FR3117447A1 - Procédé de pilotage d’un hélicoptère hybride ayant une cellule maintenue à incidence constante par régulation d’une position d’au moins un plan mobile d’empennage - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de pilotage d’un hélicoptère hybride ayant au moins un rotor de sustentation (10), au moins une hélice d’avancement (15) et un empennage pourvu au moins d’un plan mobile d’empennage (26). Le procédé comporte les étapes suivantes : détermination avec un senseur principal (50) d’une valeur courante d’un paramètre rotor conditionnant une puissance courante consommée par ledit rotor de sustentation (10), détermination avec un estimateur (76) d’une consigne courante dudit paramètre rotor, régulation d’une position dudit plan mobile d’empennage (26) avec un régulateur de braquage (77) en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante. Figure d’abrégé : figure 2
Description
La présente invention vise un procédé de pilotage d’un hélicoptère hybride ayant une cellule maintenue à incidence constante par régulation d’une position d’au moins un plan mobile d’empennage, ainsi qu’un hélicoptère hybride mettant en œuvre ce procédé. L’invention se rapporte au domaine technique général des systèmes automatiques ou semi-automatiques de commande de vol.
Un giravion désigne un aéronef muni d’une voilure tournante appelée plus simplement rotor. Un giravion comporte traditionnellement une cellule et au moins un rotor entraîné en rotation par une installation motrice. Un tel rotor peut être qualifié de « rotor de sustentation » en raison de sa participation à la sustentation de l’aéronef, ce rotor pouvant aussi participer à l’avancement de l’aéronef. Un giravion peut également comporter une ou plusieurs hélices d’avancement participant au moins partiellement à l’avancement du giravion. Dans un souci de simplification, le terme « hélice » est utilisé par la suite pour désigner une hélice d’avancement propulsive ou tractive.
En particulier, un giravion, désigné « hélicoptère hybride » par commodité comporte une cellule, au moins un rotor, un empennage, une ou plusieurs hélices d’avancement placées éventuellement latéralement par rapport à la cellule, voire un moyen additionnel de sustentation comme une aile.
Cette aile ou surface portante peut être composée par exemple de deux demi-ailes agencées de part et d’autre du fuselage.
Selon un autre aspect, la motorisation de l'hélicoptère hybride peut comporter au moins un moteur. Ce ou ces moteurs peuvent être reliés par un système mécanique d’interconnexion à la ou aux hélices et au rotor. Les vitesses de rotation de la sortie du ou des moteurs, de la ou des hélices, du rotor et du système mécanique d’interconnexion sont par exemple proportionnelles entre elles, le rapport de proportionnalité étant constant quelle que soit la configuration de vol de l’hélicoptère hybride en conditions normales de fonctionnement de la chaîne cinématique intégrée.
Par conséquent, le rotor demeure avantageusement constamment entraîné en rotation par le ou les moteurs dans des configurations normales de vol.
Pour piloter l’hélicoptère hybride, une composante de pas collectif et une composante de pas cyclique du pas des pales du rotor peuvent être pilotées. Ainsi, l’hélicoptère peut comprendre des chaines cinématiques comprenant des actionneurs de commande de pas. Un tel actionneur de commande de pas peut prendre la forme d’une servocommande par exemple. Les actionneurs de commande de pas sont par exemple articulés à un ensemble de plateaux cycliques relié par des bielles à chaque pale du rotor principal. Ces chaines cinématiques peuvent comprendre des commandes manœuvrables par un pilote humain et des vérins commandés par un pilote automatique.
Par ailleurs, l’hélicoptère hybride peut comprendre au moins une chaine cinématique pour piloter le pas des pales de la ou des hélices afin de contrôler la poussée générée par chaque hélice. La ou les hélices peuvent ainsi agir sur la vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride voire sur son mouvement en lacet.
Par ailleurs, l’hélicoptère hybride comprend un empennage muni d’organes sustentateurs. Ces organes sustentateurs peuvent être mobiles. L’expression « plan mobile d’empennage » désigne par la suite, un organe d’un empennage permettant d’agir sur l’équilibre en tangage de l’aéronef, notamment à grandes vitesses. Un tel plan mobile d’empennage peut prendre la forme d’un empennage horizontal ou incliné entièrement mobile en rotation, ou encore d’un volet mobile articulé à un plan fixe d’un empennage horizontal ou incliné ou équivalent. Le contrôle en tangage de l'hélicoptère hybride peut être réalisé en pilotant cycliquement le pas des pales du rotor principal, alors qu’au moins un plan mobile d’empennage est sollicité pour ajuster l'équilibre en tangage de l’aéronef selon des critères prédéfinis.
Les documents US8181901 B2, US8170728 B2, US8052094 B2 et US8113460 B2 décrivent des hélicoptères hybrides.
Un tel hélicoptère hybride s’avère notamment intéressant pour pouvoir atteindre de grandes vitesses et/ou pour couvrir de grandes distances de déplacement. Toutefois, en raison de sa spécificité et des multiples organes pilotables, il peut être difficile de piloter la ou les hélices et/ou le rotor, durant une phase de vol stabilisée, pour placer l’aéronef dans des conditions optimales de fonctionnement sans engendrer une charge de travail importante pour le pilote.
On entend par « phase de vol stabilisée » un vol à vitesse d’avancement sensiblement constante, éventuellement élevée, durant lequel l’aéronef suit une trajectoire constante en maintenant la cellule à une incidence constante. Dans le cas particulier où la vitesse ascensionnelle est nulle, la phase de vol stabilisée se déroule à une altitude constante, on parle alors de vol de croisière ou de vol en palier. Une trajectoire constante correspond à une trajectoire suivie sans accélération, voire sans changement de direction de l’aéronef.
Les conditions optimales de fonctionnement peuvent correspondre à des points de fonctionnement de la ou des hélices et du rotor à atteindre pour minimiser la consommation de carburant, pour solliciter au maximum les hélices ou pour d’autres buts.
En outre, l’hélicoptère hybride doit être en permanence piloté pour suivre une trajectoire constante à incidence constante. La portance totale générée par les organes sustentateurs de l’hélicoptère hybride doit notamment être ajustée durant le vol afin d’être adaptée aux variations de la masse de l’hélicoptère hybride, par consommation de carburant par exemple, et de la masse volumique de l’air.
Le document FR 2959205 décrit un procédé de commande et de régulation avec une boucle de régulation en tangage ou en assiette, une boucle de régulation en vitesse par l’intermédiaire d’une commande du pas moyen des pales de la ou des hélices, et une boucle de commande et de régulation dudit angle de braquage de l’empennage horizontal. Cette boucle de commande et de régulation comprend les étapes suivantes : déterminer la puissance initiale délivrée par l’installation motrice après l’activation de la boucle de commande et de régulation, commander une première vitesse de déplacement d’un organe d’empennage motorisé, comparer la nouvelle puissance délivrée par l’installation motrice à la puissance initiale. Ce brevet vise un objectif différent de l’objectif visé par l’invention en cherchant à minimiser la puissance totale générée par l’installation motrice de l'hélicoptère hybride.
Le document FR2990684 décrit un procédé selon lequel un pas de consigne collectif et un pas de consigne cyclique longitudinal des pales d’un rotor principal d’un hélicoptère hybride sont déterminés afin que l’hélicoptère hybride converge vers un point de fonctionnement optimisé dudit rotor principal lors d’une phase de vol stabilisée, tout en conservant un objectif de tenue verticale constant, tel qu’une vitesse verticale ou une incidence constante, et un objectif d‘assiette longitudinale constant correspondant à ladite phase de vol stabilisée.
Selon le document FR2990684, la portance exercée par une aile de l’hélicoptère hybride est ajustée en agissant sur un moyen aérodynamique et en appliquant une boucle de régulation visant à faire tendre le pas collectif des pales du rotor de sustentation vers le pas collectif de consigne. La portance exercée par l’aile est notamment ajustée pour prendre en considération les variations de masse de l’aéronef suite à la consommation de carburant.
