Brevet FR2071973A1 — publié le 19710924

la présente invention vise un procédé pour la commande d'un avion à réaction au moyen de dispositifs déflecteurs commandés par un régulateur d'assiette et influençant le jet des réacteurs en vue de la génération des moments de commande, ainsi qu'une ins-5 tallation -:our la mise en oeuvre de ce procédé. Les-régulateurs d'assiette mentionnés ci-après sont des régulateurs de l'assiette aérodynamique. le remplacement des empennages usuels par des dispositifs de déviation des jets des réacteurs a pour but principal de réduire 10 ou même d'éliminer la traînée importante des empennages construits pour les conditions régnant lors des vols à "basse vitesse. D'autres avantages résultent du fait que les moments de commande de tels dispositifs déflecteurs du jet ne sont pas fonction de la pression dynamique et peuvent atteindre, de ce fait, des valeurs considéra-15 blement plus grandes que ceux des empennages aérodynamiques, - en particulier lors des vols à basse vitesse -, ce qui a pour résultat une augmentation d'efficacité de la commande lors .du décollage et de l'atterrissage. On connaît déjà des procédés du type mentionné ci-dessus 20 dans lesquels les moments de commande autour des axes de tangage et de lacet sont obtenus entièrement par la déviation du jet au moyen de tuyères orientables0 les avions commandés selon ce procédé n'ont, en général, aucune stabilité propre de sorte que le vol avec le manche libre est impensable sans un régulateur électroni-25 que. De plus les moments de commande réalisables, pour des angles d'incidence et de vitesses de vol élevés, sont trop faibles en raison du déplacement important du foyer. On a déjà en outre proposé un procédé du type mentionné ci-dessus en combinaison avec ce qu'il est convenu d'appeler une 30 une commande oe (•• étant l'angle d'incidence) selon lequel les tuyères de déviation orientables sont commandées par un régulateur fournissant à l'avion la stabilité requise (Demande de Brevet Allemand P 19 06 152.0} Cependant, ce système nécessite une augmentation de l'é-35 quipement électronique de l'avion. Un autre inconvénient de la coamende pure par réaction réside dans le fait que les moments se produisant lors de l'utilisation de dispositifs hyper-su.stentateurs ou lors de vols à facteurs de èharge stabilisés élevés requièrent la compensation conti-40 nue par le jet défléchi. Oeci réduit, d'une part, l'autorité du BAD ORIGINAL1 70 44745 2 2071973 système de commande étant donné que le braquage de commande est diminué par l'angle de déviation agissant éventuellement dans la même direction. D'autre part, à chaque fois que l'emploi des dispositifs hyper-sustentateurs donne un moment de piqué, la compensation de ce 5 moment par l'intermédiaire d'empennages usuels disposés à la partie arrière de l'avion nécessite une composante de force, agissant vers le bas et qui anéantit en partie l'effet des dispositifs hyper-sustentateurs. Le but de la présente invention est de fournir un pro-10 cédé du type décrit initialement ainsi qu'une installation pour sa mise en oeuvre qui combinent de manière avantageuse la grande efficacité de la commande par réaction lors de vols à basse vitesse avec les bonnes caractéristiques du point de vue de la stabilisation et de l'amortissement que présente la commande aérodynamique, tout en 15 éliminant les inconvénients cités plus haut de chacun de ces systèmes de commande* Selon l'invention, lors d'un écart de l'avion de son assiette de référence, le régulateur d'assiette dirige les dispositifs déflecteurs du jet de façon proportionnelle à la déviation 20 (partie proportionnelle du réglage), et les dispositifs de commande aérodynamiques sont actionnés dans le même sens à une vitesse de réglage proportionnelle à l'écart (partie intégrale du réglage), les dispositifs déflecteurs étant ramenés dans leur position zéro avec l'accroissement du moment de commande des dispositifs de commande 25 aérodynamiques. S'il se produit,par exemple, un écart de l'assiette de référence dû à une perturbation extérieure, l'avion est d'abord ramené à son assiette de référence par les dispositifs déflecteurs réglés proportionnellement à l'écart d'assiette et qui effectuent 30 l'équilibrage des moments. Le régulateur d'assiette asservit les dispositifs de commande aérodynamiques à ce mouvement