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Intérêt de la transmission hydraulique

par Marcel GUILLONIngénieur Civil de l’AéronautiqueIngénieur-ConseilAncien Directeur Technique de Air Équipement

Pourquoi l’hydraulique ? ans les machines et les installations industrielles, pour transporter l’énergiejusqu’à son point d’utilisation, on emploie :

— des vecteurs mécaniques : arbres, courroies, pignons, etc. ;— le vecteur électricité ;— des vecteurs fluides :

• des gaz, on parle alors de pneumatique,• des liquides, on parle alors d’hydraulique.

Dans un certain nombre de cas, et très souvent lorsqu’i l s’agitd’asservissements de puissance, l’hydraulique apporte la meilleure solution.C’est la démonstration de cette affirmation qui constitue le sujet du présentarticle.

Ces dernières années, dans l’industrie (machine-outil, robotique, etc.), l’hydrau-lique a reculé au profit de l’électricité. On peut trouver à ce recul de multiplesraisons :

— effet d’entraînement des progrès foudroyants de l’électronique (pourquoine pas confier aussi à l’électricité les fonctions de puissances ?) ;

— progrès spectaculaire des moteurs électriques : aimants aux terres rares(samarium-cobalt) et moteurs à commutation électronique (brushless motor) ;

— manque dramatique de compétences hydrauliques, surtout en France(notre système d’enseignement n’est-il pas responsable ?) ;

— mauvaise réputation de l’hydraulique, fille des préjugés et del’incompétence (l’hydraulique ça fuit, c’est sale, ça gaspille de l’énergie, c’estcapricieux et inaccessible au calcul !) ;

— effet de mode (l’hydraulique, c’est périmé !).

1. Comment utilise-t-on l’hydraulique ? ................................................. B 6 070 - 21.1 Dans quels récepteurs (moteurs) ? ............................................................ — 21.2 Avec quel pilotage ? .................................................................................... — 21.3 Pour remplir quelles fonctions ? ................................................................ — 3

1.3.1 Commande ou asservissement ......................................................... — 31.3.2 Asservissement en position à entrée mécanique ou électrique..... — 31.3.3 Asservissements en vitesse, en force, en pression ......................... — 5

2. Points forts de l’asservissement hydraulique ................................. — 62.1 Performances dynamiques ......................................................................... — 62.2 Puissance massique .................................................................................... — 62.3 Adaptabilité à une large plage d’impédances mécaniques de sortie ..... — 72.4 Aptitude à la construction de systèmes redondants ................................ — 72.5 Aptitude au fonctionnement en environnement hostile .......................... — 72.6 Prix de ces avantages.................................................................................. — 7

Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. B 6 090

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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 6 070 − 1


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S’il existe effectivement actuellement de bonnes raisons pour une rectifica-tion de frontière entre les domaines de l’hydraulique et de l’électricité, l’hydrau-lique n’en reste pas moins irremplaçable dans un grand nombre de secteurs :du freinage automobile à la stabilisation des plates-formes off shore, en pas-sant par l’univers des engins agricoles et de travaux publics, ou le pilotage desavions modernes.

De plus, l’alliance hydraulique-électronique-informatique ouvre des secteursnouveaux en permettant de répondre à des besoins que l’on avait à peine oséformuler jusqu’à maintenant, par exemple la suspension active des véhicules,le contrôle actif généralisé des aéronefs, etc.

1. Comment utilise-t-onl’hydraulique ?

1.1 Dans quels récepteurs (moteurs) ?

De manière très classique, on classe les récepteurs hydrauliquesen deux grandes familles. (0)

Les trois principes d’utilisation les plus courants des récepteurshydrostatiques sont présentés dans le tableau 1 avec leursprincipaux avantages et inconvénients.

Retenons que tous les asservissements performants actuelsfonctionnent suivant le troisième principe malgré de considérablesefforts de développement dans les deux autres voies, effortsessentiellement motivés par des considérations d’économied’énergie.