Selon le document FR2990684, la portance exercée par un empennage horizontal est de plus ajustée en appliquant une boucle de régulation visant à faire tendre le pas cyclique longitudinal des pales du rotor vers le pas de consigne cyclique longitudinal afin de prendre en considération des variations de centrage. Alternativement, la régulation peut prendre en compte un moment de flexion longitudinale d’un mât dudit rotor principal, désigné par la suite « mât rotor », et un moment de flexion longitudinale de consigne.
La présente invention vise à proposer un nouveau procédé permettant de suivre une trajectoire à incidence sensiblement constante avec un hélicoptère hybride en optimisant le fonctionnement de la ou des hélices et du rotor principal dit « de sustentation » sans surcharger le pilote, par exemple pour minimiser la consommation de carburant ou pour solliciter au maximum la ou les hélices.
L’invention vise ainsi un procédé de pilotage d’un hélicoptère hybride, ledit hélicoptère hybride ayant au moins un rotor de sustentation pourvu de pales à pas variable, ledit hélicoptère hybride ayant au moins une hélice d’avancement pourvue de pales, ledit hélicoptère hybride ayant un empennage pourvu au moins d’un plan mobile d’empennage configuré pour au moins générer un moment en tangage sur une cellule de l’hélicoptère hybride, ledit hélicoptère hybride ayant au moins un actionneur d’empennage pour déplacer, par exemple au moins en rotation, ledit au moins un plan mobile d’empennage.
Le procédé comporte une phase de vol stabilisée comprenant une phase de réglage rotor incluant une étape de tenue d’assiette longitudinale et une étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle ainsi qu’une phase de réglage d’hélice incluant une étape de tenue d’une vitesse d’avancement, la phase de vol stabilisée comportant une phase de réglage d’empennage comprenant les étapes suivantes :
- détermination avec un senseur principal d’une valeur courante d’un paramètre rotor conditionnant une puissance courante consommée par ledit rotor de sustentation,
- détermination avec un estimateur d’une consigne courante dudit paramètre rotor fixe ou fonction d’une valeur d’au moins un paramètre de surveillance, ledit paramètre rotor étant une puissance consommée par le rotor de sustentation et ladite consigne courante étant une consigne de puissance ou ledit paramètre rotor étant un couple moteur transmis au rotor de sustentation et ladite consigne courante étant une consigne de couple,
- régulation d’une position dudit plan mobile d’empennage avec un régulateur de braquage en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante.
De manière innovante, ce procédé propose d’établir une consigne courante d’un paramètre rotor qui est fixe ou fonction du cas de vol courant.
Le paramètre rotor est l’image de la puissance consommée par le rotor de sustentation, contrairement à des procédés fixant des pas de consigne par exemple. La consigne courante du paramètre rotor est établie par essais et/ou simulations par exemple et est l’image de la puissance à consommer par le rotor de sustentation jugée optimale, le cas échéant pour le cas de vol courant. Par exemple, la consigne courante du paramètre rotor correspond à la valeur que doit atteindre le paramètre rotor pour que la consommation de carburant soit minimale au cas de vol courant.
Dès lors, durant un même vol, la valeur de la consigne courante peut être fixe ou évolue en fonction de la valeur du ou des paramètres de surveillance, le ou les paramètres de surveillance étant distincts du paramètre rotor.
En outre, selon ce procédé, la position d’au moins un plan mobile d’empennage, voire de plusieurs ou encore de tous les plans mobiles d’empennage le cas échéant, est régulée par le régulateur de braquage pour que la valeur courante du paramètre rotor tende vers sa consigne courante. Eventuellement, et en présence de plusieurs plans mobiles d’empennage, un ordre de braquage émis pour chaque plan mobile d’empennage peut aussi prendre en considération un autre objectif, comme un objectif d’aide de contrôle en roulis de l’hélicoptère hybride ou de compensation d’une dissymétrie. La modification du braquage du ou des plans mobiles d’empennage tend à générer un moment en tangage à piquer ou à cabrer sur la cellule.
Or, la phase de vol stabilisée comporte une étape de tenue d’assiette longitudinale. Par suite, durant cette étape de tenue d’assiette longitudinale, le disque rotor décrit par les pales du rotor de sustentation est incliné pour rétablir l’équilibre en tangage suite à la manœuvre du ou des plans mobiles d’empennage.
De plus, la phase de vol stabilisée comporte une étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle de l’aéronef ce qui permet de maintenir la pente de la trajectoire suivie sensiblement constante.
Or L’incidence de la cellule alpha, l’angle d’assiette en tangage theta de l’hélicoptère hybride et la pente gamma de la trajectoire sont liées par la relation suivante : alpha = theta - gamma. Maintenir sensiblement constants l’angle d’assiette en tangage theta de l’hélicoptère hybride et la pente gamma de la trajectoire revient donc à évoluer avec une incidence de la cellule constante.
En outre, l’incidence du disque rotor du rotor de sustentation conditionne la puissance consommée par ce rotor de sustentation. L’incidence du disque rotor se déduit de l’incidence de la cellule ainsi que des angles de battement du rotor de sustentation et de l’inclinaison du mât rotor. A incidence de la cellule donnée, la modification cyclique du pas des pales du rotor de sustentation fait varier l’incidence du disque rotor ce qui permet de faire tendre la valeur courante du paramètre rotor vers la consigne courante établie.
En outre, la modification de l’incidence du disque rotor induit une modification de la vitesse d’avancement de l’aéronef. Si le disque rotor est incliné vers l’avant de l’aéronef, sa contribution à la vitesse d’avancement augmente. A l’inverse, si le disque rotor est incliné vers l’arrière de l’aéronef, sa contribution à la vitesse d’avancement diminue. Dès lors, durant l‘étape de tenue d’une vitesse d’avancement, la ou les hélices sont pilotées automatiquement pour maintenir sensiblement constante cette vitesse d’avancement.
Ainsi, le procédé propose de piloter la position du ou des plans mobiles d’empennage en fonction d’une différence entre une consigne courante et une valeur courante d’un paramètre rotor de type puissance consommée ou couple moteur transmis au rotor de sustentation. Le pilotage du ou des plans mobiles d’empennage permet de faire converger la valeur courante vers la consigne courante automatiquement en induisant une modification du pas des pales du rotor de sustentation pour maintenir l’incidence de la cellule constante à pente constante. Il en résulte une modification du pas des pales et/ou de la vitesse de rotation des hélices pour maintenir la vitesse d’avancement sensiblement constante. Le rotor de sustentation ainsi que la ou les hélices fonctionnent alors selon un point de fonctionnement prédéterminé de l’aéronef jugé optimal.
L’utilisation d’un paramètre rotor de type puissance consommée par le rotor de sustentation ou couple moteur transmis au rotor de sustentation présente l’avantage d’utiliser un paramètre rotor pouvant être déterminé en vol relativement aisément et de manière fiable. Le terme « fiable » signifie que le paramètre rotor utilisé peut être déterminé à l’aide de senseurs pouvant être redondés et/ou pouvant faire l’objet de tests de cohérence voire pouvant être fusionnés. La valeur courante du paramètre rotor peut donc être utilisée dans un procédé de pilotage automatique de l’hélicoptère hybride sans compromettre la sécurité du vol en raison d’une mesure approximative.
En outre, la puissance consommée par le rotor de sustentation est ajustée par une régulation de l’angle d’assiette en tangage de l’hélicoptère hybride qui peut être réalisée en mesurant aussi précisément et de manière fiable l’angle d’assiette en tangage courant, par exemple avec une centrale inertielle.
Par ailleurs, ce procédé s’avère relativement simple et nécessite de solliciter des moyens susceptibles d’être déjà présents sur un hélicoptère hybride.
De plus, la relation entre d’une part la puissance consommée par le rotor de sustentation ou le couple moteur transmis au rotor de sustentation et d’autre part la position du ou des plans mobiles d’empennage est monotone, à savoir toujours croissante ou décroissante. Par conséquent, la convergence de la régulation vers un optimal est garantie.
Enfin, ce procédé est insensible aux variations de centrage de l’hélicoptère hybride pouvant par exemple se produire au cours du vol par consommation de carburant ou largage de fret. Une variation de ce centrage induit de fait une modification de l’équilibre en tangage de l’hélicoptère hybride qui va générer automatiquement un nouveau réglage, et par exemple un ajustement cyclique du pas des pales du rotor de sustentation.