des déflecteurs avec une vitesse proportionnelle à l'écart, après quoi les dispositifs déflecteurs sont ramenés successivement à leur position de départ en fonction de la prise en charge du moment de commande par les 35 dispositifs de commande a é rodynami que s. La manoeuvre est alors généralement achevée par les dispositifs de commande aérodynamiquel. L'autorité des déflecteurs qui, en attendant, ont regagné leur position zéro, est alors pleinement disponible pour la manoeuvre suivante. Après achèvement du processus les dispositifs de commande aérodyna-40 miques sont également ramenés à leur position. ■'c BAD ORIGINAL 70 44745 3 2071973 neutre de manière connue» l'écart de l'assiette de référence est formé p„r comparaison de l'assiette réelle : s l'avion avec l'assiette de référence du régulateur, H'-ns ce cas il n'est pas important que l'assiette réelle soit modifiée par rapport à une assiette de référence fixe (p .rturbation extérieure) ou eue l'assiette de référence varie p: r rapport à l'assiette réelle actuelle (ordre induit par le pilote ou par le pilote automatique), le principe de réglage étant essentielle rient le même dans les deux cas, lorsque l'avion est équipé de dispositifs hyper-sustentateurs, l'utilisation de ceux-ci fait normalement apparaître dos moments de piqué qui sont d'abord équilibrés par une déviation du jet de aanière que ne puisse se produire un changement important de l'assiette de l'avien. le processus de réglage est terminé ensuite, comme il a été décrit ci-dessus, par les dispositifs de commande aérodynamiques, les déflecteurs du jet retournant L l;ur position zéro. Ceci présente de3 avantages considérables pour la phase de décollage étant donné eue, au cas d'une commande pure par réaction, une composante de la poussée aussi petite soit-elle, serait perdue pour la propulsion. A côté de la séparation en une partie purement proportionnelle et en une partie purement intégrale de la régulation il existe la possibilité de fournir aux dispositifs de commande aéro-dynamiques un mélange entre caractéristiques proportionnelle s et caractéristiques intégrales; cependant, pour assurer une bonne clar té de l'exposé, on ne traitera pas ici de cette question de manière détaillée. Une autre caractéristique du procédé selon 1'invention prévoit que le retard existant entre le éra. uage maximum du dispositif déflecteur du jet et l'efficacité optimale des dispositifs dé commande aé^odynamiques soit supérieur à ia éurée de perturbations type non stationnaires (rafales, imprécisions de couriande), C'est pourquoi ces perturbations non stationnaires sont généralement équilibrées par une déviation du jet, tandis eue les moments stationnairestels qu'ils se présentent lors de l'utilisation de dispositifs hyper-sustentâteurs, de" cj. xigaratio^s ae oageaont variés et de braquages de longue durée des gouvernes induits par le pilote, sont en principe équilibres par les dispositifs de commande aérodynamicues qui maintiennent en plus 1a manoeuvrabilité de l'avion au ralenti ou lorsque le réacteur est tombé en panne et ■ BAD ORIGINAL 70 44745 4 2071973 que les dispositifs déflecteurs du jet ne produisent plus ou presque plus de noments de commande» L'installation pour la "ise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose de dispositifs déflecteurs du jet réglables, 5 de dispositifs de commande aérodynamiques pour le contrôle de l'avion autour de ses axes ainsi eue d'un régulateur d'assiette qui peut être commandé soit par le pilote, soit ps,r des transmetteurs de position de référence, et qui commande les dispositifs déflecteurs et les dispositifs de commande aérodynamiques. 10 Dans une réalisation de l'invention adaptée en particu lier pour la commande de tangage, les dispositifs déflecteurs se présentent sous forme de tuyères habituelles disposées à la partie extrême arrière dans le plan longitudinal de symétrie de l'avion, les dispositifs de commande aérodynamiques étant des gouvernes 15 auxiliaires (ailes canard) disposées à la partie avant du fuselage en avant du centre de gravité de l'avion. Lesdites gouvernes disposées avant Dans un autïe mode de réalisation de l'installation selon l'invention sont utilisées, outre les tuyères orientables disposées à la partie extrême arrière, des ailes propres à se déplacer dans 25 l'axe longitudinal de l'avion et qui