est configurée pour alimenter en courant le calculateur, les moyens d’éloignement étant configurés pour être désactivés en cas de panne électrique affectant le calculateur.

Selon un troisième objet, l’invention se rapporte à un aéronef comprenant un tel manche actif de pilotage.

Selon un quatrième objet, l’invention se rapporte à l’utilisation d’un dispositif d’application d’effort tel que défini ci-avant au sein d’un manche de pilotage d’aéronef, afin d’empêcher, lors d’une panne affectant la source de courant du moteur de retour d’effort, une rotation de l’arbre autour du premier axe. DESCRIPTION GENERALE DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles :

La Figure 1 représente de façon fonctionnelle l’architecture d’ensemble d’un système de pilotage comprenant un manche de pilotage selon un mode de réalisation de l’invention.

La Figure 2 est une vue en perspective du levier de commande et du joint mécanique du système de pilotage représenté en Figure 1 .

La Figure 3 est une vue schématique de côté du manche du système de pilotage de la Figure 1 , ce manche intégrant un dispositif d’application d’effort et intégrant notamment deux moteurs de retour d’effort.

La Figure 4 est une vue en coupe d’un frein magnétique selon un exemple.

La Figure 5a est une vue schématique d’un dispositif d’application d’effort selon un mode de réalisation, dans laquelle un aimant permanent mobile du dispositif d’application d’effort est à une position éloignée du frein magnétique.

La Figure 5b est une vue schématique du même dispositif d’application d’effort, dans laquelle l’aimant permanent mobile dudit dispositif est à une position rapprochée du frein magnétique.

DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION

Dans toute la suite, on décrira des exemples relatifs à un manche de pilotage d’aéronef mobile en rotation selon un axe de roulis X et selon un axe de tangage Y. Le dispositif d’application d’effort de l’invention s’utilise toutefois, avec les mêmes avantages, en association avec un manche de pilotage mobile selon un ou plusieurs axes de déplacement différents d’un axe de rotation de roulis ou de tangage.

On entend dans toute la suite par « loi d’amortissement » du frein magnétique la relation entre la position angulaire du levier selon un axe de rotation et l’effort résistif produit à l’encontre d’un déplacement en rotation autour dudit axe, par exemple par un moteur de retour d’effort. On entend en outre par « loi d’effort » la relation entre la position du levier et l’effort total restitué sur le levier, qui peut être résistif ou moteur (cet effort total prenant en compte l’action d’un ou de plusieurs moteurs de retour d’effort et éventuellement l’action de freins).

Sur l’ensemble des figures et dans la description ci-après, les éléments similaires portent des références alphanumériques identiques. Architecture générale du manche de pilotage

On a représenté en Figure 1 une architecture fonctionnelle de système de pilotage d’un aéronef, l’aéronef étant notamment piloté selon un axe de roulis et selon un axe de tangage. Le système de pilotage représenté comprend notamment un mini-manche de pilotage. Le mini-manche se trouve typiquement dans le cockpit de l’aéronef.

Sur cette figure, les traits non fléchés entre deux unités fonctionnelles correspondent à des liaisons mécaniques. Les liaisons fléchées sont des liaisons électriques et/ou électroniques par lesquelles peuvent être transmises des données ou du courant électrique.

Le système comprend un levier 1 de commande. Le levier est monté rotatif selon un axe X de roulis et un axe Y de tangage du levier, les deux axes étant orthogonaux. Le pilote agit sur la position angulaire du levier selon l’axe de roulis et l’axe de tangage pour commander des parties mobiles de l’aéronef.

De préférence, le levier de commande 1 est monté sur un joint mécanique 12, par exemple sur une platine du joint mécanique. Le joint mécanique 12 peut être monté sur un carter solidaire du plancher de l’aéronef. Des éléments du joint mécanique 12 sont solidaires du levier 1 en rotation autour de l’axe de roulis X et des éléments du joint mécanique 12 sont solidaires du levier 1 en rotation autour de l’axe de tangage Y. Un exemple de joint mécanique 12 sera décrit ci-après.

Le système de pilotage comprend en outre un calculateur 15 et une unité 16 de commande de vol, ou FCS pour « Flight Control System ».

Des signaux électroniques de position du levier acquis par un capteur 18a de position angulaire du levier associé à l’axe de roulis X et un capteur 18b de position angulaire du levier associé à l’axe de tangage Y sont communiqués à l’unité de commande 16. De façon optionnelle, les capteurs 18a et 18b communiquent également des informations de vitesse de rotation du levier 1 selon les axes de roulis et de tangage. Les informations de position/vitesse du levier sont traduites par l’unité de commande 16 en signaux de commande de pilotage des parties mobiles de l’aéronef.

