Brevet FR2050270A1 — publié le 19710402

La présente invention concerne le guidage dtun aéronef pour réaliser l'approche automatique d'un lieu d'atterrissage . Elle vise en particulier le guidage d'un aéronef tel 5 qu'un hélicoptère. On connaît des procédés et dispositifs pour le guidage d'un avion en vue de réaliser l'approche automatique d'un lieu d'atterrissage. Ces procédés, notamment celui dit "I.l.S." (Instru-10 ment Landing System) conviennent mal au guidage d'un hélicoptère en raison des conditions d'approche différentes de l'avion et de l'hélicoptère, et la présente invention vise à fournir un procédé nouveau et un dispositif nouveau convenant particulièrement au guidage d'un aéronef tel qu'un hélicoptère. 15 De façon fondamentale, le procédé et le dispositif sont "basés sur l'utilisation d'ondes de détection radar dont la fréquence porteuse a me valeur de l'ordre de gigahertz, par exemple comprise entre 10 et 20 ghz. L'invention sera déerite ci-après, en référence aux 20 figures du dessin joint sur lequel : - la figure 1 est une élévation de l'appareil en cours d'approche ; - la figure 2 est une vue de dessus de l'appareil en cours d'approche, et 25 - la figure 3 est un schéma-de fonctionnement du dispositif situé à bord de l'hélicoptère pour le guidage de son vol. Un émetteur E, placé au sol, émet des ondes radar de 15>5 ghz de fréquence porteuse définissant un axe radio-30 électrique de guidage R situé à l'intersection d'un plan radio-électrique vertical d'alignement et d'un plan radio-électrique de descente perpendiculaire au plan vertical et incliné sur l'horizontale, et ces ondes sont reçues à bord de l'hélicoptère et utilisées pour agir sur les commandes de vol de l'hélieop-35 tère. A bord de l'hélicoptère, on utilise les ondes reçues pour former vin signal électrique d'écart vertical G représentatif de l'écart angulaire vertical de l'hélicoptère au plan de descente (figure 1), pour former -un signal dérivé propor-40 tionnel à la dérivée par rapport au temps dudit signal d'écart' vertical, pour former un signal correctif comprenant un "terme 69 23727 2 2050270 d'amortissement K^dG proportionnel audit signal dérivé, et on fait agir ce signaf^correctif sur la commande de pas général de l'hélicoptère de façon à obtenir la variation de vitesse verticale qui convient. 5 En outre, à bord de l'hélicoptère, on élabore la distance de l'hélicoptère à l'émetteur et on utilise le résultat de ce calcul pour faire décnttre ledit terme d'amortissement lorsque ladite distance diminue. Dans une réalisation, on élabore ladite distance 10 par une information d'altitude au moyen de radio-sondes. Il est aussi prévu de détecter à bord de l'hélicoptère l'accélération verticale de l'hélicoptère et d'utiliser le résultat de eette détection pour former un signal K^T2 représentatif de la vitesse verticale de l'hélicoptère et que l'on 15 introduit comme terme d'amortissement dans ledit signal correctif. Enfin, on limite la valeur maximale du signal correctif pour la sécurité du vol. On. ne fait agir le signal correctif que lorsque 20 l'hélicoptère a atteint le plan incliné de descentef Pour ce faire, à bord de l'hélicoptère, on dispose cL^un matériel comprenant un récepteur D des ondes radar, relié par un coupleur 0 à un pilote automatique P de l'hélicoptère (figure 3). Le récepteur fournit au coupleur (voie G) un signal 25 G représentatif dudit écart angulaire vertical (signal "glide") et le coupleur 0 comporte un ensemble de moyens pour former à partir de ce signal un signal électrique de correction du pas général de l'hélicoptère. 0e signal correctif comporte un terme principal 50 proportionnel à l'écart angulaire vertical de l'hélicoptère au plan d'alignement, le terme d'amortissement K^dG proportionnel à la dérivée par rapport au temps de cet écar^et le terme d'amortissement K^Vg proportionnel à la vitesse verticale de l'hélicoptère. - 35 Ces moyens comprennent par exemple un dispositif amplificateur 1 qui reçoit le signal G et forme un signal K^G, un dispositif dérivateur et amplificateur 2 qui reçoit le signal G et forme un signal dérivé amplifié K_dG, un dispositif dt 69 23727 3 2050270 3 qui à partir d'un signal reçu d'un accéléromètre vertical forme le signal qui est ajouté aux deux signaux K^Gr et K^dGr. le signal résultant passant ensuite dans un dispositif liâîteur 4. 