Le procédé peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon une caractéristique, ladite régulation d’une position dudit plan mobile d’empennage peut comporter les étapes suivantes :
- détermination d’un ordre de braquage dudit plan mobile d’empennage avec le régulateur de braquage en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante,
- braquage dudit plan mobile d’empennage avec ledit actionneur d’empennage selon ledit ordre de braquage.
Selon une caractéristique compatible avec la précédente, le régulateur de braquage peut être un régulateur Proportionnel Intégral Dérivé, par exemple fonction d’une valeur égale à la valeur courante moins ladite consigne courante ou inversement.
Un tel régulateur de braquage peut permettre à la valeur courante de tendre, voire d’atteindre, la consigne courante de manière fiable et selon une dynamique qui n’entre pas en conflit avec la tenue d’assiette longitudinale, à savoir en tangage.
Selon une caractéristique compatible avec les précédentes, la consigne courante peut être variable et établie en fonction d’un ou plusieurs paramètres de surveillance, le ou les paramètres de surveillance pouvant être des types suivants.
Ainsi, ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter une vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride.
Ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter une portance générée par le rotor de sustentation.
Ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter une vitesse de rotation dudit rotor de sustentation.
Ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter une altitude ou une hauteur de l’hélicoptère hybride.
Ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter une température d’un air situé à l’extérieur dudit hélicoptère hybride.
Ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter un angle de braquage d’un volet de ladite aile par rapport à une référence.
Ledit au moins un paramètre de surveillance peut comporter une valeur représentant la masse courante de l’hélicoptère hybride, qui peut être estimée par exemple à partir de la masse au décollage et de la consommation du carburant, supplémenté par des informations entrées par le pilote en cours de vol.
Selon un exemple, la consigne courante peut être établie à l’aide de valeurs tabulées prédéterminées par essais, calculs et/ou simulations qui sont fonction d’un ou de plusieurs des paramètres de surveillance précédents.
Selon un autre exemple, la consigne courante peut être établie à l’aide d’un polynôme mémorisé par essais, calculs et/ou simulations et fonction d’un ou plusieurs des paramètres de surveillance précédents.
Selon une caractéristique compatible avec les précédentes, ledit procédé peut comporter une phase de mise en veille de la phase de vol stabilisée si au moins une des conditions suivantes est remplie :
- un pilote exerce un effort sur une commande de pas cyclique pilotant cycliquement le pas des pales du rotor de sustentation, par exemple un effort supérieur à un premier seuil d’effort,
- un pilote exerce un effort sur une commande de pas collectif pilotant collectivement le pas des pales du rotor de sustentation, par exemple un effort supérieur à un deuxième seuil d’effort,
- une composante selon la verticale terrestre d’un facteur de charge de l’hélicoptère hybride est supérieure en valeur absolue à un seuil de facteur de charge fixé,
- un angle de roulis de ladite cellule est supérieur en valeur absolue à un seuil de roulis fixé.
Cette caractéristique tend à éviter que le procédé vienne perturber le pilotage de l’hélicoptère hybride par un pilote humain. Par exemple, si le pilote manipule une commande de pas cyclique ou collectif, le procédé est inhibé, éventuellement momentanément et tant que cette condition est remplie. Par exemple, soit l’ordre de braquage n’est pas calculé ou transmis, soit il n’est pas pris en compte.
Selon une caractéristique compatible avec les précédentes, le procédé peut comporter les étapes suivantes : mesure d’une vitesse d’avancement mesurée dudit hélicoptère hybride et comparaison de la vitesse d’avancement mesurée à un seuil de vitesse prédéterminé, ladite phase de vol stabilisée étant mise en œuvre lorsque ladite vitesse d’avancement mesurée est supérieure ou égale au seuil de vitesse.
Le ou les plans mobiles d’empennage ne sont éventuellement susceptibles de générer un moment en tangage suffisant pour induire une modification du pas des pales du rotor de sustentation qu’à compter d’une vitesse d’avancement élevée. Dès lors, le réglage du braquage du dudit plan mobile d’empennage est éventuellement mis en œuvre que lorsque la vitesse d’avancement mesurée est supérieure ou égale à un seuil d’activation. Par exemple, le seuil d’activation est de l’ordre de 150 nœuds soit sensiblement 277 kilomètres par heure.
Eventuellement, le procédé peut comporter une étape de braquage dudit plan mobile d’empennage par ledit au moins un actionneur d’empennage à un angle de braquage refuge mémorisé lorsque ladite vitesse d’avancement mesurée est inférieure au seuil de vitesse.
Par exemple, en dessous du seuil d’activation, le ou les plans mobiles d’empennage sont braqués à un angle prédéterminé, par exemple à un angle de zéro degré (0°) par rapport à une référence.
Selon une caractéristique compatible avec les précédentes, ladite étape de tenue d’assiette longitudinale peut comprendre la régulation d’un angle d’assiette en tangage de ladite cellule en fonction d’un angle de référence par modification d’une composante cyclique dudit pas des pales du rotor de sustentation.
Une telle étape de tenue d’assiette longitudinale peut être réalisée de manière usuelle en utilisant une pluralité de vérins aptes à piloter une pluralité de servocommandes pilotant cycliquement le pas des pales du rotor de sustentation.
L’angle de référence peut être un angle paramétré par un pilote à l’aide d‘une interface homme-machine, ou l’angle d’assiette en tangage de ladite cellule atteint à l’initiation de la phase de vol stabilisée ou le cas échéant suite à la mise en veille précitée par exemple.
Eventuellement, ladite étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle peut comporter une régulation d’une vitesse ascensionnelle de l’hélicoptère hybride par rapport à une vitesse verticale de référence par modification d’une composante collective du pas de pales du rotor de sustentation.
La vitesse verticale de référence peut être une vitesse paramétrée par un pilote à l’aide d‘une interface homme-machine, ou a vitesse ascensionnelle atteinte à l’initiation de la phase de vol stabilisée ou le cas échéant suite à la mise en veille précitée par exemple.
Eventuellement, ladite phase de réglage d’empennage peut avoir une dynamique plus lente qu’une dynamique de ladite phase de réglage rotor.
Dès lors, la phase de réglage d’empennage ne risque pas d’entrer en conflit avec la phase de réglage rotor ou de la perturber.
Selon une caractéristique compatible avec les précédentes, ladite étape de tenue d’une vitesse d’avancement peut comporter la régulation d’une vitesse d’avancement dudit hélicoptère hybride en fonction d’une vitesse d’avancement de référence par pilotage au moins dudit pas des pales ou d’une vitesse de rotation de ladite au moins une hélice d’avancement.
L’expression « pilotage au moins dudit pas des pales ou d’une vitesse de rotation de ladite au moins une hélice d’avancement » signifie que le pas des pales et/ou la vitesse de rotation d’au moins une hélice sont pilotés, selon des méthodes connues par exemple.
La vitesse d’avancement de référence peut être une vitesse paramétrée par un pilote à l’aide d‘une interface homme-machine, ou la vitesse d’avancement atteinte à l’initiation de la phase de vol stabilisée ou le cas échéant suite à la mise en veille précitée par exemple.
L’invention vise aussi un hélicoptère hybride ayant au moins un rotor de sustentation pourvu de pales à pas variable, ledit hélicoptère hybride ayant au moins une hélice d’avancement pourvue de pales, ledit hélicoptère hybride ayant un empennage pourvu au moins d’un plan mobile d’empennage configuré pour au moins générer un moment en tangage sur une cellule de l’hélicoptère hybride, ledit hélicoptère hybride ayant au moins un actionneur d’empennage pour déplacer, par exemple au moins en rotation, ledit au moins un plan mobile d’empennage.
Cet hélicoptère hybride comporte un système de suivi de trajectoire à incidence constante configuré pour mettre en œuvre le procédé de l’invention, le système de suivi de trajectoire à incidence constante comprenant :
- un senseur principal configuré pour mesurer ladite valeur courante,
- au moins un système de mesure configuré pour déterminer ladite valeur d’au moins un paramètre de surveillance,
- un estimateur configuré pour déterminer ladite consigne courante,
- un régulateur de braquage configuré pour réguler ladite position dudit plan mobile d’empennage en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante, le régulateur de braquage étant en communication avec ledit actionneur d’empennage.