Conformément à l’invention, le manche de pilotage de la Figure 1 comprend en outre un dispositif d’application d’effort. Ici, le dispositif d’application d’effort est apte à exercer un effort résistif s’opposant à la rotation du levier selon l’axe de roulis et selon l’axe de tangage. Une fonction du dispositif d’application d’effort est d’assurer le retour d’effort ou « retour haptique » sur le manche, en réponse au maniement du levier 1 par le pilote.

Le dispositif d’application d’effort comprend un moteur de retour d’effort 13a associé à un arbre A1 d’axe A. L’arbre A1 est un arbre d’entraînement du moteur de retour d’effort 13a. L’arbre A1 est lié mécaniquement aux mouvements de rotation du levier 1 autour de l’axe de roulis X, ici via le joint mécanique 12. Lorsque le levier 1 pivote selon l’axe de roulis X, l’arbre A1 est entraîné en rotation autour de son axe A.

De même, le dispositif d’application d’effort comprend ici un moteur de retour d’effort 13b associé à un arbre d’entraînement A2 d’axe B. L’arbre A2 est lié à l’axe Y de tangage du levier. Les moteurs de retour d’effort 13a et 13b sont des moteurs électriques.

En alternative, le moteur de retour d’effort 13a pourrait être agencé pour agir directement sur l’axe X de roulis via son arbre d’entraînement. De même, le moteur de retour d’effort 3b pourrait être agencé pour agir directement sur l’axe Y de tangage.

De manière optionnelle et avantageuse, les moteurs de retour d’effort 13a et 13b sont des moteurs à entraînement direct, ou direct drive selon la terminologie anglosaxonne courante. Les moteurs agissent directement sur le joint mécanique, sans réduction de vitesse ou renvoi d’angle.

De plus, les moteurs de retour d’effort sont de préférence des moteurs couple, capables de transmettre un couple rotatif important sur les arbres même en cas de blocage rotor. On utilise par exemple des moteurs à faible vitesse de rotation et à fort couple rotatif.

De préférence, le couple rotatif exercé par les moteurs de retour d’effort est contrôlé en fonction d’une information de vitesse de rotation du levier ou de position du levier.

Le calculateur 15 assure la commande de l’effort résistif fourni par les moteurs de retour d’effort 13a et 13b à l’encontre des mouvements de rotation du levier 1 respectivement selon l’axe de roulis X et l’axe de tangage Y. Le calculateur 15 génère et transmet aux moteurs un signal de commande encodant une consigne d’effort, par exemple une consigne de couple résistif produit par les moteurs.

Le calculateur 15 comprend une interface électronique pour recevoir des signaux comportant des informations de position/vitesse du levier et transmettre ces informations à l’unité de commande 16. La consigne d’effort est déterminée en fonction des informations de position/vitesse du levier et/ou en fonction d’autres données. La consigne d’effort est par exemple calculée selon une loi d’effort prédéterminée enregistrée dans une mémoire de l’unité de commande. La détermination de la consigne d’effort est réalisée par l’unité de commande 16 et/ou par le calculateur 15.

Le dispositif d’application d’effort comprend un premier frein magnétique 2a agissant sur l’arbre A1 et un deuxième frein magnétique 2b agissant sur l’arbre A2. Le frein magnétique 2a et le frein magnétique 2b sont aptes à exercer un effort résistif s’opposant à la rotation du levier, respectivement selon l’axe de roulis et selon l’axe de tangage, lorsque lesdits freins sont activés. Dans le présent exemple, les freins magnétiques 2a et 2b admettent directement comme arbres d’entrée respectifs les arbres A1 et A2 associés aux moteurs de retour d’effort 13a et 13b. Les freins magnétiques sont ainsi en prise directe sur les arbres d’entraînement des moteurs de retour d’effort.

Chaque frein magnétique comprend un élément aimantable propre à être aimanté lorsqu’un champ magnétique lui est appliqué. Comme il sera vu ci-après, les interactions magnétostatiques entre l’élément aimantable et, par exemple, un aimant permanent sont de nature à freiner ou à bloquer la rotation relative de l’arbre d’entrée et de l’arbre de sortie du frein magnétique.

Dans l’exemple de réalisation décrit ci-après, l’élément aimantable est un fluide rhéologique. Le fluide rhéologique est un fluide dont la résistance au cisaillement est variable en fonction du champ magnétique qui lui est appliqué. Le fluide rhéologique sera, dans la suite, un fluide magnétorhéologique dont des particules en suspension s’alignent avec les lignes de champ du champ magnétique appliqué. En alternative, le fluide rhéologique peut être une poudre magnétique. De manière encore alternative, on peut utiliser un disque en matériau ferromagnétique, propre à acquérir de façon réversible une aimantation en réponse à un champ magnétique appliqué.