1.2 Avec quel pilotage ?

Jusqu’à la fin des années 50, le pilotage manuel est la règle.Regardons actuellement encore une cabine d’engin de travauxpublics avec ses 6, 8 ou 10 leviers et pédales commandant direc-tement ou à distance autant de distributeurs hydrauliques, la plu-part proportionnels, et exceptionnellement une commandeséquentielle ou automatique directe ou avec relais électrique(solénoïde).

(0)

À la fin des années 50 naît l’électrohydraulique avec la création,pour les besoins de l’espace, de la servovalve, très vite adoptéedans tous les domaines industriels, pour la résolution deproblèmes délicats.

À partir des années 70 apparaissent de nouveaux systèmes : descalculateurs, renseignés par des programmes, des consignesaffichées et des détecteurs, élaborent des ordres électriquesadressés aux distributeurs électrohydrauliques (électrovalves,servovalves, distributeurs proportionnels), qui alimentent eux-mêmes les organes de puissance (moteurs, vérins). Ces systèmesne se limitent pas à greffer un pilotage intelligent sur une hydrauliquefigée. Du fait de la richesse des possibilités qu’ils offrent, ilsentraînent une évolution profonde de l’hydraulique elle-même :

— fonctions secondaires nouvelles (adaptabilité, surveillance,maintenance, redondance, sécurité, etc.) ;

— réponse à des besoins nouveaux que l’on n’aurait pas rêvé desatisfaire il y a quelques années : un bon exemple est donné parl’automobile sur laquelle on se met à installer des suspensions auto-adaptables, voire actives, pour lesquelles il faut créer, développer,industrialiser des organes hydrauliques tout à fait nouveaux.

Les machineshydrodynamiques

(ou hydrocinétiques)

Les machineshydrostatiques

(ou volumétriques)

Une quant i té contrôlée deliquide est projetée sur lesaubages d’une turbine.Ces machines ont un mauvaisrapport couple / inertie, doncde mauvaises performancesdynamiques. Elles ne sont pasutilisées pour la réalisationd’asservissements. Elles n’ensont pas moins par ailleurs trèsrépandues (coupleurs desautomobiles à transmissionautomatique, par exemple).

Du liquide sous pression estenvoyé dans une machine faitede volumes déformables fermés(vér in , moteur à p is ton, àengrenages, à palettes, etc.).Il existe plusieurs principesd’utilisation.

Tableau 1 – Principes d’utilisation des récepteurshydrostatiques

Type Avantages Inconvénients Utilisations

Réglage dudébi t à lasource.

Économied’énergie.

Performancesdynamiquesmédiocres .Inadapté àl’installation deplusieurs réce-pteurs sur lemême circuit.

Variateurs devitesse, asser-vissements envitesse, parfoisasserv isse-ments en posi-tion.

Source à débitconstant et dis-tributeur parta-geant ce débitentre récepteuret re tour auréservoir.

Simplicité, basprix, économied’énergie.

Inadapté àl’installation deplusieurs réce-pteurs sur lemême circuit.

Commandehydraul iquesur machinessimples (agri-cul ture, t ra-vaux publics).

Source à pres-sion constanteet distributeurétrangleur.

Excellentes per-formancesdynamiques .Plus ieursrécepteurspeuvent être ali-mentés par lamême source.

Moindres impl ic i té ,gaspi l laged’énergie, coût.

Tous secteurs.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.B 6 070 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique


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1.3 Pour remplir quelles fonctions ?

1.3.1 Commande ou asservissement

Tout d’abord, il faut insister sur la très générale et très classiquedistinction entre commande et asservissement, l’asservissementpossédant à la fois les deux propriétés caractéristiques suivantes :

— c’est un système à amplification de puissance ;— et, surtout, c’est un système à retour (système bouclé),

c’est-à-dire un système dans lequel :• on mesure en permanence la valeur effectivement prise par la

grandeur de sortie,• on compare cette valeur à la valeur souhaitée (ou valeur de

consigne ou encore grandeur d’entrée),• on agit sur la commande dans le but d’annuler l’ordre d’erreur,

c’est-à-dire la différence entre grandeur d’entrée et grandeur desortie.

La figure 1 donne le schéma et le diagramme fonctionnel d’unecommande hydraulique et d’un asservissement hydraulique.

