FR3133050A1 - Manche pour un aéronef comportant des éléments sensoriels - Google Patents
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Abstract
MANCHE POUR UN AÉRONEF COMPORTANT DES ÉLÉMENTS SENSORIELS L’invention concerne un manche (200) pour un aéronef, ledit manche (200) comportant un mât (202) destiné à être implanté verticalement sur une surface (50) de l’aéronef où la paroi extérieure du mât (202) comporte une pluralité de coulisseaux (206) s’étendant le long du mât (202) et pour chaque coulisseau (206), un système d’actionnement arrangé pour déplacer ledit coulisseau (206) d’une position rentrée à une position sortie et inversement. Avec un tel arrangement, le pilote ressent les effets des commandes. Fig. 2
Description
La présente invention concerne un manche pour un aéronef où le manche comporte des éléments sensoriels, un système comportant un tel manche et un écran, ainsi qu’un aéronef comportant un tel manche.
Un aéronef comporte classiquement une cabine de pilotage dans laquelle est disposé un manche qui permet au pilote de commander certaines commandes de l’aéronef, comme par exemple la direction. La cabine de pilotage est également équipée de nombreux boutons, écrans et commandes qui rendent le pilotage de l’aéronef complexe. En outre, chaque type d’aéronef peut nécessiter des commandes spécifiques, propres à l’aéronef, ce qui impose que le pilote ait une qualification à l’utilisation de l’aéronef.
Il existe une nouvelle tendance qui tend à démocratiser le vol avec des engins à décollage et atterrissage vertical (connus sous l’acronyme VTOL, pour « Vertical Take-Off and Landing » en anglais). Cette tendance est connue sous l’appellation « mobilité aérienne urbaine » (connue sous l’acronyme UAM, pour « Urban Air Mobility »).
Pour démocratiser l’accès à ce type d’aéronef, il est nécessaire de simplifier les commandes de l’aéronef et de les rendre plus légères.
En outre, en vol, un tel aéronef peut être soumis à des vibrations, et il devient difficile pour un pilote d’accéder à une commande qui est par exemple accessible depuis un écran tactile.
Un objet de la présente invention est ainsi de proposer un manche comportant des éléments sensoriels qui permettent à un pilote, par exemple, de sentir le résultat d’une commande.
À cet effet, est proposé un manche pour un aéronef, ledit manche comportant un mât destiné à être implanté verticalement sur une surface de l’aéronef où la paroi extérieure du mât comporte une pluralité de coulisseaux s’étendant le long du mât et pour chaque coulisseau, un système d’actionnement arrangé pour déplacer ledit coulisseau d’une position rentrée à une position sortie et inversement.
Avec un tel manche, le pilote ressent les effets des commandes. En outre, avec un tel manche, le pilote a conscience de la prise en compte de la commande qu’il a transmise et peut être alerté qu’il effectue une action non-optimale. Ce manche permet également une centralisation des commandes de vol, ce qui le rend ergonomique, et ce qui permet un gain en masse pour l’aéronef.
Avantageusement, le manche comporte des moyens de contrôle qui sont arrangés pour détecter un déplacement du mât et pour envoyer des commandes associées au type de déplacement détecté à une unité de supervision de l’aéronef.
Avantageusement, chaque système d’actionnement comporte un moteur électrique comprenant un arbre s’étendant selon un axe, et un écrou engrené sur l’arbre du moteur électrique et solidaire du coulisseau, l’écrou étant bloqué en rotation autour de l’axe et mobile en translation le long de l’arbre.
Avantageusement, chaque système d’actionnement comporte un moteur électrique comprenant un arbre, et une crémaillère engrenée par l’arbre du moteur électrique et solidaire du coulisseau.
Avantageusement, le manche comporte un moteur électrique comprenant un arbre, et chaque système d’actionnement comporte un système d’embrayage connecté à l’arbre du moteur électrique et arrangé pour passer d’une position débrayée à une position embrayée, où dans la position débrayée, la transmission de la rotation de l’arbre du moteur électrique au coulisseau est bloquée et où dans la position embrayée, la rotation de l’arbre du moteur électrique est transmise au coulisseau.
Avantageusement, chaque système d’actionnement comporte un vérin comportant une tige mobile solidaire du coulisseau dont le déplacement réalise le déplacement du coulisseau de sa position rentrée à sa position sortie et inversement.
Avantageusement, chaque système d’actionnement comporte des moyens de rappel reliés au coulisseau et configurés pour exercer une force de rappel en direction de la position rentrée du coulisseau.
Avantageusement, le manche comporte une tête fixée au sommet du mât et portant des commandes manuelles actionnables par les doigts d’un pilote.