servent de dispositifs de commande aérodynamiques. Une telle réalisation est capable de remplir toutes les fonctions des gouvernes disposées en avant ou en arrière du centre de gravite de l'avion sens eue se pose le problème de la traînée supplémentaire de celles-ci. 30 D: ns le cas cité en dernier lieu, l'aile, selon l'inven tion, est un élément monobloc coulissant sur 'des rails disposés dans le fuselage. Selon une autre caractéristique de l'invention les dispositifs déflecteurs ainsi que les dispositifs de commande aérody-35 naciquœ sont actionnés par des servo-moteurs hydrauliques« L'invention sera bien comprise par la description qui suit de nodes de réalisation, faite en référence,. au dessin annexé, dans lequel la fig„ 1 est une vue de côté d'un avion équipé d'une tuyère orientable, disposée à sa partie extrême arrière, ainsi que 40 de gouvernes auxiliaires à l'avant de son centre de gravité; BAO ORIGINAL 70 44745 2071973 est une vue de coté d'un avion équipé d'une tuyère orientable disposée à sa partie extrêae arrière, ainsi que d'une aile se déplaçant dans l'axe longitudinal de l'avion; 5 sont différentes vues de positions y.'une configuration possible du mécanisme de déplacement de l'aile selon la fig. 2; est un schéma en bloc-diagramme de la chaîne de rs rla-ge pour la commande des dispositifs déflecteurs et des dispositifs de commande aérodynamiaues. l'avion 1 représenté sur la fig. 1 est équipé d'un réacteur ou de deux réacteurs 2 juxtaposés dont les tuyères d'éjecti :n 3 sont orientables dons le plan de symétrie vertical de l'avion, k la partie avant du fuselage sont disposées des gouvernes auxiliaires 4 à angle d'incidence réglable, la commande de roulis se fait de manière connue par des ailerons 5 disposés sur l'aile, la commande de lacet étant réalisée, également de manière connue, par un empennage vertical 6. la configuration représentée sur la fig. 1 à titre d'exemple montre en traits-mixtes la tuyère orientable 3, outre sa position normale, dans la position braquée en maut, de pleine autorité; cette position effectuerait, par exemple, 1'tuuiliorage d'une perturbation à cabrer, tandis que le, gouverne auxiliaire est quelque peu craquée dans le même sens, lors d'une perturbation ae longue durée, le régi la leur a ' assiette ae oora effectue j.e braquage de la gouverne auxiliaire à une vitesse proportionnelle à l'écart de l'assiette de manière qu'elle puisse rééquilibrer l'avion pendant que la tuyère orientable retourne à sa position zéro. La fig. 2 montre un avion 20 avec un réacteur ou deux réacteurs juxtaposés 21, l'aile 22 équipée d'ailerons habituels non représentés ici, l'empennage vertical 23 et les tuyères orientables 24 dans un lan vertical. La position de l'aile 22 dessinée en ligne ininterrompue correspond à l'assiette normale où la ligne d'action de la portonce A passe par le centre de gravité 3. lors d'une perturbation à cabrer la tuyère orientable passe dans la position proportionnelle à l'écart de l'assiette de l'avion pour équilibrer la perturbation; cette position est représentée ici en traits mixtes. lorsqu'il s'agit d'une perturbation de uurée supérieure à celle du retard de la partie intégrale du réglage (dispositifs de commande aérodynamiques) par rapport à la partie proportionnelle (déflecteurs), le dispositif de commande aérodynamique représenté T w A rv ORIGINAL la fig. 2 les fig. 3 à la fig. 6 70 44745 6 2071973 ici par l'aile déplaçable 22, équilibre cette perturbation par son déplacement sur le fuselage vers l'arrière pour prendre la position dessinée en traits mixtes. Simultanéuuat au déplacement de l'aile vers l'arrière la tuyère orientable 24 reprena sa position neutre0 5 De mêue que les transmetteurs de l'assiette de référence enregistrant les perturbations, les signaux de commande du pilote agissent d'abord par l'intermédiaire du régulateur de bord, sur la tuyère orientable et ensuite, avec un certain retard, sur les dispositifs de commande aérodynamiques. Il va de soi que, au lieu des 10 transmetteurs d'assiette, on peut aussi bien prévoir des transmetteurs d'accélération -ou de vitesse angulaire. Le principe de commande démontré à titre d'exemple pour la commande de tangage peut éventuellement être transmis à la commande de lacet. Le principe est donc le suivant : lorsque le.pilote veut 15 changer une assiette stable,' l'aile