Ces deux systèmes sont très classiques. Ils comportent chacun unvérin alimenté par un distributeur, lui-même relié à une sourcehydraulique à pression constante (ou quasi constante), la hautepression p1 , et à un réservoir à basse pression (ou pressionbâche)p0 . Leur entrée est la position absolue x du tiroir dudistributeur.

La commande (figure 1a ) est une commande en vitesse, puisqu’àune position x de l’entrée correspond en gros un débit de fluide, doncune vitesse du piston par rapport au vérin.

En revanche, l’asservissement (figure 1b ) est un asservissementen position, puisque, après l’application d’un ordre d’entrée x , lecorps du vérin, ici mobile, se déplace jusqu’à rattraper le tiroir dudistributeur, donc jusqu’à réaliser l’égalité z = x .

On ne sait pas faire simplement une commande hydraulique enposition au-delà de deux, trois, peut-être quatre positions de sortie.

L’asservissement hydraulique en position ne sera donc pas lemoyen d’améliorer les performances, et en particulier la précisiond’une commande en position, mais le moyen le plus simple de réa-liser une commande multiposition à amplification de puissance.

1.3.2 Asservissement en positionà entrée mécanique ou électrique

Revenons au très classique asservissement hydraulique enposition, à entrée mécanique, à source à pression constante, et àdistributeur à restriction (figure 1b ).

L’entrée mécanique est très simple et elle est parfaitement adap-tée, par exemple, aux systèmes de servodirection des véhicules pilo-tés, à certaines machines, à la commande de certains processus, etc.Mais, faisant une comparaison directe entre deux positionsmécaniques, x et z, elle ne convient ni aux missiles, ni aux robots,ni aux machines automatiques, sauf à installer en amont un premiersystème (par exemple, un asservissement électrique) qui fabriquela position d’entrée x de l’asservissement de puissance à partir d’unou plusieurs paramètres amont, généralement électriques.

Cette solution se rencontre très souvent, mais elle est de plus enplus concurrencée par l’asservissement électrohydraulique danslequel composants hydrauliques, composants électriques etélectroniques et composants d’interface se succèdent dans uneboucle unique comme le montre la figure 2.

L’asservissement électrohydraulique présente certainsavantages :

— il est très souple ; en effet, il permet d’adapter très facilementle gain de la boucle d’asservissement hydraulique, d’y introduire desréseaux correcteurs de réalisation plus aisée en technique électriquequ’en technique hydraulique et, éventuellement, de modifier l’ordreprincipal ou de lui ajouter des ordres secondaires ayant, par exemple,des fonctions de stabilisation ou de sécurité ; cette raison estdéterminante pour le choix des chaînes de pilotage électrohydrau-liques pour les avions modernes (Contrôle Automatique Généralisé),pour les robots et les machines automatiques, etc. ;

— il permet d’obtenir des réponses très rapides ; en effet,l’électricité n’assumant que des fonctions à niveau énergétiqueextrêmement bas, il est possible de faire bénéficier la chaîne de lanette supériorité de l’hydraulique pour répondre à des exigencessimultanées de rapidité et de puissance, ce qui est déterminant pourle choix des chaînes de pilotage électrohydrauliques sur les fusées.

Remarques

� Peut-être faut-il préciser qu’il n’y a pas contradiction entre ladistinction commande/asservissement qui vient d’être faite etl’observation, sur un chantier, dans la campagne, du fonctionne-ment d’un engin hydraulique de travaux publics ou agricoles.

Une pelleteuse ne comporte généralement que descommandes hydrauliques en chaîne ouverte et, si elle fonctionneeffectivement comme un asservissement, c’est que la boucle estbouclée par le pilote humain :

— qui a en tête l’opération à accomplir (grandeur d’entrée) ;— qui observe sa pelle (mesure de la grandeur de sortie) ;— et qui agit en conséquence sur les leviers de distribution

à sa disposition.

Cette distinction entre commande et asservissement, trèsclaire, très nette tant que l’on se limite à l’hydraulique analogiqueclassique, devient beaucoup plus complexe et beaucoup moinsévidente lorsque l’on s’intéresse à l’hydraulique numérique depuissance, mais c’est un autre sujet qu’il n’est pas questiond’aborder ici.