On a également représenté sur la Figure 1 une source de courant 14 fournissant un courant électrique au moteur de retour d’effort 13a. Ici, la source de courant 14 fournit également un courant électrique au moteur de retour d’effort 13b.

En cas de dysfonctionnement affectant la source de courant 14 (par exemple en cas de panne électrique localisée sur cette source de courant, ou encore de panne électrique généralisée), le moteur de retour d’effort 13a n’est pas apte à exercer l’effort résistif souhaité sur le levier de commande 1 pour s’opposer au pivotement de ce dernier selon l’axe de roulis X. Le retour haptique ressenti par le pilote est donc affecté.

Comme il sera vu ci-après, le frein magnétique 2a est configuré pour exercer un effort résistif sur l’axe de roulis X en cas de panne affectant la source de courant 14, par l’intermédiaire de la désactivation des moyens d’éloignement 5a. Les moyens d’éloignement agissent sur la position d’un élément magnétique mobile. Ce dernier élément active le frein magnétique 2a lorsque ledit dispositif et ledit frein sont suffisamment proches. Le frein magnétique 2a forme une voie de secours mécanique pour le moteur de retour d’effort 13a.

Les moyens d’éloignement 5a sont alimentés en courant par la source de courant 14 et subissent donc un dysfonctionnement affectant la source de courant 14. De même, le frein magnétique 2b forme une voie de secours mécanique pour le moteur de retour d’effort 13b, par l’intermédiaire de la désactivation des moyens d’éloignement 5b qui sont alimentés en courant électrique par la source de courant 14.

En alternative, une première source de courant pourrait alimenter le moteur de retour d’effort 13a et les moyens d’éloignement 5a, et une deuxième source de courant pourrait alimenter le moteur de retour d’effort 13b et les moyens d’éloignement 5b.

Un avantage important de cette construction est que les freins magnétiques se déclenchent automatiquement, de manière passive, en cas de panne affectant la source de courant 14. Ainsi, lors d’une panne qui affecte l’alimentation électrique des moteurs de retour d’effort, le secours mécanique (ou « back-up ») des moteurs est assuré sans aucune intervention humaine ni sans nécessité de paramétrer une commande spécifique des freins magnétiques.

Il n’est pas nécessaire de prévoir des unités d’alimentation électrique additionnelles, de « secours », pour activer les freins magnétiques. En effet, les freins magnétiques sont actionnés par le manque de courant au niveau de la source de courant 14.

De manière avantageuse, la source de courant 14, sur laquelle sont branchés les moteurs de retours d’effort 13a et 13b réalise également l’alimentation électrique du calculateur 15. Par exemple, les moteurs de retour d’effort 13a et 13b sont directement alimentés par le calculateur 15 lui-même.

Dans ce cas, une rupture ou une défaillance de l’alimentation électrique du calculateur 15 impactent l’alimentation électrique des moteurs de retour d’effort d’une part, et l’alimentation électrique des moyens d’éloignement d’autre part. Ainsi, les freins magnétiques 2a et 2b interviennent comme secours mécanique non seulement en cas de perte d’alimentation des moteurs, mais aussi en cas de perte d’alimentation du calculateur. Là encore, l’actionnement des freins magnétiques en cas de défaillance du calculateur est passif et ne nécessite ni intervention humaine, ni un organe de commande spécifique.

De façon optionnelle, le système de pilotage comprend également des capteurs d’effort 17a et 17b mesurant respectivement la force exercée par le pilote sur le levier 1 selon l’axe X et selon l’axe Y. Il peut s’agir de tous types de capteurs d’effort connus, par exemple de capteurs capacitifs, piézoélectriques ou résistifs.

De tels capteurs sont notamment utiles si le système de pilotage comprend un mode de pilotage en effort. Dans un tel mode, le levier 1 est immobilisé en rotation autour de l’axe de roulis X et de l’axe de tangage Y. L’unité de commande 16 calcule alors des signaux de commande des parties mobiles de l’aéronef en fonction des efforts appliqués sur le levier 1 par le pilote.

Dans une architecture alternative, les moteurs de retour d’effort 13a et 13b pourraient être omis du dispositif d’application d’effort. Les freins magnétiques 2a et 2b peuvent alors être associés à des électroaimants émettant un champ magnétique variable, pour exercer un effort résistif prédéterminé en fonction de la position et/ou de la vitesse du levier 1. L’effort résistif dépend d’un champ magnétique émis par les électroaimants, ce champ étant déterminé, par exemple par l’unité de commande 16, selon une loi d’amortissement.

La Figure 2 représente la partie supérieure d’un manche de pilotage d’un exemple de réalisation conforme à l’architecture de la Figure 1, selon une vue en perspective sur laquelle les pièces intérieures d’un joint mécanique sont visibles.