En présence d’une consigne courante fixe, l’estimateur peut être une simple mémoire par exemple.
En présence d’une consigne courante variable en fonction d’une valeur d’au moins un paramètre de surveillance, l’estimateur peut être un calculateur ou une fonction incluse dans un calculateur existant. Le régulateur peut alors notamment réguler la position dudit plan mobile d’empennage en fonction de la vitesse de la machine, de l’altitude, de la pression et ou de la température au travers de la consigne courante.
Le terme senseur est à comprendre au sens large en désignant un équipement ou un système émettant un signal électrique ou optique par exemple, porteur de l’information souhaitée. Par exemple un senseur peut émettre un signal électrique ayant une tension qui varie en fonction de la valeur de ladite information. Le terme senseur peut désigner un ou plusieurs capteurs coopérant ensemble, voire un ensemble comprenant au moins un capteur et au moins un analyseur qui émet un signal de mesure.
En outre, ledit au moins un système de mesure peut comporter au moins un des organes suivants : un senseur de vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride, un senseur de portance générant un signal image d’une portance générée par le rotor de sustentation, un senseur de vitesse de rotation générant un signal image d’une vitesse de rotation dudit rotor de sustentation, un senseur d’altitude ou de hauteur de l’hélicoptère hybride, un senseur de température d’un air situé à l’extérieur dudit hélicoptère hybride, un senseur angulaire mesurant un angle de braquage d’un volet de ladite aile par rapport à une référence, un senseur de braquage mesurant un angle de braquage dudit plan mobile d’empennage.
L’hélicoptère hybride peut comporter au moins un des organes suivants : un senseur d’effort de commande cyclique générant un signal qui varie lorsqu’un pilote exerce un effort sur une commande de pas cyclique pilotant cycliquement le pas des pales du rotor de sustentation, un senseur d’effort de commande collective générant un signal qui varie lorsqu’un pilote exerce un effort sur une commande de pas collectif pilotant collectivement le pas des pales du rotor de sustentation, un senseur de facteur de charge générant un signal qui varie en fonction d’une composante selon la verticale terrestre d’un facteur de charge de l’hélicoptère hybride, un senseur d’angle de roulis.
Selon une possibilité compatible avec les précédentes, ledit hélicoptère hybride peut comporter un système de régulation d’un angle d’assiette de ladite cellule en fonction d’un angle de référence et un système de régulation d’une vitesse ascensionnelle de l’hélicoptère hybride par rapport à une vitesse verticale de référence, configuré chacun pour agir sur au moins un vérin en liaison avec au moins trois servocommandes de modification du pas des pales du rotor de sustentation. L’hélicoptère hybride peut comporter un système de régulation d’une vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride par rapport à une vitesse d’avancement de référence, ce système de régulation pouvant être configuré pour agir sur le pas de pales de la ou les hélices et/ ou sur la vitesse de rotation de la ou des hélices.
L’invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent :
Au sens de la présente demande, l’expression « hélicoptère hybride » désigne donc un giravion équipé d’au moins une hélice d’avancement propulsive ou tractive. Sauf indication contraire, explicite ou implicite, les termes « rotor » ou « rotor principal » ou « rotor de sustentation » désignent une voilure tournante du giravion. Sauf indication contraire, explicite ou implicite, les éléments structurellement et fonctionnellement identiques et présents sur plusieurs figures distinctes, sont affectés d’une seule et même référence.
La présente un exemple d’un hélicoptère hybride 1 selon l’invention.
Quelle que soit la réalisation, l’hélicoptère hybride 1 comprend une cellule 2 qui s’étend selon un axe longitudinal de l’arrière vers l’avant d’une queue 4 vers un nez 3. A l’avant de la cellule 2, l’hélicoptère hybride 1 peut comprendre un poste de pilotage 7.
Quelle que soit la réalisation, l’hélicoptère hybride 1 comprend au moins un rotor de sustentation 10. Le rotor de sustentation 10 comprend une pluralité de pales 11 mises en rotation par un mât rotor 12 via par exemple un moyeu rotor 13.
Quelle que soit la réalisation et en référence à la , l’hélicoptère hybride 1 comprend au moins une hélice 15 munie de pales 16. Les pales 16 peuvent présenter un pas variable et/ou une vitesse de rotation variable. Par exemple, au moins deux hélices 15 sont disposées de part et d’autre de la cellule 2, à savoir transversalement au regard de l’axe longitudinal précité.
Pour mettre en rotation le mât rotor 12 et la ou les hélices 15, l’hélicoptère hybride 1 comporte une installation motrice 20 illustrée schématiquement sur la . Cette installation motrice 20 est munie d’au moins un moteur 21, et par exemple d’au moins un turbomoteur. De plus, l’installation motrice 20 peut comporter un système mécanique d’interconnexion 22 liant cinématiquement le ou les moteurs 21 au mât rotor 12 voire à la ou aux hélices 15. Au moins une hélice peut alternativement être mise en mouvement par son propre moteur ou sa propre chaîne d’entrainement par exemple. Un tel système d’interconnexion mécanique 22 peut comprendre au moins une boîte de transmission de puissance 23, au moins un arbre 24…
Les vitesses de rotation de la sortie du ou des moteurs 21, de la ou des hélices 15, du rotor de sustentation 10 et du système d’interconnexion mécanique 22 sont par exemple proportionnelles entre elles, le rapport de proportionnalité étant éventuellement constant quelle que soit la configuration de vol de l’hélicoptère hybride 1 en conditions normales de fonctionnement de la chaîne cinématique intégrée.
Quelle que soit la réalisation et en référence à la , l’hélicoptère hybride 1 peut comprendre au moins une aile 5 ou autre surface portante, et par exemple une aile 5 haute selon l’exemple illustré. Cette aile 5 est munie de deux demi-ailes 6,7 disposées respectivement à gauche et à droite de la cellule 2 au regard d’un observateur disposé selon le sens d’avancement de l’hélicoptère hybride 1. Par exemple, chaque hélice 15 est portée par une demi-aile 6, 7. Ainsi, selon l’exemple de la , l’hélicoptère hybride 1 comporte deux hélices 15 portées respectivement par deux demi-ailes 6, 7 disposées à gauche et à droite de la cellule 2 au regard dudit observateur.
Selon un autre exemple non illustré, une ou des hélices peuvent être portées latéralement par un ou des bras ou des équivalents, ou peuvent être agencées différement.
Quelle que soit la réalisation et en référence à la , l’hélicoptère hybride 1 possède un empennage 25 muni de surfaces de stabilisation et de manœuvre. En particulier, l’empennage 25 comporte au moins un plan mobile d’empennage 26 configuré pour au moins générer un moment en tangage sur la cellule 2. Un tel plan mobile d’empennage 26 peut prendre la forme d’un volet ou d’une gouverne de profondeur articulé à un plan fixe 28 ou la forme d’un empennage mobile dans son ensemble. Afin de piloter la position et par exemple l’angle de braquage d’au moins un plan mobile d’empennage 26 par rapport à une référence, l’hélicoptère hybride 1 peut comprendre au moins un actionneur d’empennage 27. Par exemple, un tel actionneur d’empennage 27 comporte un moteur rotatif ou autre apte à engendrer au moins la rotation d’un ou plusieurs plans mobiles d’empennage 26 par rapport à un ou plusieurs axes AX.
Les surfaces de stabilisation et de manœuvre peuvent en outre comprendre des surfaces de stabilisation en lacet, mobiles et/ou fixes. L’empennage 25 peut présenter divers formes, et par exemple une forme en U inversé selon l’illustration de la .
Indépendamment de ces aspect et en référence à la , les pales 11 du rotor de sustentation 10 sont des pales à pas variables pilotables collectivement et cycliquement.