� La présence d’une chaîne de retour modifie radicalement lecomportement des systèmes hydrauliques, leur tendancenaturelle à l’instabilité, au pompage, est bien connue.

En fait, les asservissements hydrauliques ont été très long-temps considérés comme capricieux, incalculables donc prati-quement inutilisables. Et il faut bien avouer qu’un faisceau deraisons convergentes expliquait la méfiance dont ils étaientl’objet :

— les lois de l’hydraulique sont rarement linéaires, alors queles plus simples et les plus efficaces des méthodes d’étude dessystèmes asservis concernent justement les systèmes régis pardes équations linéaires ;

— mais surtout le caractère capricieux des asservissementshydrauliques n’est pas uniquement l’alibi de l’ignorance ; il estréel en ce sens que très souvent les paramètres stabilisateurssont uniquement liés au phénomène aléatoire du frottement ; ilen faut très peu pour assurer une stabilité satisfaisante, mais ilen faut un peu et, si ce peu vient à manquer, le résultat peutêtre désastreux.

Actuellement, toutefois des méthodes d’étude spécifiquementadaptées aux asservissements hydrauliques se sontdéveloppées ; leurs succès spectaculaires ont converti leshydrauliciens et ceux-ci puisent dans un arsenal de plus en plusvaste des méthodes d’étude et des procédés de stabilisation deplus en plus sûrs.




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En un mot, l’asservissement électrohydraulique jouit à la fois desavantages des systèmes électriques : souplesse, facilité d’adapta-tion, aptitude aux fonctions logiques et de calcul, et des avantagesdes systèmes hydrauliques : obtention simultanée de hautesperformances de puissance et de rapidité, grande puissancemassique, haute fiabilité. Devant de tels avantages, on peut sedemander pourquoi l’asservissement électrohydraulique ne s’estpas développé plus tôt et plus largement. La principale raison estsans doute la difficulté de réalisation de l’organe essentiel de la

chaîne, l’organe assurant le passage de l’électricité à l’hydraulique,le distributeur proportionnel à commande électrique. Les premiè-res réalisations valables de ce distributeur, désigné dans le langagetechnique international sous le nom anglo-saxon de servovalve,datent de la fin des années 50 et n’ont vu le jour que sous la pous-sée des exigences propres au pilotage des fusées.

Actuellement, des servovalves de tous types et de toutescatégories sont disponibles sur le marché à des prix certes encoretrès élevés, mais qui ont beaucoup diminué au cours des dixdernières années (passant en gros du prix d’une petite voiture à celuid’un vélomoteur).

Ainsi, sous peu, le principal obstacle à la généralisation desasservissements électrohydrauliques restera le manque d’informa-tion des utilisateurs sur les conditions d’emploi des servovalvesdisponibles et sur les principales règles de l’art à appliquer pour laréalisation de l’électronique de bouclage.

Le fonctionnement et la technologie des servovalves sont décritsdans l’article Asservissements hydrauliques et électrohydrauliques[B 6 071] de ce traité.

Figure 1 – Commande hydraulique (a ) et asservissement hydrauliqueen position à entrée mécanique du type à corps mobile (b )

Figure 2 – Asservissement électrohydraulique en position

L’asservissement électrohydraulique ne doit pas être confonduavec l’asservissement électrique, dans lequel l’élément depuissance est électrique et dont l’hydraulique est, parconséquent, totalement absente. L’imprécision du vocabulairefavorise en effet cette confusion.




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1.3.3 Asservissements en vitesse,en force, en pression

Qu’il s’agisse de l’asservissement hydraulique à entrée mécaniqueou de l’asservissement électrohydraulique, c’est-à-dire à entréeélectrique, nous restons dans le domaine de l’asservissement enposition. Or, on peut souhaiter asservir une grandeur qui n’est pasune position.

Citons surtout l’asservissement en vitesse (figure 3) auxmultiples applications :

— variateurs hydrauliques ;— entraînement à vitesse constante à partir d’une source à vitesse

variable (production de courant alternatif sur véhicules), etc.