Le levier 1 est agencé sur un joint mécanique 12 fixé à un carter 11 solidaire d’un bâti de l’aéronef. Le joint mécanique 12 est mobile en rotation par rapport au carter selon les axes X et Y. Les moteurs de retour d’effort 13a et 13b (non visibles sur la Figure 2) sont ici déportés du levier. Les freins magnétiques 2a et 2b sont eux aussi déportés du levier.

Le levier 1 est libre à une extrémité, de sorte à pouvoir être manipulé par le pilote de l’aéronef. Le levier 1 est fixé à une première platine 121 du joint mécanique 12 à l’autre extrémité. La première platine 121 est mobile en rotation selon l’axe X et selon l’axe Y et est liée à une deuxième platine 122 du joint mécanique 12. L’axe X est lié à la première platine 121, de sorte qu’un pivotement de la première platine 121 autour de l’axe Y fait pivoter l’axe X autour de l’axe Y.

Le joint mécanique 12 est relié aux arbres A1 et A2 servant d’arbres d’entraînement aux moteurs de retour d’effort 13a et 13b respectifs (non illustrés). L’arbre A1 s’étend le long de l’axe A et l’arbre A2 s’étend le long de l’axe B. Dans le présent exemple, deux transmissions, comprenant chacune un joint de Cardan, traduisent un mouvement de rotation du levier 1 selon l’axe X, respectivement selon l’axe Y, en un mouvement de rotation de l’arbre A1 autour de l’axe A, respectivement de l’arbre A2 autour de l’axe B.

Les moteurs de retour d’effort 13a et 13b sont en prise directe sur le joint mécanique 12 via leurs arbres d’entraînement respectifs. Les moteurs de retour d’effort transmettent au levier, via le joint mécanique, un effort résistif ou moteur en réponse aux mouvements de pivotement du levier 1 par le pilote, selon une loi d’effort ou une loi d’amortissement prédéterminée. Pour un exemple détaillé de structure du joint mécanique 12 et de liaison mécanique entre ce joint et les moteurs de retour d’effort, on pourra se référer à la Figure 1 du document FR 3 011 815 et à la description y afférente.

La Figure 3 illustre le manche de pilotage de la Figure 2 vu de côté.

Sur la Figure 3, le levier de commande 1 se trouve dans une position neutre ou « point neutre ». Dans cette position du levier, les commandes de pilotage n’agissent ni en roulis, ni en tangage sur les surfaces de contrôle de l’aéronef. Le levier 1 est monté sur la cabine du cockpit au niveau d’un socle présentant un soufflet 51 .

Sur la Figure 3, a été représenté en traits pointillés la position des moteurs de retour d’effort 13a et 13b. Les deux moteurs de retour d’effort 13a et 13b sont, dans cet exemple, de dimensions identiques.

Le socle du levier de commande 1 comporte un boîtier 50 fixe par rapport au bâti de l’aéronef. Les éléments réalisant la voie de secours mécanique des moteurs, notamment les freins magnétiques, sont ici situés sous les moteurs à l’intérieur du boîtier 50. Les arbres d’entraînement A1 et A2 se prolongent à l’intérieur du boîtier 50.

Dans cet exemple, les freins magnétiques sont donc situés à l’opposé du joint mécanique par rapport aux moteurs de retour d’effort.

Frein magnétique

La Figure 4 représente un frein magnétique 2a selon un exemple. Le frein magnétique 2a est illustré selon une vue en coupe passant par l’axe A de l’arbre A1. L’arbre A1 sert d’arbre d’entrée du frein magnétique 2a.

Le frein comprend une enceinte 24 de forme générale cylindrique. L’enceinte 24 est centrée sur l’axe A. Le frein comprend également un arbre de sortie 23. De préférence, l’arbre de sortie est coaxial à l’arbre d’entrée.

Ici, l’arbre A1 est entraîné par le moteur de retour d’effort 13a et l’arbre de sortie 23 est relié au bâti du manche de pilotage. L’arbre A1 est donc mobile en rotation autour de l’axe A par rapport à l’arbre de sortie 23.

Le frein comprend une pluralité de disques de frein. Les disques de frein sont compris entre une première paroi étanche 211 et une deuxième paroi étanche 212 de l’enceinte 24. Les disques de frein comprennent une première série de disques solidaires en rotation avec l’arbre A1 et une deuxième série de disques solidaires en rotation avec l’arbre de sortie 23. Les disques de frein sont percés en leur centre et centrés sur l’axe A. Le long de l’axe A, les disques de la première série de disques alternent avec les disques de la deuxième série de disques.

On a représenté en particulier sur la Figure 4 un premier disque 201 solidaire de l’arbre A1 et un deuxième disque 202 solidaire de l’arbre de sortie 23 (donc fixe par rapport au bâti ici). Le premier disque 201 fait face au deuxième disque 202.