Selon un exemple donné pour illustrer l’invention, l’hélicoptère hybride 1 comporte une pluralité de chaines cinématique 40 reliant par exemple une commande de pas collectif 46 et une commande de pas cyclique 45 à au moins trois servocommandes 35. Chaque chaine cinématique 40 doit pouvoir être commandée via un ou plusieurs actuateurs, par exemple via un vérin série 41 et/ou un vérin parallèle 42, ces chaines pouvant ne pas être complètement indépendantes. Chaque servocommande 35 peut être articulée à un plateau non tournant 31 d’un ensemble de plateaux cycliques 30. Dès lors, un plateau tournant 32 de l’ensemble de plateaux cycliques 30 est relié aux pales 11 du rotor de sustentation 10 par des bielles de pas respectives. Un mouvement de la commande de pas collectif 46 induit alors une modification identique de la longueur de chaque servocommande 35 ce qui permet de modifier collectivement et de la même manière le pas des pales 11 du rotor de sustentation 10. Un mouvement de la commande de pas cyclique 45 induit une modification de la longueur d’au moins une servocommande 35 différente de la modification de la longueur d’au moins une autre servocommande 35, ce qui permet de modifier cycliquement le pas des pales 11 du rotor de sustentation 10 selon leurs azimuts.
Selon un autre aspect, le pas des pales 16 de la ou des hélices 15 peut être piloté par au moins une chaîne cinématique d’hélice comprenant au moins un actionneur 91 non illustré sur la . De manière complémentaire ou alternative, la vitesse de rotation de la ou des hélices 15 peut être pilotée par un actionneur 91, par exemple un actionneur 91 de type moteur à vitesse variable mettant en mouvement une hélice.
Quelle que soit la réalisation, l’hélicoptère hybride 1 comporte un système 70 de suivi de trajectoire à incidence constante configuré pour mettre en œuvre le procédé de l’invention décrit par la suite.
Ce système 70 comporte un senseur principal 50 de mesure de la valeur courante d’un paramètre rotor.
Ce paramètre rotor peut être une puissance consommée par le rotor de sustentation 10 ou un couple moteur transmis au rotor de sustentation, et par exemple un couple exercé sur le mât rotor 12. De façon générale, les divers systèmes avioniques embarqués permettent de mesurer et/ou de calculer les valeurs des paramètres rotor utilisés dans le cadre de la présente invention et sont listés par la suite. Ces paramètres rotor peuvent être d’un type usuel et le senseur principal ne nécessite par conséquent pas d’être décrit dans le détail.
Cependant, lorsque le paramètre rotor est la puissance consommée par le rotor de sustentation 10, le senseur principal 50 peut comporter par exemple un capteur de vitesse angulaire 53 et un couplemètre 54 mesurant respectivement de façon directe ou indirecte la vitesse de rotation du mât rotor 12 et un couple exercé sur ce mât rotor 12, ainsi qu’un multiplicateur multipliant ladite vitesse de rotation du mât rotor 12 et ledit couple . Un senseur principal évaluant la puissance consommée par le rotor de sustentation peut aussi prendre la forme d’un système comprenant un senseur moteur évaluant une puissance développée par l’installation motrice et un senseur d’hélice évaluant la puissance consommée par la ou les hélices, la puissance consommée par le rotor de sustentation 10 étant par exemple considérée égale à la différence entre la puissance développée par l’installation motrice et la puissance consommée par la ou les hélices moins des pertes d’installations.
Lorsque le paramètre rotor est le couple moteur transmis au rotor de sustentation, le senseur principal 50 peut par exemple comprendre uniquement le couplemètre 54. Alternativement, un couplemètre agencé en amont du mât rotor sur un organe mobile en rotation conjointement avec le mât rotor peut être utilisé en prenant éventuellement en compte un coefficient de proportionnalité.
Par ailleurs, le système 70 peut comporter au moins un système de mesure configuré pour déterminer la valeur d’au moins un paramètre de surveillance à savoir par exemple au moins un des organes suivants :
- un senseur 51 de vitesse d’avancement mesurant une vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride 1, tel que par exemple un senseur à tube de Pitot ou un système de positionnement par satellites,
- un senseur 52 de portance générant un signal image d’une portance générée par le rotor de sustentation 10, tel que par exemple un système mesurant des efforts sur des barres d’une boîte de transmission de puissance entraînant le mât rotor tel que décrit dans la littérature,
- un senseur 53 de vitesse de rotation générant un signal image d’une vitesse de rotation dudit rotor de sustentation 10,
- un senseur 55 d’altitude ou de hauteur de l’hélicoptère hybride 1, tel qu’un système barométrique par exemple ou, une radiosonde ou un système de positionnement par satellites voire un système RADAR ou équivalent,
- un senseur 56 de température d’un air situé à l’extérieur dudit hélicoptère hybride 1, tel qu’un thermomètre ou équivalent par exemple,
- un senseur 57 angulaire mesurant un angle de braquage d’un volet 8 d’une aile 5 par rapport à une référence,
- un senseur 58 de braquage mesurant un angle de braquage d’au moins un plan mobile d’empennage.
Eventuellement, le système 70 peut comporter au moins un des organes de mesure suivants :
- un senseur 60 d’effort de commande cyclique générant un signal qui varie lorsqu’un pilote exerce un effort sur la commande de pas cyclique 45 pilotant cycliquement le pas des pales 11 du rotor de sustentation 10,
- un senseur 61 d’effort de commande collective générant un signal qui varie lorsqu’un pilote exerce un effort sur la commande de pas collectif 46 pilotant collectivement le pas des pales 11 du rotor de sustentation 10,
- un senseur 62 de facteur de charge générant un signal qui varie en fonction d’une composante Nz selon la verticale terrestre d’un facteur de charge de l’hélicoptère hybride 1, un tel senseur 62 pouvant faire partie d’un équipement connu sous l’acronyme AHRS et l’expression anglaise « Attitude and Heading Reference System »,
- un senseur 63 d’angle de roulis mesurant un angle de roulis de l’hélicoptère hybride 1, un tel senseur 63 pouvant être un inclinomètre ou une partie d’une centrale inertielle,
- un senseur 64 d’angle de tangage mesurant un angle de tangage de l’hélicoptère hybride 1, un tel senseur 64 pouvant être un inclinomètre ou une partie d’une centrale inertielle,
- un senseur 65 générant un signal qui varie en fonction de la variation d’une vitesse ascensionnel VZ de l’hélicoptère hybride, par exemple via un variomètre.
- un senseur 66 de masse courante de l’hélicoptère hybride, qui peut qui peut comprendre une jauge de carburant pour estimer le carburant présent dans l’aéronef, le senseur 66 pouvant avoir une interface homme-machine permettant de mémoriser la masse au décollage de l’aéronef voire d’autres informations permettant à un calculateur du senseur 66 ou autre d’en déduire la valeur de la masse de l’aéronef selon des méthodes usuelles.
Par ailleurs, le système 70 peut comprendre une unité de traitement dénommée « calculateur 75 » par commodité mettant en œuvre le procédé à l’aide du ou des signaux transmis par un ou plusieurs des senseurs précédents pour commander le ou les actionneurs d’empennage 27 ainsi que les vérins 41, 42 permettant d’agir sur le pas des pales 11 du rotor de sustentation 10.
Le calculateur 75 peut comprendre par exemple au moins un processeur et au moins une mémoire, au moins un circuit intégré, au moins un système programmable, au moins un circuit logique, ces exemples ne limitant pas la portée donnée à l’expression « calculateur ». Le terme processeur peut désigner aussi bien une unité centrale de traitement connue sous l’acronyme CPU, une unité graphique de traitement GPU, une unité digitale connue sous l’acronyme DSP, un microcontrôleur…
Le calculateur 75 peut comprendre divers modules pouvant comprendre des unités indépendantes, ou des lignes de code par exemple. Chaque module peut comprendre au moins un processeur et/ou au moins une mémoire, au moins un circuit intégré, au moins un système programmable, au moins un circuit logique, ces exemples ne limitant pas la portée donnée à l’expression « module ». Le calculateur peut être un calculateur d’un système connu sous l’acronyme AFCS et l’expression anglaise « Aircraft Flight Control System ».
Ainsi, le calculateur 75 peut comprendre un module dénommé « estimateur 76 » configuré pour déterminer une consigne courante et un module dénommé « régulateur de braquage 77 » configuré pour déterminer un ordre de braquage et le transmettre à le ou aux actionneurs d’empennage 27. L’estimateur 76 peut dans le cadre d’une consigne courante fixe comprendre simplement une mémoire et peut prendre la forme d’un segment de code par exemple dans le cadre d’une consigne variable.