Citons aussi l’asservissement en force qui a quelques très bonscréneaux d’application, comme les machines d’essais de fatigue oules systèmes de restitution d’effort (sensation artificielle, figure 4).

Citons enfin l’asservissement en pression qui trouve des appli-cations par exemple :

— dans le freinage des véhicules ;— dans les générations hydrauliques à pompe volumétrique, à

cylindrée variable, que l’on utilise à pression de refoulementconstante, donc en régulant ladite pression de refoulement paraction sur la cylindrée (figure 5).

Ainsi, par exemple, on parle depuis quelques années du pilotageélectrique des avions (fly by wire ) et même de servocommandesélectriques . Cela ne veut pas dire que les servocommandes quiactionnent les gouvernes soient équipées de moteurs électriques, maissimplement que leur entrée est électrique. Ce sont en réalité desasservissements électrohydrauliques.

Figure 3 – Asservissement en vitesse

Remarques

� Ranger dans la catégorie des asservissements en pression lesgénérateurs hydrauliques à régulation de pression ne respectepas la distinction formelle entre :

— régulation (entrée figée) ;— et, asservissement (entrée variable).

Précisons qu’il est question ici des systèmes d’asservisse-ment et de régulation.

� Nous avons vu (§ 1.3.1) que le problème de la commande enposition n’avait pas de solution hydraulique simple, ce quientraîne le recours quasi obligatoire à l’asservissement. Enrevanche, la commande en force ou en pression (grâce à undétendeur) et la commande en vitesse (grâce à un simpledistributeur) existent et sont simples. Certes, elles manquent deprécision, mais elles peuvent suffire dans certains cas et éviter lerecours à l’asservissement.

Figure 4 – Asservissement en force




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2. Points fortsde l’asservissementhydraulique

Généralement, l’asservissement hydraulique n’est pas une solu-tion très bon marché. Son domaine ne sera donc pas celui dessystèmes à performances médiocres et à critères de choix essen-tiellement économiques. Il faut penser à l’asservissementhydraulique lorsqu’il est le seul à offrir la performance dont on abesoin, ou lorsqu’il la réalise mieux que les systèmes concurrents.

On trouvera ci-après une liste (une liste mais non un classement)des performances que l’on doit considérer comme les points fortsde l’asservissement hydraulique.

2.1 Performances dynamiques

Les asservissements hydrauliques sont actuellement les plus per-formants lorsque l’on recherche simultanément puissance et rapiditéde réponse. Qu’on l’exprime en termes de fréquence de coupure,de temps de réponse ou de constante de temps équivalente, savitesse de réponse à un ordre imprévu est une caractéristique essen-tielle d’un asservissement.

Électroniquement, on sait mobiliser très vite des puissances trèsfaibles. Électriquement, on peut mettre en œuvre des puissancesconsidérables, à condition de disposer d’un certain délai. L’asser-vissement hydraulique permet de mobiliser rapidement des puis-sances importantes . A ins i , un système de p i lo tageélectrohydraulique de missile balistique :

— a une puissance par vérin de l’ordre de 10 kW ;— a une constante de temps équivalente de l’ordre de 10 ms.

Nota : il s’agit seulement d’un ordre de grandeur, tant sont nombreux les paramètresqui déterminent, dans chaque cas, la véritable limite des performances réalisables.

Retenons qu’actuellement, malgré les progrès récents destransistors de puissance d’une part, des aimants au samarium-cobaltet des moteurs sans collecteur d’autre part, les asservissementsélectriques capables de répondre en 10 ms semblent plafonner vers1 ou 2 kW, et ceux qui développent 10 kW ne semblent guèrerépondre plus vite qu’en une cinquantaine de millisecondes.

Seul l’asservissement électrique à coupleurs, au prix il est vraide certaines contraintes, peut avoir des performances comparablesà celles de l’asservissement hydraulique.

2.2 Puissance massique

Les asservissements hydrauliques ont une puissance massiqueélevée (grâce à la puissance massique très élevée des organes depuissance hydrauliques).