Avantageusement, l’une des commandes manuelles est une boule de commande.
L’invention propose également un ensemble pour un aéronef comportant un manche selon l'une des variantes précédentes et un écran où un pointeur est affiché et le manche comporte des moyens pour contrôler le déplacement du pointeur sur l’écran.
L’invention propose également un aéronef comportant une surface et un manche selon l'une des variantes précédentes où le mât est implanté verticalement sur ladite surface.
L’invention propose également un aéronef comportant une surface et un ensemble selon la variante précédente où le mât est implanté verticalement sur ladite surface.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION
La montre un aéronef 100 qui comporte une cabine de pilotage 102. L’aéronef 100 est ici un avion, mais il peut prendre d’autres formes et il peut être un engin à décollage et atterrissage vertical, un hélicoptère et il peut être motorisé avec tout type de motorisation, comme une turbine, un moteur électrique ou un moteur hybride.
La montre un manche 200 qui est disposé dans la cabine de pilotage 102 et qui peut ainsi être manipulé par un pilote.
Le manche 200 est implanté sur une surface 50 de la cabine de pilotage 102 et il comporte classiquement un mât 202 qui est implanté verticalement sur la surface 50.
La montre une coupe du mât 202. Le mât 202 prend globalement la forme d’un cylindre dont l’axe est globalement vertical et sa paroi extérieure comporte au moins un coulisseau 206, ici au nombre de huit, répartis régulièrement autour du mât 202. Chaque coulisseau 206 s’étend verticalement le long du mât 202. Le mât 202 peut également comporter une pluralité de coulisseaux 206 s’étendant sur plusieurs rangées autour du mât 202. Le mât 202 peut prendre toute autre forme afin de répondre à des exigences d’ergonomie, et notamment une forme conique. Les coulisseaux 206 peuvent être inclinés par rapport à l’axe vertical du mât 202, notamment lorsque le mât 202 est en forme de cône, afin d’épouser la forme générale du mât 202.
Pour chaque coulisseau 206, le manche 200 comporte un système d’actionnement 302 qui est arrangé pour déplacer ledit coulisseau 206 d’une position rentrée à une position sortie et inversement. La position rentrée correspond à la position normale du coulisseau 206 lorsque le système d’actionnement 302 n’exerce aucune force sur lui et la position sortie correspond à une position écartée vers l’extérieur par rapport à la position rentrée.
Les systèmes d’actionnement 302 sont commandés par une unité de contrôle 304 dont un mode de réalisation est représenté à la .
L’unité de contrôle 304 comporte, reliés par un bus de communication 410 : un processeur 401 ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) ; une mémoire vive RAM 402 (« Random Access Memory » en anglais) ; une mémoire morte ROM 403 (« Read Only Memory » en anglais) ; éventuellement une unité de stockage telle qu’un disque dur ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD 404 (« Secure Digital » en anglais) ; au moins une interface de communication 405, permettant par exemple à l’unité de contrôle 304 de communiquer avec chaque système d’actionnement 302.
Le processeur est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM à partir de la ROM, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque l’équipement est mis sous tension, le processeur est capable de lire de la RAM des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant la mise en œuvre, par le processeur, de tout ou partie des algorithmes et étapes décrits ci-dessous.
Tout ou partie des algorithmes et étapes décrits ci-dessous peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais).
L’unité de contrôle 304 est par ailleurs en communication avec une unité de supervision 104 de l’aéronef 100 et en fonction des données envoyées par ladite unité de supervision 104, l’unité de contrôle 304 commande les systèmes d’actionnement 302 appropriés. Par exemple, si l’unité de supervision 104 détecte un virage à gauche, respectivement à droite, de l’aéronef 100, il en informe l’unité de contrôle 304 qui active les systèmes d’actionnement 302 des coulisseaux 206 de gauche, respectivement de droite, pour les déplacer vers la position sortie. Le pilote comprend alors facilement que l’aéronef 100 vire sur la gauche, respectivement sur la droite. De la même manière, si l’unité de supervision 104 détecte que l’aéronef 100 pique vers l’avant, respectivement relève le nez, il en informe l’unité de contrôle 304 qui active les systèmes d’actionnement 302 des coulisseaux 206 avant, respectivement arrière, pour les déplacer vers la position sortie.
Bien sûr toutes autres combinaisons de mouvements des coulisseaux 206 sont possibles selon les informations qui doivent être transmises au pilote.
Selon un mode de réalisation, l’unité de supervision 104 commande l’unité de contrôle 304 dès lors qu’une limitation est atteinte par l’aéronef, comme par exemple une limite de décrochage de la portance du vol, en agissant sur un mode vibratoire des moteurs vibrants des systèmes d’actionnement 302.