Entre les faces latérales du premier disque 201 et du deuxième disque 202, on ménage un volume étanche 220 adapté pour recevoir le fluide magnétorhéologique 22. Le volume étanche 220 est délimité par le premier disque 201 et le deuxième disque 202.

Au cours du fonctionnement du manche de pilotage, le fluide magnétorhéologique

22 est à l’état liquide. L’étanchéité du volume étanche est de préférence assurée par des joints d’étanchéité au niveau d’entretoises entre les disques. Le fluide magnétorhéologique peut être admis à l’intérieur du volume étanche par l’intermédiaire de canaux de remplissage non représentés.

De la même manière, d’autres volumes étanches sont ménagés entre les faces latérales d’autres disques de frein. Le fluide magnétorhéologique 22 est contenu dans lesdits volumes étanches.

Lorsque l’arbre A1 pivote autour de l’axe A, les disques solidaires à l’arbre A1 de la première série de disques pivotent par rapport aux disques solidaires à l’arbre de sortie

23 de la deuxième série de disques, en cisaillant le fluide magnétorhéologique contenu dans les volumes étanches.

Sous l’effet d’un champ magnétique appliqué, le fluide magnétorhéologique est aimanté. A l’intérieur du fluide magnétorhéologique, des particules en suspension dans un fluide porteur (typiquement des particules métalliques) s’alignent sous forme de chaînes de particules parallèles aux lignes de champ du champ magnétique appliqué. La résistance du fluide magnétorhéologique au cisaillement est accrue sous l’effet du champ magnétique appliqué.

Le fluide magnétorhéologique 22 tend ainsi à empêcher la rotation du premier disque 201 par rapport au deuxième disque 202. Le frein à l’état activé s’oppose donc à la rotation de l’arbre A1 par rapport au bâti de l’aéronef.

Le couple résistant exercé par le fluide magnétorhéologique aimanté est très supérieur au couple résistant exercé par le fluide magnétorhéologique non aimanté.

Dans l’exemple de la Figure 4, le frein magnétique 2a est associé en outre à un électroaimant 3 configuré pour exercer un champ magnétique variable au niveau des volumes étanches de fluide magnétorhéologique, de sorte à faire varier la résistance au cisaillement du fluide magnétorhéologique. L’électroaimant 3 est par exemple disposé sur un côté du frein magnétique 2a, près des volumes étanches contenant le fluide magnétorhéologique. L’électroaimant 3 est typiquement utilisé pour simuler une loi d’amortissement, en fonctionnement normal du manche.

On a représenté en pointillés une ligne M de champ magnétique généré lorsqu’un courant électrique circule aux bornes de l’électroaimant 3.

En alternative, l’électroaimant 3 peut être omis et la résistance au cisaillement du fluide magnétorhéologique peut alors être uniquement modulée en fonction de la position de l’aimant permanent mobile 4 qui sera décrit ci-après.

Un avantage de l’exemple de frein magnétique illustré sur la Figure 4 est son faible encombrement. Le frein magnétique 2a couple et découple sur commande les mouvements de rotation de l’arbre A1 et de l’arbre de sortie 23 autour de leurs axes respectifs, par l’intermédiaire d’un faible nombre de composants mécaniques. Ce frein magnétique présente en outre de bonnes performances de transmission du couple résistif.

De préférence, le dispositif d’application d’effort est dépourvu d’organes de transmission mécanique, par exemple des éléments de renvoi d’angle ou des éléments réalisant une réduction de vitesse, entre le frein magnétique 2a et l’arbre A1 du moteur de retour d’effort 13a. Notamment, le dispositif d’application d’effort est préférentiellement dépourvu de renvois d’angle entre le frein magnétique et le moteur de retour d’effort.

Des avantages de cette construction sont un encombrement réduit du frein magnétique, une bonne transmission du couple résistif sur le levier et une bonne ergonomie générale du mini-manche intégrant ce dispositif, du fait de l’absence de variations de couple parasites.

Un avantage additionnel est l’absence de pièces supplémentaires génératrices de friction entre le frein magnétique et l’arbre moteur. La durée de vie du frein magnétique est améliorée et la présence du dispositif d’application d’effort a un impact peu important sur les plages de débattement angulaire du levier.

En alternative, des renvois d’angle ou des pièces réalisant une réduction de vitesse de rotation peuvent être prévus, entre le ou les arbre(s) d’entrée d’un frein magnétique ou des deux freins et le ou les arbre(s) d’entraînement du ou des moteur(s) de retour d’effort.