Ce moteur nu a donc une puissance massique (= 24 kW/2,3 kg)supérieure à 10 kW/kg qui pourra n’être que modérément affectéepar le poids des systèmes de distribution et de détection nécessairespour le transformer en asservissement.

La performance électrique à mettre en parallèle serait de l’ordrede 2 à 3 kW/kg. Encore s’agit-il de moteurs performants à temps defonctionnement continu limité par l’échauffement, alors que lemoteur hydraulique, parfaitement refroidi par le fluide qui le tra-verse, ne connaît aucune limitation de ce genre.

Figure 5 – Asservissement en pression

Fréquence de coupure : fréquence pour laquelle, en régimepermanent, le déphasage entre un ordre d’entrée sinusoïdal et laréponse du système (ou le premier harmonique de cette réponse)atteint un certain angle Φ le plus souvent 45o, parfois 90o. Ilconvient donc de préciser : fréquence de coupure à 45o (ou à 90o).

Temps de réponse : temps au bout duquel la réponse dusystème à un ordre en échelon atteint un certain pourcentage desa valeur définitive, par exemple 95 % ; on parle alors d’un tempsde réponse à 5 % (ou pour 90 %, on parle alors d’un temps deréponse à 10 %).

Constante de temps équivalente : lorsqu’un systèmephysique S peut, en première approximation, être assimilé à unsystème du premier ordre S1 , sa constante de temps équivalenteest la constante de temps du système S1.

Par exemple : sur un équipement de l’avion Airbus A 310 est utiliséun moteur hydraulique moderne mais classique, fait pour vivre desdizaines de milliers d’heures, qui a une masse de 2,3 kg et qui, à7 500 tr/min, peut traiter 72 L/min de fluide sous 250 bar, doncconsomme 30 kW hydrauliques pour fournir environ 24 kWmécaniques sur son arbre (articles Transmissions hydrostatiques etorganes de transmissions [BM 6 030] et Pompes et moteurs[BM 6 031] dans ce traité).

Cette performance de puissance massique est très liée à laprécédente (§ 2.1). Les deux sont dues, en effet, à l’aptitude del’hydraulique à fournir des forces ou des couples importants enmettant en mouvement peu de matière (un peu d’huile, un pistonde vérin ou un rotor de moteur très légers). À cela, il faut ajouterl’avantage propre aux systèmes à source à pression constante,qui est de disposer, dans leur accumulateur, d’une énergie immé-diatement disponible.




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2.3 Adaptabilité à une large plaged’impédances mécaniques de sortie

Les asservissements hydrauliques s’adaptent facilement à unetrès large plage d’impédances mécaniques de sortie, grâce à leursorganes de puissance.

Fournir directement une puissance moyenne, produit d’une forcetrès élevée par une vitesse faible, ou d’un couple très élevé par unevitesse angulaire faible, seule l’hydraulique sait actuellement le fairesimplement.

Le tableau 2 illustre très bien cette aptitude des organes de puis-sance hydrauliques. (0)

Cette performance est très précieuse. Dans le domaine de lacommande, elle explique le développement actuel des moteurshydrauliques lents à couple élevé, par exemple pour la traction devéhicules spéciaux équipés d’un moteur sur chaque roue.

Dans le domaine de la servocommande de pilotage, c’est-à-direde l’asservissement en position à fonction de pilotage de véhicule,elle explique le quasi-monopole de l’hydraulique. En effet, l’attaquedirecte de la sortie par le vérin de puissance de l’asservissementéconomise masse, prix et encombrement, mais est surtout la seulesolution qui permette d’atteindre les niveaux de fiabilité actuelle-ment exigés.

2.4 Aptitude à la constructionde systèmes redondants

L’hydraulique permet la construction de systèmes asservisredondants extrêmement fiables.

L’aptitude des asservissements hydrauliques à s’intégrer à dessystèmes redondants et la relative facilité avec laquelle il est possiblede passiver leurs pannes permettent de construire des systèmesredondants à fiabilité globale de plusieurs ordres de grandeursupérieure à la fiabilité des chaînes qui les composent.

Les problèmes de pilotage des avions actuels en apportent uneillustration frappante.