5 Les gains et des dispositifs amplificateurs 1 et 2 sont sous la commande d'un dispositif 5 qui reçoit un signal d'altitude d'une radio-sonde S et qui, en fonction de ce signal, fait décroître les gains proportionnellement à la perte d'altitude. 10 le signal d'altitude n'est utilisé qu'en tant qu'il constitue' une représentation facile à obtenir de la distance de l'hélicoptère à l'émetteur radar et il peut évidemment être remplacé par un signal donnant effectivement cette distance. Le dispositif limiteur a pour but de limiter l'ampli-15 tude du signal correctif à une valeur maximale compatible avec la sécurité de vol. Le signal correctif + K„dG + ®s'fc transmis à l'entrée d'une chaîne d'altitude &£ pilote automatique qui, en fonction de ce signal, agit sur la commande du pas 20 général de l'hélicoptère. La transmission du signal correctif à l'entrée de la chaîne d'altitude .est placée sous le contrôle d'un dispositif de commutation 6 qui ne laisse passer le signal que lorsque l'hélicoptère, se déplaçant en vol horizontal, a atteint le 25 plan incliné de descente. L'émission radar reçue à bord de l'hélicoptère est aussi utilisée pour former un signal électrique d'écart latéral représentatif de l'écart angulaire horizontal de l'hélicoptère au plan d'alignement, signal à partir duquel on forme un signal 30 dérivé proportionnel à la dérivée par rapport au temps dudit signal d'écart latéral et tin signal correctif de roulis comprenant un terme d'amortissement proportionnel audit signal dérivé, signal correctif que l*on fait agir sur la commande d'inclinaison de l'hélicoptère de façon à amener et maintenir l'hélioptère 35 dans le plan vertical d'alignement. Pour ce faire, le réctpteur B fournit au coupleur 0 un signal électrique L "(signal "Localiser") représentstif de l'écart angulaire horizontal et le coupleur comporte un dispo 69 23727 4 2050270 sitif amplificateur 7 qui reçoit ce signal et le transforme en un signal amplifié K^L, un dispositif dérivateur et amplificateur 8 qui reçoit le signal 1 et le transforme en un signal dérivé amplifié K^dL, et un dispositif limiteur 9 qui limite 5 la valeur maximale*^'un signal correctif constitué par la somme des signaux K^L et K^dL. De préférence, fes gains et sont également rendus décroissants avec la distance de l'hélicoptère à l'émetteur, et le dispositif limiteur est conçu pour abaisser la valeur 10 de la limite maximale lorsque l'altitude a diminué au delà d'un seuil choisi. Par exemple, l'amplitude du signal correctif est d'abord limitée à une valeur telle que la variation d'inclinaison en roulis commandée par ce signal ne dépasse pas 15°» puis 15 à une valeur telle que cette variation ne dépasse pas 6°. Ce signal correctif est transmis à l'entrée d'une chaîne de roulis Pg du pilote automatique et cette chaîne agit sur la commande Hg d'inelinaison en roulis de l'hélicoptère de façon à maintenir l'appareil dans le plan vertical d'alignement. 20 On fait correspondre à l'inclinaison en roulis une rotation de cap s'effectuant avec une vitesse de rotation telle que le virage se fasse sans dérapage. A cette fin, le pilote automatique comporte une chaîne de lacet P^ et des moyens de couplage entre cette chaîne et la 25 chaîne de roulis de façon qu'à la variation d'Inclinaison en roulis corresponde une action sur la commande de cap. Le coupleur comprend également des moyens pour former un signal électrique de correction d'assiette de tangage comportant un terme principal Kg(Yi-Vc) proportionnel à la diffé-30 rence entre la vitesse anémométrique Yi de l'hélicoptère et sa vitesse commandée Ye, et un terme d'amortissement K„dYi propor-tionnel à la dérivée par rapport au temps de la vitesse longitudinale de l'hélicoptère. Ces moyens comprennent un dispositif comparateur 10 35 qui reçoit un signal de vitesse anémométrique d'un anémomètre Y et un signal de vitesse commandée d'un appareil T, et qui fournit un signal de comparaison Kg(Vi-Ye), qui est ajouté à un signal Eydv^ formé dans un dispositif 11 à partir d'un signal dt 23727 5 2050270 d'accélération longitudinale fourni par un accéléromètre longitudinal A^, pour constituer xm signal correctif qui, après passage dans un dispositif limiteur de maximum, est envoyé à l'entrée d'une chaîne de tangage du pilote automatique. 