se déplace de manière que le centre de la portance"globale s'éloigne du centre de gravité tandis eue, pour l'équilibrage d'une perturbation, où la ligne d'action du centre de la portc.nce globale ne passe pas par le centre de gravité, cette ligne d'action est déplacée pour passer finalement par le cen-20 tre de gravité. Les figures 3 à 5 montrent schématiquement l'aile 22 selon le fig. 2, qui est logée par l'intermédiaire de supports 25, dans des r,,ils disposés dans le fuselage de l'avion, et qui est entraînée par un servo-aoteur hydraulique 27 recevant ses ordres 25 du régulateur. La fig. 6 montre le schéma en bloc-diagramme d'un système de réglage pour le procédé décrit. Le transmetteur de valeurs de commande 30 indiquant l'assiette de référence, ainsi que le transmetteur de 1'assiette réelle 31 transmettent leurs signaux, par 30 l'intermédiaire d'un circuit comparateur 35, au régulateur d'assiette 32 qui compare ces signaux avec l'assiette de référence pour ac-ters-iiner ensuite le nonent requis pour la, commande0 A partir de cette valeur définie sont détermines les signaux pour la commande de la tuyère orientable 33 (partie propor-35 tionnelle du régi :e) et pour les dispositifs de commande aérodynamique 34 (partie intégrale du réglage). Lorsque la commande est effectuée par ces derniers, lets positions des tuyères orientables et des dispositifs de commande aéroâynamiques sont continuellement comparées les unes aux autres par un système d'asservissement du 40 régulateur 32 pour que le moment global requis pour l'équilibrage BAD ORIGINAL 70 44745 7 2071973 de la perturbation ou pour l'exécution de lrordre de coramande ne soit jamais dépassée *ad original t 70 44745 -8- 2071973 KETCENDIOATIONS 1. Procédé de commande d'un avion à réaction comprenant des dispositifs déflecteurs du jet orientables commandés par un régulateur d'assiette.iet destinés à engendrer des moments de commande, ca- 5 ractérisé en ce que, lors d'une déviation de l'avion de son assiette de référence, le régulateur d'assiette ajuste d'abord lg^osition des déflecteurs proportionnellement à la déviation (partie proportionnelle du réglage) et ensuite les dispositifs de commande aéro-dynamiques à une vitesse de réglage proportionnelle à la déviation 10 (partie intégrale du réglage), les dispositifs déflecteurs étant ramenés dans leur position neutre suivant l'augmentation du moment de commande réalisé par les dispositifs de commande aérodynamiques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard de temps entre le braquage maximum des dispositifs déflec- 15 teurs et l'efficacité entière des dispositifs de commande aérodynamiques est supérieur à la durée de pertubations non stationnaires type (rafales, imprécisions de commande). 3. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend des dispositifs 20 déflecteurs du jet orientables et réglables (3f 24), des dispositifs île commande aérodynamiques (5, 22) pour la commande de l'avion autour de ses axes, ainsi qu'un régulateur d'assiette (32) commandé soit par le pilote soit par des transmetteurs de l'assiette de référence, servant à la commande des déflecteurs et des dispositifs de comman-25 de aérodynamiques. 4o Installation selon la revendication 3, notamment pour la commande de tangage, caractérisée en ce que les dispositifs déflecteurs du jet se présentent sous forme de tuyères (3) disposées à la partie extrême arrière de l'avion et orientables dans son plan lon-30 gitudinal de symétrie, les dispositifs de commande aérodynamiques étant des gouvernes auxiliaires (5) disposées des deux côtés de la partie avant du fuselage en avant du centre de gravité de l'avion. 5. Installation selon la revendication 3, notamment pour la commande de tangage, caractérisée par des tuyères orientables (24) 35 disposées à la partie extrême arrière de l'avion, ainsi que par des ailes (22) propres à se déplacer suivant l'axe longitudinal de l'avion et qui servent de dispositifs de commande aérodynamiques. 60 Installation selon la revendication 5, caractérisée par une aile (22) monobloc coulissant sur des rails (26) disposés dans 40 le fuselage• 70 44745 -9- 2071973 7o Installation selon la revendication 3» caractérisée en ce que les dispositifs déflecteurs ainsi que les dispositifs de commande aérodynamiques sont actionnés par des servo-moteurs hydrauliques ( 27 ) o