Indépendamment de ces aspects, le calculateur 75 peut comporter un système 78 de régulation d’un angle d’assiette de ladite cellule 2 en fonction d’un angle de référence et/ou un système 79 de régulation d’une vitesse ascensionnelle VZ de l’hélicoptère hybride 1 qui communiquent avec les vérins 41, 42 précités pour piloter les servocommandes 35. Le système 78 est ainsi un régulateur d’un angle d’assiette et le système 79 est un régulateur d’une vitesse ascensionnelle.
Le calculateur 75 peut comporter un système 90 de régulation d’une vitesse d’avancement VA dudit hélicoptère hybride 1 en fonction d’une vitesse d’avancement de référence VA*, qui communique par exemple avec au moins un actionneur 91 agissant de la même manière sur le pas des pales 16 de chaque hélice ou sur la vitesse de rotation de chaque hélice.
La illustre le procédé selon l’invention.
Ce procédé comporte une phase de vol stabilisée STP1 qui comporte une phase de réglage d’empennage STP1 visant à réguler la position, et par exemple un angle de braquage par rapport à une référence, du ou des plans mobiles d’empennage 26.
Cette phase de réglage d’empennage STP1 comporte une étape de détermination STP1.1 avec le senseur principal 50 de la valeur courante du paramètre rotor. En particulier le senseur principal 50 peut émettre un signal électrique ou optique porteur de ladite valeur courante du paramètre rotor.
Avant, pendant ou après, le procédé comporte une étape de détermination STP1.2 avec l’estimateur 76 d’une consigne courante que doit atteindre ce paramètre rotor. La consigne courante est soit fixe et par exemple mémorisée soit établie par l’estimateur 76 en fonction d’une valeur d’au moins un paramètre de surveillance mesurée à l’aide du senseur adéquat.
En présence d’une consigne courante variable en fonction d’une valeur d’au moins un paramètre de surveillance, l’estimateur 76 peut mettre en œuvre une loi de variation prédéterminée en paliers, linéaire ou polynomiale par exemple. Selon une possibilité, l’estimateur 76 peut mettre en œuvre une loi obtenue par des méthodes d’interpolation à partir d’une ou plusieurs valeurs d’un ou plusieurs paramètres de surveillance. Divers exemples d’un estimateur 76 déterminant la consigne courante en fonction du cas de vol sont donnés par la suite.
Selon un premier exemple illustré sur la , l’estimateur 76 mémorise des valeurs tabulées du paramètre rotor en fonction de la vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride 1 mesurée avec le senseur 51 de vitesse d’avancement. Ainsi, le paramètre rotor prend une première valeur mémorisée Wrotor*1 lorsque la vitesse d’avancement courante est dans une plage allant d’une première vitesse V1 incluse à une deuxième vitesse V2 supérieure à la première vitesse V1, une deuxième valeur mémorisée Wrotor*2 lorsque la vitesse d’avancement courante est dans une plage allant de la deuxième vitesse V2 incluse à une troisième vitesse V3 supérieure à la deuxième vitesse V2, une troisième valeur mémorisée Wrotor*3 lorsque la vitesse d’avancement courante est dans une plage allant de la troisième vitesse V3 incluse à une quatrième vitesse V4 supérieure à la troisième vitesse V3, puis une quatrième valeur mémorisée Wrotor*4 lorsque la vitesse d’avancement courante est supérieure ou égale à la quatrième vitesse V4.
Selon un deuxième exemple illustré sur la l’estimateur 76 mémorise des valeurs tabulées du paramètre rotor en fonction de la vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride 1 mais aussi de la densité de l’air dens1, dens2, dens3.
Eventuellement, la densité courante peut être estimée de manière usuelle à l’aide des informations données par le senseur 55 d’altitude ou de hauteur de l’hélicoptère hybride 1 et le senseur 56 de température.
Selon la variante, des tableaux plus complexes utilisant les valeurs d’autres paramètres de surveillance peuvent être établis, comme la portance du rotor de sustentation 10 déterminée à l’aide du senseur 52 de portance voire de l’angle de braquage d’au moins un volet de l’aile 5 mesuré avec le senseur 58 de braquage
Selon un troisième exemple, l’estimateur 76 mémorise un polynôme. Par exemple ce polynôme a comme variables la vitesse d’avancement VA ainsi que la densité de l’air et la vitesse de rotation du rotor de sustentation 10 mesurée avec le senseur 54 de vitesse de rotation et un angle de braquage d’un volet 8 de l’aile mesuré avec le senseur 57 angulaire.
Indépendamment de la manière de faire et en référence à la , l’estimateur 76 mémorise la valeur de la consigne courante ou applique donc par exemple au moins une ligne de code pour déterminer à chaque pas de calcul la consigne courante que doit atteindre le paramètre rotor.
Dès lors, la phase de réglage d’empennage STP1 illustrée comporte la régulation de la position du ou des plans mobiles d’empennage 26. Par exemple, cette phase comprend une étape de détermination STP1.3 d’un ordre de braquage du ou des plans mobiles d’empennage 26 avec le régulateur de braquage 77 en fonction de la valeur courante et de la consigne courante du paramètre rotor.
Par exemple, un soustracteur 770 établit une différence entre la valeur courante et la consigne courante du paramètre rotor et l’injecte dans le régulateur de braquage 77. Le régulateur de braquage 77 est éventuellement un régulateur Proportionnel Intégral Dérivé fonction de la différence entre ladite valeur courante et ladite consigne courante. Ainsi, l’ordre de braquage ord peut être égal au résultat de la relation suivante :
kp*(Wrotor-Wrotor*)+ki*int(Wrotor-Wrotor*)+ kd* d(Wrotor-Wrotor*)/dt
où « kp », « ki » et « kd » représente des gains pouvant être déterminés par essais, calculs et/ou simulations, « Wrotor » représente la valeur courante, « Wrotor* » représente la consigne courante, « int » représente une intégrale par rapport au temps, « d/dt » représente une dérivée par rapport au temps, « / » représente le signe de la division, « * » représente le signe de la multiplication, « + » représente le signe de l’addition, « - » représente le signe de la soustraction.
La phase de réglage d’empennage STP1 comporte alors une phase de braquage STP1.4 du ou des plans mobile d’empennage 26 avec le ou les actionneurs d’empennage 27 selon ledit ordre de braquage. Par exemple, le régulateur de braquage 77 transmet un signal porteur dudit ordre de braquage, le ou les actionneurs d’empennage 77 recevant ce signal et basculant en conséquence le ou les plans mobiles d’empennage 26 tant que l’angle de braquage delta mesuré par le senseur 58 de braquage ne correspond pas à l’angle de braquage souhaité. Par exemple, l’angle de braquage souhaité correspond à l’angle selon lequel le ou les plans mobiles d’empennage 26 doit être basculé.
Par ailleurs, en présence de plusieurs plans mobiles d’empennage 26, un braquage différentiel peut être appliqué via une autre boucle de régulation ou par addition, pour répondre à des objectifs supplémentaires tels que la compensation de la dissymétrie d’un sillage venant interférer sur l'empennage ou une aide au contrôle en roulis de l’hélicoptère hybride 1.
Selon une option, ledit procédé comporte une phase de mise en veille STP0 de la phase de vol stabilisée STP1 si au moins une des conditions suivantes est remplie :
- un pilote exerce un effort détecté avec le senseur 60 d’effort de commande sur la commande de pas cyclique 45,
- un pilote exerce un effort détecté avec le senseur 61 d’effort de commande sur la commande de pas collectif 46,
- une composante Nz selon la verticale terrestre d’un facteur de charge, mesurée avec le senseur 62 de facteur de charge, est supérieure en valeur absolue à un seuil de facteur de charge mémorisé dans un inhibiteur 80,
- un angle de roulis de la cellule 2, mesuré avec le senseur 63 d’angle de roulis, est supérieur en valeur absolue à un seuil de roulis mémorisé dans l’inhibiteur 80.