5 Cette chaîne de tangage agit en conséquence sur la commande de. profondeur de l'hélicoptère afin de corriger l'assiette de tangage en tant que de besoin. Selon une particularité de. l'invention, cette chaîne de tangage comporte un dispositif intégrateur 13 qui reçoit éga- 10 lement le signal différentiel K(V.-Y ) et qui forme un signal J. c intégré proportionnel à l'intégrale du signal différentiel et qui est exploité comme signal correctif de l'assiette de tangage. 69 23727 6 2050270 EEVEIBICATIOHS 1. Procédé de guidage d'un hélicoptère ou autre aéronef pour réaliser l'approche automatique d'un lieu d'atterrissage, dans lequel on. émet au sol des ondes radar définissant un axe radio-électrique de guidage situé à l'intersection d'un 5 plan radio-électrique vertical d'alignement et d'un plan radio-électrique de descente perpendiculaire au plan vertical et incliné sur l'horizontale et dans lequel on reçoit ces ondes à bord de l'hélicoptère- et on les utilise pour agir sur les eom- . mandes de vol de l'hélicoptère, caractérisé par le fait que 10 l'on émet les ondes avec une fréquence porteuse de l'ordre du gigahertz. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on utilise l'émission radar reçue à "bord de l'hélicoptère pour former un.signal électrique d'écart vertical représentatif de 15 l'écart angulaire vertical de l'hélicoptère au plan-de descente, dans lequel on forme un signal dérivé proportionnel à la déri"vée par rapport au temps dudit signal d'écart vertical, dans lequel on forme un signal" correctif de pas"' gëri^f"^"c'ômpïfKraH:t un terme d'amortissement proportionnel audit signal dérivé, et dans 20 lequel on fait agir ce signal correctif sur la commande de pas général de l'hélicoptère de façon à obtenir la variation de vitesse verticale qui convient. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel on élabore à bord de l'hélicoptère la distance de l'hélicoptère à 25 l'émetteur et dans lequel on utilise le résultat de cette détection pour faire décroître ledit terme d'amortissement lorsque ladite distance diminue. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel on élabore ladite distanee par une information d'altitude. 30 5» Ptocédé selon une des revendications 2 à 4 dans lequel on détecte à bord de l'hélicoptère l'accélération verticale de l'hélicoptère, dans lequel on utilise le résultat de ' cette détéction pour former un signal représentatif de la vitesse verticale de l'hélicoptère et dans lequel on introduit ce 35 signal comme tërme d'amortissement dans ledit signal correctif de pas général. 6. Procédé selon une des revendications 2 à 5 dans lequel on limite la valeur maximale dudit signal correctif, pour 69 23727 7 2050270 la sécurité du vol. 7. Procédé selon une des revendications 2 à 6 dans lequel on ne fait agir le signal correctif de pas général que lorsque l'hélicoptère a atteint le plan incliné de descente. 5 8. Procédé selon une des revendications 1 à 7 dans lequel on utilise l'émission radar reçue à "bord de l'hélicoptère pour former un signal électrique d'écart latéral représentatif de l'écart angulaire horizontal de l'hélieoptère au plan d'alignement, dans lequel on forme un signal dérivé proportion-10 nel à la dérivée par rapport au temps dudit signal d'éeart latéral,' dans lequel on forme un signal correctif de roulis comprenant un terme d'amortissement proportionnel audit signal dérivé, et dans lequel on fait agir ce signal correctif de roulis sur la commande d'inclinaison de l'hélicoptère de façon à 15 amener et maintenir l'hélieoptère dans le plan vertical d'alignement . 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on limite la valeur maximale dudit signal correctif de roulis, et dans lequel on abaisse la valeur de la limite au cours de l'ap- 20 proche pour la sécurité du vol. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 dans lequel on fait correspondre à ladite inclinaison en roulis une rotation de cap s'effectuant avec une vitesse de rotation telle que le virage se fasse sans dérapage. 25 11. Procédé selon une des revendications 1 à 10 dans lequel on détecte à "bord de l'hélicoptère la vitesse anémométrique, dans lequel on utilise le résultat de cette détection pour former un signal différentiel proportionnel à la différence entœ la vitesse anémométrique et la vitesse commandée, dans lequel 30 on forme un signal correctif d'assiette de tangage comprenant comme terme ce signal différentiel, et dans lequel on fait agir ce signal correctif d'assiette de tangage sur la commande de profondeur de façon à annuler ladite différence. 