Dispositif magnétique mobile et moyens de déplacement de l’élément magnétique mobile

La Figure 5a illustre schématiquement des éléments d’un dispositif d’application d’effort conforme à l’architecture de la Figure 1 . Cette figure illustre un état du dispositif en cours de fonctionnement normal du manche de pilotage. On a représenté le frein magnétique 2a assurant le secours mécanique du moteur de retour d’effort 13a (non illustré sur la figure), ainsi que des moyens d’actionnement du frein magnétique 2a.

Pour plus de concision, on décrira uniquement dans la suite le frein magnétique 2a et les moyens d’actionnement qui lui sont associés. On comprendra que dans le cas où le dispositif d’application d’effort comporte un autre frein, tel que le frein magnétique 2b, ce dernier est de préférence associé à des moyens d’actionnement similaires.

Les moyens d’actionnement du frein comprennent ici un électroaimant 3, un aimant permanent mobile 4, des moyens 5a d’éloignement de l’aimant permanent mobile par rapport au frein magnétique, un circuit magnétique 6 et des moyens de rappel de l’aimant.

L’aimant permanent mobile 4 est, dans le présent exemple, une barrette aimantée rectiligne comprenant un pôle Nord référencé N sur la figure, et un pôle Sud référencé S. La barrette rectiligne s’étend longitudinalement le long d’un axe C.

De préférence, l’axe C est perpendiculaire par rapport aux plans d’extension des disques de frein du frein magnétique 2a. L’un de ces plans porte la référence P sur la Figure 5a. Ainsi, le champ magnétique produit par l’aimant permanent mobile 4 au niveau des disques de frein est sensiblement dirigé orthogonalement aux surfaces desdits disques dans la zone contenant le fluide magnétorhéologique.

L’aimant permanent mobile 4 constitue un élément magnétique mobile. D’autres dispositifs mobiles aptes à émettre un champ magnétique peuvent être utilisés en complément ou à la place de l’aimant permanent mobile 4.

En fonction de la distance entre l’aimant permanent mobile 4 et le fluide magnétorhéologique contenu dans le frein magnétique 2a, le champ magnétique appliqué dans les volumes occupés par le fluide magnétorhéologique est plus ou moins intense. L’effort résistif exercé par ledit frein sur l’arbre A1 est donc plus ou moins important selon ladite distance.

L’aimant permanent mobile 4 est associé à des moyens de rappel compris dans le dispositif d’application d’effort, qui tendent à rapprocher l’aimant du frein magnétique 2a. Ici, les moyens de rappel sont constitués d’un ressort 7.

Une première extrémité du ressort 7 est reliée à l’aimant permanent mobile 4, typiquement en un point situé au milieu de l’aimant permanent mobile 4 si ce dernier est une barrette aimantée. Une deuxième extrémité du ressort 7 est reliée à une pièce solidaire du bâti de l’aéronef.

Dans la position illustrée sur la Figure 5a, le ressort 7 travaille en détente et exerce une force de rappel qui tend à pousser l’aimant vers le frein magnétique 2a. Dans un mode de réalisation alternatif, on peut utiliser un deuxième aimant permanent pour solliciter l’aimant permanent mobile 4 dans une position rapprochée du frein. Tout moyen apte à solliciter l’aimant permanent mobile 4 vers la position rapprochée, ne nécessitant pas une alimentation électrique pour exercer cette sollicitation sur l’aimant permanent, peut être utilisée en combinaison ou à la place des moyens de rappel.

En outre, l’aimant permanent mobile 4 est associé à des moyens d’éloignement compris dans le dispositif d’application d’effort, qui tendent à éloigner l’aimant du frein magnétique 2a.

Les moyens d’éloignement maintiennent l’élément magnétique mobile (ici l’aimant) en position éloignée du frein magnétique 2a lorsque les moyens d’éloignement sont alimentés en courant électrique, comme illustré sur la Figure 5a.

L’aimant étant en position éloignée du frein magnétique 2a, le champ magnétique appliqué au niveau des volumes occupés par le fluide magnétorhéologique du frein magnétique 2a est insuffisant pour aimanter ledit fluide magnétorhéologique.

Les moyens d’éloignement sont ici constitués par le solénoïde 5a. La polarité magnétique du solénoïde est choisie de sorte que, lorsqu’un courant électrique circule aux bornes du solénoïde, ce dernier exerce une force magnétostatique sur l’aimant permanent mobile 4 qui tend à le contenir dans la zone où le solénoïde 5a crée un champ magnétique, c’est-à-dire de sorte à exercer une force de rappel de l’aimant permanent mobile 4 vers le solénoïde 5a.

Lorsque le solénoïde est parcouru par un courant électrique, il travaille à l’encontre des moyens de rappel, ici à l’encontre du ressort. L’induction du champ magnétique généré par le solénoïde augmente avec l’intensité du courant électrique qui le traverse.

Le solénoïde est dimensionné de sorte que la force magnétostatique qu’il exerce sur l’aimant permanent mobile 4 selon la direction d’élongation du ressort soit supérieure à la force de rappel exercée par le ressort.