Selon un mode de réalisation particulier représenté à la , chaque système d’actionnement 302 comporte un moteur électrique 303, qui par rotation de son arbre 305 engrène avec un écrou 306 bloqué en rotation et solidaire du coulisseau 206. Ainsi, une rotation de l’arbre 305 entraîne un déplacement en translation de l’écrou 306 et du coulisseau 206 le long de l’arbre 305.
Dans les différents modes de réalisation décrits, pour faciliter le retour de la position sortie à la position rentrée, chaque système d’actionnement 302 comporte des moyens de rappel 308 reliés au coulisseau 206 et configurés pour exercer une force de rappel en direction de la position rentrée du coulisseau 206. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de rappel 308 sont constitués ici d’au moins un ressort de rappel 308 qui tend à ramener le coulisseau 206 en position rentrée.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque système d’actionnement 302 comporte un moteur électrique 303, qui par rotation de son arbre engrène avec une crémaillère solidaire du coulisseau 206 pour le déplacer.
Selon un mode de réalisation particulier, les systèmes d’actionnement 302 comportent un moteur électrique commun comprenant un arbre et chaque système d’actionnement 302 comporte un système d’embrayage qui est connecté à l’arbre du moteur électrique et qui est arrangé pour passer d’une position débrayée à une position embrayée, où dans la position débrayée, la rotation de l’arbre du moteur n’est pas transmise au coulisseau 206 et où dans la position embrayée, la rotation de l’arbre du moteur est transmise au coulisseau 206.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque système d’actionnement 302 comporte un vérin, par exemple électrique, dont la tige mobile est solidaire du coulisseau 206 pour le déplacer. Le déplacement de la tige mobile réalise le déplacement du coulisseau 206 de sa position rentrée à sa position sortie et inversement.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque système d’actionnement 302 comporte un moteur vibrant qui, lorsqu’il est activé, permet de faire vibrer le coulisseau 206 entre la position rentrée et la position sortie.
Selon un mode de réalisation particulier, le manche 200 comporte des moyens de contrôle qui, à travers l’unité de contrôle 304, envoient des commandes à l’unité de supervision 104. Les moyens de contrôle sont ainsi arrangés pour détecter un déplacement du mât 202 et pour envoyer des commandes associées au type de déplacement ainsi détecté à l’unité de supervision 104 de l’aéronef 100 afin que ladite unité de supervision 104 commande les éléments de l’aéronef 100 qui conviennent. Par exemple, si le manche 200 est déplacé vers un côté, cette information est envoyée par les moyens de contrôle vers l’unité de supervision 104 qui commande les éléments de l’aéronef 100 qui gèrent la direction, comme la gouverne de direction, de manière à le faire tourner sur le côté correspondant. De la même manière, si le manche 200 est déplacé vers l’avant, respectivement vers l’arrière, cette information est envoyée par les moyens de contrôle vers l’unité de supervision 104 qui commande les éléments de l’aéronef 100 qui gèrent la montée ou la descente du nez, comme la gouverne de profondeur.
Plus précisément, si le mât 202 est basculé à gauche ou à droite (flèches 51) cela permet de gérer le roulis à gauche ou à droite, si le mât 202 est basculé vers l’avant ou l’arrière (flèches 52) cela permet de gérer le cambrage (cabrer, piquer) et si le pied du mât 202 est déplacé à gauche ou à droite (flèches 54) cela permet de gérer le lacet gauche ou droite. Ainsi, les principales commandes de vol sont regroupées sur le manche 200. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif, les moyens de contrôle du vol de l’aéronef dépendant du type de l’aéronef.
Les moyens de contrôle sont par exemple électrique, ou mécanique si le mât 202 est mobile et monté sur des articulations. Si le mât 202 est fixe, les moyens de contrôle sont par exemple des capteurs d’effort, de force, de couple, etc qui mesurent les efforts ou le couple appliqués sur le mât 202 par le pilote et les retranscrivent en déplacement.
Dans le mode de réalisation de l’invention représenté à la , le manche 200 comporte une tête 204 qui est fixée au sommet du mât 202 et qui porte des commandes manuelles 208, 210, 212 actionnables par les doigts du pilote. Ainsi, en regroupant des commandes directement sur le manche 200 cela simplifie l’apprentissage pour le pilote avec une meilleure ergonomie et cela allège également l’aéronef 100 en supprimant d’autres boîtiers commandes présents dans un aéronef de l’état de la technique.