12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel on 35 détecte à "bord de l'hélicoptère, l'accélération longitudinale de l'hélicoptère, dans lequel on utilise le résultat de cette détection pour former un signal proportionnel à la sdérivée par rapport au temps de la vitesse longitudinale, et dans lequel on 23727 8 2050270 introduit ce signal proportionnel comme terme dans ledit signal correctif d'assiette de tangage» 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12 dans lequel on limite la valeur maximale dudit signal correctif d'assiette 5 de tangage» 14. Procédé selon 1'une des revendications 11 à 13 dans lequel on forme un signal intégral proportionnel à l'intégrale dudit signal différentiel et dans lequel on utilise également ce signal intégral pour agir sur la commande de profondeur. 10 15. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon une des revendications 1 à 14, ce dispositif comprenant, au sol, un émetteur d'ondes radar de longueur d'onde très courte et, à bord de l'hélicoptère, un matériel comprenant un récepteur desdites ondes relié par un coupleur à un pilote automatique des com- 15 mandes de vol de l'hélicoptère « 16. Dispositif selon la revendication 15 dans lequel ledit coupleur comporte des moyens pour former un signal électrique de correction de pas général comportant un terme principal proportionnel à l'écart angulaire vertical de l'hélicoptère au plan de 20 descente, un terme d'amortissement proportionnel à la dérivée par rapport au temps de cet écart et un terme d'amortissement proportionnel à la vitesse verticale de l'hélicoptère, et dans lequel ledit pilote automatique comporte un chaîne d'altitude qui reçoit ledit signal correctif et qui agit en fonction de ce signal sur la 25 commande de pas général de l'hélicoptère. 17. Dispositif selon la revendication 16 dans lequel ledit récepteur comporte des moyens pour former un signal électrique représentatif dudit écart angulaire vertical et dans lequel ledit coupleur comporte des moyens pour amplifier ce signal repré- 30 sentatif avec un gain décroissant avec la distance dé l'hélicoptère à l'émetteur, ledit signal amplifié constituant ledit terme principal» 18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17 dans lequel ledit coupleur comporte des moyens de commutation pour empê- 35 cher la transmission dudit signal à ladite chaîne d'altitude tant que l'hélicoptère, se déplaçant en vol horizontal, n'a pas 69 23727 9 2050270 atteint le plan incliné de descente... 19. Dispositif selon une des revendications 15 à 18 dans lequel ledit coupleur comporte des moyens pour former Tin signal électrique de correction de roulis comportant un terme 5 principal proportionnel à l'écart angulaire horizontal de l'hélicoptère au plan d'alignement et un terme d'amortissement proportionnel à la dérivée par rapport au temps de eet écart, et dans lequel le pilote automatique comporte une chaîne de roulis qui reçoit ledit signal de correction de roulis et qui agit en 10 fonction de ce signal sur la commande d'inclinaison en roulis de l'hélicoptère de façon à amener et maintenir l'hélicoptère dans le plan vertical d'alignement» 20. Dispositif selon la revendication 19 dans lequel ledit pilote automatique comporte une chaîne de lacet et des 15 moyens de couplage entre cette chaîne et la chaîne de roulis de façon qu'à la variation d'inclinaison en roulis corresponde une rotation de cap s'effectuant avec une vitesse de rotation telle que le virage se fasse sans dérapage. 21. Dispositif selon une des revendications 16 à 20 20 dans lequel le coupleur comprend des moyens pour former un signal électrique de correction d'-assiette de tangage comportant un terme principal proportionnel à la différence entre la vitesse anémométrique de l'hélicoptère et sa vitesse commandée et un terme d'amortissement proportionnel à la dérivée par rapport au temps 25 de la vitesse longitudinale de l'hélicoptère et dans lequel le pilote automatique comporte une chaîne de tangage qui reçoit ledit signal de correction d'assiette et qui agit en conséquence sur la commande de profondeur de l'hélicoptère. 22. Dispositif selon la revendication 21 et dans le-50 quel ladite chaîne de tangage comporte des moyens pour intégrer ledit signal proportionnel à la différence entre la vitesse anémométrique et la vitesse commandée.