Le solénoïde 5a est alimenté par la même source de courant électrique que le moteur de retour d’effort 13a, c’est-à-dire la source de courant 14 (non illustrée sur la Figure 5a).

A titre d’exemple, une liaison électrique relie le solénoïde 5a et le moteur de retour d’effort 13a et le solénoïde est alimenté en courant via cette liaison électrique. De préférence, le solénoïde est placé à l’opposé du frein magnétique 2a par rapport à l’élément magnétique mobile, c’est-à-dire ici par rapport à l’aimant permanent mobile 4.

De façon avantageuse, le solénoïde 5a est associé à un circuit magnétique 6.

Le circuit magnétique 6 est solidaire du bâti de l’aéronef. Lorsque l’aimant permanent mobile 4 est situé au voisinage du circuit magnétique 6, le circuit magnétique 6 canalise le champ magnétique produit par l’aimant permanent mobile 4.

Dans le présent exemple, le circuit magnétique 6 présente une forme de U et comprend un corps central rectiligne au niveau duquel le solénoïde 5a est positionné, ainsi que deux branches latérales. Le circuit magnétique 6 s’étend ainsi de part et d’autre du solénoïde 5a. Les deux branches latérales s’étendent depuis le corps central vers le frein.

La distance entre les deux branches latérales du circuit magnétique 6 est supérieure à la longueur de l’aimant permanent mobile 4 selon l’axe C. Les deux branches latérales définissent ainsi une cavité, dans laquelle l’aimant permanent mobile 4 est reçu lorsque l’aimant est en position éloignée du frein magnétique 2a.

Lorsque le champ magnétique de l’aimant est canalisé par le circuit magnétique 6, l’aimant permanent mobile 4 émet un champ magnétique négligeable au niveau des volumes occupés par le fluide magnétorhéologique dans le frein magnétique 2a.

Ainsi, le circuit magnétique 6 assure que, lorsque l’aimant permanent mobile 4 est dans une position éloignée du frein magnétique 2a telle que la position illustrée en Figure 5a, l’aimant permanent mobile 4 ne participe pas à aimanter le fluide magnétorhéologique.

En alternative, le dispositif d’application d’effort peut être dépourvu de circuit magnétique. La plage de déplacement de l’aimant permanent mobile 4 doit alors être suffisamment importante pour que l’aimant puisse atteindre, sous l’action des moyens d’éloignement, une position suffisamment distante du frein magnétique 2a pour que le champ magnétique exercé sur le fluide magnétorhéologique par l’aimant soit négligeable.

L’électroaimant 3 est optionnel et permet de simuler une loi d’amortissement sur le levier par l’intermédiaire du frein magnétique 2a, au cours du fonctionnement normal du manche de pilotage. L’électroaimant 3 est disposé au voisinage des disques de frein contenus dans le frein magnétique 2a. L’électroaimant 3 émet un champ magnétique variable en fonction du courant électrique appliqué à ses bornes.

De préférence, l’électroaimant 3 est fixé à un carter de l’aéronef. L’électroaimant 3 est ainsi solidaire du bâti de l’aéronef.

Si le frein magnétique 2a est utilisé uniquement en secours mécanique ou « back- up » du moteur de retour d’effort 13a, l’électroaimant 3 n’est pas nécessaire. La Figure 5b illustre schématiquement le frein magnétique 2a et les moyens d’actionnement, dans une position distincte de celle illustrée sur la Figure 5a.

Sur la Figure 5b, le frein magnétique 2a est actionné. La position actionnée du frein correspond à une panne électrique affectant le moteur de retour d’effort 13a (non illustré sur la figure).

Dans l’état représenté sur la Figure 5b, la source de courant 14 est dysfonctionnelle. Le moteur de retour d’effort 13a et les moyens d’éloignement 5a (ici le solénoïde) sont donc en situation de manque de courant.

Le solénoïde est inactivé et n’exerce donc pas de force magnétostatique sur l’aimant permanent mobile 4. L’aimant permanent 4 n’est pas sollicité par le solénoïde dans un sens d’éloignement par rapport au frein magnétique 2a.

Sous la sollicitation des moyens de rappel, ici du ressort 7 qui travaille en détente, l’aimant permanent mobile 4 atteint, à l’équilibre, une position rapprochée du frein magnétique 2a.

L’aimant permanent mobile 4 n’est donc pas maintenu éloigné du frein lorsque les moyens d’éloignement, ici le solénoïde, ne sont pas alimentés en courant.