Dans une application particulière, le manche 200 est associé avec un écran 250 localisé dans la cabine de pilotage 102 et visible par le pilote. L’écran 250 permet d’afficher différents éléments concernant le vol et, en particulier, il permet d’afficher des commandes qui sont sélectionnables avec le doigt si l’écran 250 est tactile et/ou à l’aide d’un pointeur 252 affiché sur l’écran 250 que ce dernier soit tactile ou non. Le manche 200 comporte alors des moyens pour contrôler le déplacement du pointeur 252 sur l’écran 250. L’unité de contrôle 304 est alors connectée à l’écran 250 directement ou à travers l’unité de supervision 104 et le manche 200 peut être basculé dans une fonction du type « souris » de manière à contrôler le pointeur 252 affiché sur l’écran 250. La tête 204 présente ici un bouton 208 qui permet, lorsqu’il est activé, de basculer le manche 200 du mode commande de vol au mode commande de pointeur. Dans le mode commande de pointeur le déplacement du mât 202 entraîne le déplacement du pointeur 252 sur l’écran 250.
En complément, il est possible de prévoir d’autres boutons pour réaliser les boutons gauche et droit d’une souris. Par exemple, la tête 204 présente ici une gâchette 214 qui porte deux boutons 212. Dans le mode commande de vol, les boutons 212 de la gâchette 214 peuvent servir à commander la montée ou la descente en altitude de l’aéronef 100.
Dans le mode de la , l’une des commandes manuelles est une boule de commande (« track ball ») 210 qui peut être utilisée pour déplacer le pointeur 252 de l’écran 250.
Par gestion des appuis boutons sur la tête 204, il est possible de configurer différentes fonctions du manche 200 et passer par exemple d’une fonction à une autre. Différentes fonctions envisageables sont le pilotage de l’aéronef 100, le mode commande de pointeur, un mode interactions avec un copilote avec par exemple un contre-effort et des battements radiaux dès lors d’un conflit de commande entre le pilote et le copilote, le positionnement d’une caméra, d’un radar, d’un phare d’atterrissage.
Claims (10)
- Manche (200) pour un aéronef (100), ledit manche (200) comportant un mât (202) destiné à être implanté verticalement sur une surface (50) de l’aéronef (100) où la paroi extérieure du mât (202) comporte une pluralité de coulisseaux (206) s’étendant le long du mât (202) et pour chaque coulisseau (206), un système d’actionnement (302) arrangé pour déplacer ledit coulisseau (206) d’une position rentrée à une position sortie et inversement.
- Manche (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de contrôle qui sont arrangés pour détecter un déplacement du mât (202) et pour envoyer des commandes associées au type de déplacement détecté à une unité de supervision (104) de l’aéronef (100).
- Manche (200) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque système d’actionnement comporte un moteur électrique (303) comprenant un arbre (305) s’étendant selon un axe, et un écrou (306) engrené sur l’arbre (305) du moteur électrique et solidaire du coulisseau (206), l’écrou (306) étant bloqué en rotation autour de l’axe et mobile en translation le long de l’arbre (305).
- Manche (200) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque système d’actionnement comporte un moteur électrique (303) comprenant un arbre, et une crémaillère engrenée par l’arbre du moteur électrique (303) et solidaire du coulisseau (206).
- Manche (200) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le manche (200) comporte un moteur électrique comprenant un arbre, et chaque système d’actionnement (302) comporte un système d’embrayage connecté à l’arbre du moteur électrique et arrangé pour passer d’une position débrayée à une position embrayée, où dans la position débrayée, la transmission de la rotation de l’arbre du moteur électrique au coulisseau (206) est bloquée et où dans la position embrayée, la rotation de l’arbre du moteur électrique est transmise au coulisseau (206).
- Manche (200) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque système d’actionnement comporte un vérin comportant une tige mobile solidaire du coulisseau (206) dont le déplacement réalise le déplacement du coulisseau (206) de sa position rentrée à sa position sortie et inversement.
- Manche (200) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque système d’actionnement comporte des moyens de rappel (308) reliés au coulisseau (206) et configurés pour exercer une force de rappel en direction de la position rentrée du coulisseau (206).
- Manche (200) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte une tête (204) fixée au sommet du mât (202) et portant des commandes manuelles (208, 210, 212) actionnables par les doigts d’un pilote.
- Manche (200) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’une des commandes manuelles est une boule de commande (212).
- Ensemble pour un aéronef (100) comportant un manche (200) selon l'une des revendications précédentes et un écran (250) où un pointeur (252) est affiché et en ce que le manche (200) comporte des moyens pour contrôler le déplacement du pointeur (252) sur l’écran (250).
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2022
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