Un tel inhibiteur 80 peut être par exemple un module du calculateur 75 du système 70 qui transmet ou ne transmet pas l’ordre de braquage à le ou aux actionneurs d’empennage 27 en fonction des conditions précédentes. Selon un autre exemple, l’inhibiteur peut être un module complémentaire externe au calculateur 75; ce module étant éventuellement interposé pour le même effet entre le calculateur 75 et le ou les actionneurs d’empennage 27.
Eventuellement, l’inhibiteur 80 peut alternativement inhiber toute la phase de vol stabilisée STP1.
Selon une option le cas échéant compatible avec la précédente, le procédé peut comporte une étape de mesure STP0.1 d’une vitesse d’avancement mesurée VA de l’hélicoptère hybride 1 avec le senseur 51.
Par suite, un module du système et par exemple l’inhibiteur 80 peut mettre en œuvre la comparaison de la vitesse d’avancement mesurée VA à un seuil de vitesse mémorisé. Dans ce contexte, la phase de vol stabilisée STP1 peut être éventuellement mise en œuvre uniquement quand la vitesse d’avancement mesurée VA est supérieure ou égale au seuil de vitesse.
Dans la négative, l’inhibiteur 80 ou un autre module peut transmette un ordre à le ou aux actionneurs d’empennage 27 pour braquer le ou les plans mobiles d’empennage 26 à un angle de braquage refuge mémorisé.
Selon une option compatible avec les précédentes le procédé comporte une phase de réglage rotor STP2 comprenant une étape de tenue d’assiette longitudinale STP2.1. Cette étape de tenue d’assiette longitudinale STP2.1 peut inclure la régulation d’un angle d’assiette en tangage theta de ladite cellule 2, en fonction d’un angle de référence theta* et d’un angle d’assiette courant theta mesuré par le senseur 64. Un soustracteur 781 établit une différence entre l’angle de référence theta* et l’angle d’assiette courant theta. Un régulateur d’assiette 782 établit un signal d’erreur, par une régulation Proportionnelle Intégral Dérivée par exemple, en fonction de cette différence puis l’injecte dans un sommateur 783 qui ajoute ce signal d’erreur à un signal de commande theta0pil variant en fonction de la position de la commande de pas cyclique. Le sommateur 783 transmet alors un signal de consigne à un module de pilotage 750, par exemple du calculateur 75, pour obtenir une modification cyclique dudit pas des pales 11 du rotor de sustentation 10.
La phase de régulation du rotor STP2 peut comprendre une étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle STP 2.2. Cette étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle STP 2.2 peut inclure la régulation d’une vitesse ascensionnelle VZ de l’hélicoptère hybride 1, par rapport à une vitesse verticale de référence VZ* et d’une vitesse ascensionnelle VZ mesurée par le senseur 65. Un soustracteur 791 établit une différence entre la vitesse verticale de référence VZ* et la vitesse ascensionnelle VZ. Un régulateur de vitesse verticale 792 établit un signal d’erreur, par une régulation Proportionnelle Intégral Dérivée par exemple, en fonction de cette différence puis l’injecte dans un sommateur 793 ajoutant ce signal d’erreur à un signal de commande theta1pil variant en fonction de la position de la commande de pas collective. Le sommateur 793 transmet alors un signal de consigne au module de pilotage 750, pour obtenir une modification collective du pas de pales 11 du rotor de sustentation 10.
La vitesse verticale de référence VZ* et l’angle de référence theta* peuvent être égaux par exemple à la vitesse ascensionnelle VZ et à l’angle de braquage theta atteints au moment de l’enclenchement du procédé.
Par ailleurs, la phase de vol stabilisée peut comprendre une étape de tenue d’une vitesse d’avancement STP3. Cette étape de tenue d’une vitesse d’avancement STP3 peut comporter la régulation de la vitesse d’avancement VA mesurée avec le senseur 51 de vitesse d’avancement en fonction d’une vitesse d’avancement de référence VA* par pilotage automatique du pas des pales 16 et/ou de la vitesse de rotation de chaque hélice d’avancement 15.
Par exemple, le système 90 de régulation comporte un soustracteur qui établit une différence entre la vitesse d’avancement de référence VA* et la vitesse d’avancement VA mesurée. Un régulateur de vitesse du système 90 établit un signal d’erreur, par une régulation Proportionnelle Intégral Dérivée par exemple, en fonction de cette différence puis l’injecte dans un sommateur ajoutant ce signal d’erreur à un signal de commande variant en fonction d’une commande de poussée. Le sommateur transmet alors un signal de consigne à chaque actionneur 91 pour obtenir une modification collective du pas des pales et/ou de la vitesse de rotation de la ou des hélices.
La vitesse d’avancement de référence VA* peut être égale par exemple à la vitesse d’avancement atteinte au moment de l’enclenchement du procédé, à, une vitesse paramétrée à l’aide d’une interface homme-machine, voire le cas échéant suite à une mise en veille du procédé.
Ainsi et en référence à la , l’ordre de braquage donné peut tendre à déplacer le ou les plans mobiles d’empennage 26 vers une position dans laquelle ils engendrent une portance F qui génère un moment à cabrer sur la cellule 2. Pour rester à assiette constante et trajectoire constante afin de maintenir une incidence constance, ce calage induit alors par l’étape de tenue d’assiette longitudinale STP2.1 une commande cyclique à piquer transmise pour incliner le disque rotor afin de contrer l’action de l’empennage 25 sur la cellule 2, voire une action sur le pas collectif des pales du rotor de sustentation 10 pour suivre la trajectoire voulue. Le rotor de sustentation 10 est alors en mode propulsif selon cet exemple, une composante de sa force aérodynamique P étant utilisée pour la propulsion de l’hélicoptère hybride 1. La puissance consommée par le rotor principal 10 est de ce fait augmentée. Pour maintenir la vitesse d’avancement sensiblement constante, les hélices 6 sont alors au contraire déchargées. Le pas des pales 16 et/ou la vitesse de rotation des hélices 6 vont être diminués lors de l’étape de tenue d’une vitesse d’avancement. La puissance consommée par ces hélices 6 diminue donc. Le changement de portance du rotor qui se produit lors d’un changement d’inclinaison du disque rotor est contré par l’étape de tenue de vitesse ascensionnelle, qui actionne une modification du pas collectif. Ainsi la trajectoire reste constante, et en conséquence l’angle d’incidence et la portance de l’aile éventuelle restent sensiblement constants aussi.
Dans une situation inverse illustrée sur la , le ou les plans mobiles d’empennage 26 génèrent un moment piqueur de l’hélicoptère hybride 1. Pour rester à assiette constante, une commande cyclique à cabrer est générée lors de la tenue d’assiette longitudinale. La puissance consommée par le rotor de sustentation 10 baisse, cette puissance consommée pouvant devenir faible voire nulle ou négative. Pour maintenir la vitesse d’avancement sensiblement constante, les hélices 6 sont alors au contraire chargées. Le pas des pales 16 des hélices 6 et/ou leur vitesse de rotation ainsi que la puissance consommée par ces hélices vont être augmentés
Ainsi, l’invention permet d’ajuster la répartition de puissance entre le rotor de sustentation 10 et la ou les hélices 6, tout en restant à iso-incidence, à iso-trajectoire et à iso-vitesse pour atteindre un point de fonctionnement optimisé pour les conditions de vol courantes.