Dans la position rapprochée du frein magnétique 2a, l’aimant permanent mobile 4 génère un champ magnétique traversant le fluide magnétorhéologique. Ce champ fige ledit fluide et réalise le blocage des disques. De préférence, l’aimant est apte à produire au niveau des volumes occupés par le fluide magnétorhéologique un champ magnétique d’induction supérieure à un seuil prédéterminé, compris entre 0,1 Tesla et 10 Tesla. Le seuil prédéterminé correspond au champ nécessaire pour aimanter le fluide magnétorhéologique et coupler l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie du frein magnétique 2a.

Du fait de la rupture ou de la défaillance de fourniture de courant électrique au solénoïde, le frein magnétique 2a est déclenché de manière passive. Un effort résistif, opposé à la rotation du levier 1 autour de l’axe de roulis X, est exercé sur l’arbre A1.

Exemple de fonctionnement du dispositif d’application d’effort

On décrit ici un fonctionnement du manche de pilotage intégrant le dispositif d’application d’effort conforme aux Figures 5a et 5b, à la suite d’un événement de panne affectant une source de courant du moteur de retour d’effort 13a de roulis. Le frein magnétique 2a vient alors en secours mécanique du moteur de retour d’effort 13a pour empêcher une rotation du levier du manche de pilotage autour de l’axe de roulis X. On comprendra que si le dispositif d’application d’effort comprend un moteur de retour d’effort 13b de tangage et un frein associé, le fonctionnement du dispositif d’application d’effort est similaire pour le secours mécanique du moteur de tangage.

Juste avant la survenance de l’événement de panne, le dispositif est dans l’état représenté en Figure 5a.

Lors de la défaillance électrique affectant la source 14 de courant, ici lors d’une indisponibilité électrique généralisée, les moyens d’éloignement 5a sont affectés au même titre que le moteur de retour d’effort 13a. En alternative, l’événement de panne peut être une défaillance dans le traitement ou la communication des signaux de commande comportant la consigne d’effort pour le moteur. Les moyens d’éloignement 5a n’exercent alors pas une force d’éloignement suffisante sur l’aimant permanent 4 pour le maintenir en position éloignée du frein. Les moyens d’éloignement 5a sont par exemple coupés.

Le ressort 7, quant à lui, n’est pas affecté par la défaillance électrique. La force de rappel exercée selon la direction D (visible sur la Figure 5b) sur l’aimant permanent 4 est donc maintenue. Il en résulte un déplacement de l’aimant vers le frein.

La plage de déplacement de l’aimant est dimensionnée de sorte que l’aimant atteigne une position où il exerce un champ magnétique important sur le fluide magnétorhéologique du frein magnétique 2a.

Notamment, dans le cas où le dispositif d’application d’effort comporte un circuit magnétique 6, l’aimant permanent 4 est déplacé hors du circuit magnétique lors de la rupture d’alimentation électrique des moyens d’éloignement 5a.

Sous l’action de ce champ magnétique, le fluide magnétorhéologique à l’intérieur du frein magnétique 2a voit sa résistance au cisaillement accrue. Le frein est activé.

Le frein est dimensionné de telle sorte qu’à la suite de son activation, le levier soit bloqué en pivotement selon l’axe de roulis, sous l’effet de la résistance au cisaillement du fluide magnétorhéologique. De préférence, le dispositif d’application d’effort dispose d’un autre frein pour bloquer également le levier selon l’axe de tangage.

De façon optionnelle, une fois bloqué, le manche de pilotage passe dans un mode de pilotage en effort.

Dans le mode de pilotage en effort, le capteur 17a d’effort de roulis et le capteur 17b d’effort de tangage prennent le relais des capteurs 18a et 18b de position et/ou de vitesse sur les axes de roulis et de tangage du levier, pour le pilotage des parties mobiles de l’aéronef. Le levier demeure bloqué pendant la durée du mode de pilotage en effort. Le mode de pilotage en effort peut ensuite être désactivé dès lors que la défaillance électrique affectant la source de courant du moteur de retour d’effort est résolue.

Le frein magnétique forme ainsi une voie de secours mécanique, empêchant le manche de pilotage de basculer dans un mode où le pilote peut pivoter librement le levier. Le frein magnétique est apte à bloquer la chaîne cinématique du levier.

En alternative, il est possible d’intégrer le frein magnétique à la loi d’effort exercée sur le levier en cas de fonctionnement normal du manche de pilotage. Le frein magnétique n’est alors pas activé uniquement en cas de rupture d’alimentation électrique des moyens d’éloignement de l’aimant permanent. Le frein participe au retour d’effort, en complément des moteurs électriques de retour d’effort.

Le fonctionnement du dispositif d’application d’effort décrit ci-avant est avantageux car l’actionnement du ou des freins magnétiques en cas de défaillance électrique est passif. Aucune intervention humaine, ni aucun organe de commande spécifique qui devrait disposer de sa propre alimentation électrique séparée, ne sont nécessaires.