Pour que le taux d’avaries graves par heure de vol sur un avionde transport soit inférieur à l’objectif actuel de 10–7, on admet quele taux de pannes graves par heure de fonctionnement des systèmesvitaux doit rester inférieur à 10–9. C’est le cas, par exemple, de lachaîne de pilotage en profondeur (axe de tangage). Or, les forces

nécessaires à ce pilotage dépassent largement les possibilitéshumaines ; le pilote est donc assisté par des servocommandes.

La fiabilité d’une source hydraulique haute pression (réservoir,pompe, accumulateur, tuyauteries) peut être évaluée entre 10–4

et 10–6. Il faut donc tripler les servocommandes et, bien entendu,les générations hydrauliques aussi. Chaque chaîne peut seuleassurer la fonction de pilotage, un certain nombre d’équipementsde surveillance et de commutation permettent de détecter une panneet de mettre hors service la chaîne fautive (dépressurisation et miseen by-pass des chambres du vérin).

Pourtant, on peut imaginer des pannes uniques se traduisant parla perte de la fonction, le blocage de la sortie d’un vérin de puissancepar exemple. Ce point doit être soigneusement étudié, car l’exigenced’un taux de panne par heure inférieur à 10–9 exclut toute mécaniquedu genre réducteur, boîtier d’engrenages, etc.

Actuellement, sur un avion commercial, il est donc pratiquementinterdit d’envisager des servocommandes primaires de vol autresqu’hydrauliques, à vérin et à attaque directe, sauf peut-être endiminuant la taille et en augmentant le nombre des gouvernes,comme l’oiseau le nombre des plumes de ses ailes.

2.5 Aptitude au fonctionnementen environnement hostile

Les points forts de l’asservissement hydraulique précédemmentcités (§ 2.1 à 2.4) étaient très intriqués. Ce n’est pas le cas pour cedernier point fort, l’aptitude des asservissements hydrauliques àfonctionner dans un environnement hostile :

— qu’il s’agisse de température, du fluide ou de l’ambiance, defonctionnement ou de stockage, entre – 55 oC et + 150 oC, et mêmejusqu’à 200 ou 250 oC avec fluides spéciaux et précautionsparticulières ;

— qu’il s’agisse de :• pression ou dépression,• humidité, pluie, condensation, ruissellement,• grive et glace,• brouillard salin,• sable, poussières, champignons, moisissures,• contaminants solides, liquides ou gazeux,• ambiances électromagnétiques agressives,• vibrations,• accélérations,• chocs.

2.6 Prix de ces avantages

Sur le plan technique tout d’abord, il faut reconnaître que larapidité de réponse des systèmes hydrauliques se paie par unecertaine tendance à l’instabilité. Mais il existe actuellement desmoyens de prévision et de correction, surtout, bien entendu, dansle cas de l’asservissement électrohydraulique et encore plus dansle cas des systèmes hydrauliques commandés par un calculateurnumérique (machines-outils, robots, missiles, avions, etc.).

Sur le plan économique, il est vrai que les solutions hydrauliquessont rarement les moins onéreuses, mais cet inconvénient estfortement atténué, voire inversé, dans le cas d’une installation oud’un véhicule sur lesquels existe déjà une centrale hydraulique.

Les contraintes d’installation et de maintenance existent aussi,mais l’entraînement des équipes en réduit considérablement lepoids.

Enfin, pendant très longtemps, le plus lourd handicap a été, surtouten France, l’incompétence des utilisateurs potentiels quin’imaginaient pas un instant que l’hydraulique puisse apporter unebonne solution à leurs problèmes.

Tableau 2 – Exemples d’impédances de sortietrès différentes sur deux systèmes des Airbus A 300-A 310

Type

Pression d’alimen-

tation

Couple de sortie

Vitesse de sortie

Puissance de sortie

(bar) (m · N) (rad/s) (kW)

Moteur hydrauliquede commande duplan hor i zonta lréglable (§ 2.2)

200 25 800 20

Servocommande dedirection (attelée àun levier d’une lon-gueur de 130 mm)

200 10 000 (1) 1 (2) 10

(1) 400 fois plus que le couple du moteur.(2) 800 fois moins que la vitesse de rotation du moteur.



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