Le procédé conforme à l’invention, plus particulièrement décrit avec une application comportant un rotor de sustentation 10 et deux hélices 6, est transposable sans difficulté à une application comportant par exemple une seule hélice 6 avec ou sans aile et/ou deux rotors de sustentation sans sortir du cadre de la présente invention.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en œuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu’il n’est pas concevable d’identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
Claims (21)
- Procédé de pilotage d’un hélicoptère hybride (1), ledit hélicoptère hybride (1) ayant au moins un rotor de sustentation (10) pourvu de pales (11) à pas variable, ledit hélicoptère hybride (1) ayant au moins une hélice d’avancement (15) pourvue de pales (16), ledit hélicoptère hybride (1) ayant un empennage (25) pourvu au moins d’un plan mobile d’empennage (26) configuré pour au moins générer un moment en tangage sur une cellule (2) de l’hélicoptère hybride (1), ledit hélicoptère hybride (1) ayant au moins un actionneur d’empennage (27) pour déplacer en rotation ledit au moins un plan mobile d’empennage (26),
caractérisé en ce le procédé comporte une phase de vol stabilisée comprenant une phase de réglage rotor incluant une étape de tenue d’assiette longitudinale (STP2.1) et une étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle (STP2.2) ainsi qu’une phase de réglage d’hélice incluant une étape de tenue d’une vitesse d’avancement, la phase de vol stabilisée (STP1) comportant une phase de réglage d’empennage (STP1) comprenant les étapes suivantes :
- détermination (STP1.1) avec un senseur principal (50) d’une valeur courante d’un paramètre rotor conditionnant une puissance courante consommée par ledit rotor de sustentation (10),
- détermination (STP1.2) avec un estimateur (76) d’une consigne courante dudit paramètre rotor fixe ou fonction d’une valeur d’au moins un paramètre de surveillance, ledit paramètre rotor étant une puissance consommée par le rotor de sustentation (10) et ladite consigne courante étant une consigne de puissance ou ledit paramètre rotor est un couple moteur transmis au rotor de sustentation (10) et ladite consigne courante est une consigne de couple,
- régulation (STP1.3, STP1.4) d’une position dudit plan mobile d’empennage (26) avec un régulateur de braquage (77) en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante. - Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que ladite régulation d’une position dudit plan mobile d’empennage (26) comporte les étapes suivantes :
- détermination (STP1.3) d’un ordre de braquage dudit plan mobile d’empennage (26) avec le régulateur de braquage (77) en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante,
- braquage (STP1.4) dudit plan mobile d’empennage (26) avec ledit actionneur d’empennage (27) selon ledit ordre de braquage. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2,
caractérisé en ce que ledit régulateur de braquage (77) est un régulateur Proportionnel Intégral Dérivé. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte une vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride (1). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte une portance générée par le rotor de sustentation (10). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte une vitesse de rotation dudit rotor de sustentation (10). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte une altitude ou une hauteur de l’hélicoptère hybride (1) - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte une température d’un air situé à l’extérieur dudit hélicoptère hybride (1). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte un angle de braquage d’un volet (8) d’une aile (5) par rapport à une référence. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de surveillance comporte une valeur représentant une masse courante de l’hélicoptère hybride. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que ledit procédé comporte une phase de mise en veille (STP0) de la phase de vol stabilisée (STP1) si au moins une des conditions suivantes est remplie :
- un pilote exerce un effort sur une commande de pas cyclique (45) pilotant cycliquement le pas des pales (11) du rotor de sustentation (10),
- un pilote exerce un effort sur une commande de pas collectif (46) pilotant collectivement le pas des pales (11) du rotor de sustentation (10),
- une composante (Nz) selon la verticale terrestre d’un facteur de charge de l’hélicoptère hybride est supérieure en valeur absolue à un seuil de facteur de charge fixé,
- un angle de roulis de ladite cellule (2) est supérieur en valeur absolue à un seuil de roulis fixé. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11,
caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : mesure (STP0.1) d’une vitesse d’avancement mesurée (VA) dudit hélicoptère hybride (1) et comparaison de la vitesse d’avancement mesurée (VA) à un seuil de vitesse prédéterminé, ladite phase de vol stabilisée (STP1)) étant mise en œuvre lorsque ladite vitesse d’avancement mesurée (VA) est supérieure ou égale au seuil de vitesse. - Procédé selon l’une quelconque la revendication 12,
caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape de braquage dudit plan mobile d’empennage par ledit au moins un actionneur d’empennage à un angle de braquage refuge mémorisé lorsque ladite vitesse d’avancement mesurée (VA) est inférieure au seuil de vitesse. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13,
caractérisé en ce que ladite étape de tenue d’assiette longitudinale (STP2.1) comprend la régulation d’un angle d’assiette en tangage (theta) de ladite cellule (2) en fonction d’un angle de référence (theta*) par pilotage cyclique dudit pas des pales (11) du rotor de sustentation (10). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14,
caractérisé en ce que ladite étape de tenue d’une vitesse ascensionnelle (STP2.2) comporte la régulation d’une vitesse ascensionnelle (VZ) de l’hélicoptère hybride (1) par rapport à une vitesse verticale de référence (VZ*) par pilotage collectif du pas de pales du rotor de sustentation. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 15,
caractérisé en ce que ladite phase de réglage d’empennage(STP1) a une dynamique plus lente qu’une dynamique de ladite phase de réglage rotor (STP2). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 16,
caractérisé en ce que ladite étape de tenue d’une vitesse d’avancement (STP3) comporte la régulation d’une vitesse d’avancement (VA) dudit hélicoptère hybride (1) en fonction d’une vitesse d’avancement de référence (VA*) par pilotage au moins dudit pas des pales de ladite au moins une hélice d’avancement (15) ou d’une vitesse de rotation (16) de ladite au moins une hélice d’avancement (15). - Hélicoptère hybride (1) ayant au moins un rotor de sustentation (10) pourvu de pales (11) à pas variable, ledit hélicoptère hybride (1) ayant au moins une hélice d’avancement (15) pourvue de pales (16), ledit hélicoptère hybride (1) ayant un empennage (25) pourvu au moins d’un plan mobile d’empennage (26) configuré pour au moins générer un moment en tangage sur une cellule (2) de l’hélicoptère hybride (1), ledit hélicoptère hybride (1) ayant au moins un actionneur d’empennage (27) pour déplacer en rotation ledit au moins un plan mobile d’empennage (26),
caractérisé en ce que ledit hélicoptère hybride (1) comporte un système (70) de suivi de trajectoire à incidence constante configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, le système (70) de suivi de trajectoire à incidence constante comprenant :
- un senseur principal (50) configuré pour mesurer ladite valeur courante,
- au moins un système de mesure configuré pour déterminer ladite valeur d’au moins un paramètre de surveillance,
- un estimateur (76) configuré pour déterminer ladite consigne courante,
- un régulateur de braquage (77) configuré pour réguler ladite position dudit plan mobile d’empennage (26) en fonction de ladite valeur courante et de ladite consigne courante, le régulateur de braquage (77) étant en communication avec ledit actionneur d’empennage (27). - Hélicoptère hybride selon la revendication 18,
caractérisé en ce que ledit au moins un système de mesure comporte au moins un des organes suivants : un senseur (51) de vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride (1), un senseur (52) de portance générant un signal image d’une portance générée par le rotor de sustentation (10), un senseur (54) de vitesse de rotation générant un signal image d’une vitesse de rotation dudit rotor de sustentation (10), un senseur (55) d’altitude ou de hauteur de l’hélicoptère hybride (1), un senseur (56) de température d’un air situé à l’extérieur dudit hélicoptère hybride (1), un senseur (57) angulaire mesurant un angle de braquage d’un volet (8) d’une aile (5) par rapport à une référence, un senseur (58) de braquage mesurant un angle de braquage dudit plan mobile d’empennage. - Hélicoptère hybride selon l’une quelconque des revendications 18 à 19,
caractérisé en ce que ledit hélicoptère hybride (1) comporte au moins un des organes suivants : un senseur (60) d’effort de commande cyclique générant un signal qui varie lorsqu’un pilote exerce un effort sur une commande de pas cyclique (45) pilotant cycliquement le pas des pales (11) du rotor de sustentation (10), un senseur (61) d’effort de commande collective générant un signal qui varie lorsqu’un pilote exerce un effort sur une commande de pas collectif (46) pilotant collectivement le pas des pales (11) du rotor de sustentation (10), un senseur (62) de facteur de charge générant un signal qui varie en fonction d’une composante (Nz) selon la verticale terrestre d’un facteur de charge de l’hélicoptère hybride (1), un senseur (63) d’angle de roulis. - Hélicoptère hybride selon l’une quelconque des revendications 18 à 20,
caractérisé en ce que ladite hélicoptère hybride (1) comporte un système (78) de régulation d’un angle d’assiette de ladite cellule en fonction d’un angle de référence et un système (79) de régulation d’une vitesse ascensionnelle de l’hélicoptère hybride (1) par rapport à une vitesse verticale de référence, ledit hélicoptère hybride (1) comportant un système (90) de régulation d’une vitesse d’avancement de l’hélicoptère hybride (1) par rapport à une vitesse d’avancement de référence .
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