Brevet FR2543678A1 — publié le 19841005

L'invention concerne les dispositifs de mesure de poids d'aéronefs, et elle a trait plus particulièrement à un dispositif embarqué de mesure de poids destiné à un hélicoptère et donnant une indication fiable du poids ou de la charge de l'hélicoptère, même pendant les périodes o une poussée est développée par l'aile tournante de cet hélicoptère. Un type antérieur de dispositifs de mesure de poids d'aéronefs est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 312 042 Ce système comporte des paires d'accéléromètres qui sont montées sur l'élément de charge de chaque train d'atterrissage de façon à détecter la déformation de l'élément sous l'effet de l'application du poids de l'aéronef à cet élément Les signaux de sortie des accéléromètres sont combinés de façon à annuler les effets de la pente de la piste ou des irrégularités et à produire une indication précise du poids de l'aéronef. Un tel dispositif est efficace pour détecter le poids en charge d'un aéronef lorsque ce dernier est immobile au sol et qu'il n'est soumis à aucune poussée. Cependant, dans le cas d'un hélicoptère comportant une aile tournante, il est possible que l'hélicoptère soit chargé et/ou pesé pendant que l'aile tournante lui appli- que une poussée ascensionnelle A ce moment, quand bien même l'hélicoptère peut reposer immobile sur le sol, le poids détecté par les paires d'accéléromètres sur le train d'atterrissage est inexact, car la poussée ascen- sionnelle produite par l'aile tournante soulage le train d'atterrissage d'une partie de la charge qui lui est appliquée Cette imprécision peut conduire à une condi- tion dangereuse de chargement de l'hélicoptère. Conformément à l'invention, un dispositif de mesure du poids d'un hélicoptère comprend des moyens destinés à générer une représentation de la charge sup- portée par le train d'atterrissage, des moyens destinés à générer une représentation de la poussée ascensionnelle développée par une aile tournante de l'hélicoptère, et des moyens destinés à générer une indication du poids de l'hélicoptère d'après la représentation de la charge appli- quée au train d'atterrissage et de la poussée. Les moyens destinés à générer une indication de la poussée comprennent des premier et second capteurs de pression dont les signaux de sortie font l'objet d'un calcul de moyenne et sont multipliés par une constante et par la surface utile du cercle balayé par l'aile tournante de l'hélicoptère afin de calculer la poussée. Le poids de l'hélicoptère supporté par le train d'atterrissage est détecté par des paires d'accéléromètres montées sur des éléments de charge du train d'atterrissage de façon à en détecter la déformation Les signaux de sortie de chaque paire d'accéléromètres sont combinés pour qu'il en soit tiré une indication de la charge supportée par chaque train d'atterrissage Les signaux de sortie des paires d'accéléromètres sont ensuite additionnés entre eux pour générer une indication du poids total supporté par tous les trains d'atterrissage. Le poids total détecté par les accéléromètres des trains d atterrissage est additionné à la poussée ascensionnelle de façon que l'on obtienne une indication du poids total de l'hélicoptère Le dispositif de mesure de poids selon l'invention donne une indication précise de la charge de l'aéronef quel que soit le dévers ou l'inclinaison du sol sur lequel l'aéronef repose. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un hélicoptère ainsi que d'une partie du dispositif de mesure du poids de l'hélicoptère selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique-du train d'atterrissage gauche montré sur la figure 1; et la figure 3 est un schéma simplifié du dispositif de mesure du poids de l'hélicoptère selon l'invention. La figure 1 représente un hélicoptère 10 compor- tant une aile tournante 12 qui, lorsqu'elle est mise en rotation, développe une poussée ascensionnelle L'hélicoptère comprend également un train d'atterrissage avant 14 et des-trains d'atterrissage principaux droit et gauche 16 et 18, respectivement Le poids total de l'hélicoptère , lorsqu'aucune poussée n'est développée par l'aile tournante 12, est égal au poids total supporté par les trois trains d'atterrissage 14, 16 et 18 Cependant, lorsque l'aile tournante 12 développe une poussée ascen- sionnelle, c'est-à-dire lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire, le poids total de l'aéronef n'est plus égal a la somme des poids supportés par les trains d'atterrissage Dans ce cas, le poids total est donné par l'équation suivante: T VWNG +WRG WLG +L ( 1)- o WT est égal au poids total, WNG est égal au poids sup- porté par le train avant 14, WRG est égal au poids supporté par le train principal droit 16, WLG est égal au poids supporté par le train principal gauche 18 et L est la poussée communiquée par l'aile tournante 12 de l'héli- coptère. Le poids supporté par chacun des trains d'atter- rissage 14, 16 et 18 peut être déterminé à l'aide de l'appareil décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que N O 4 312 042 précité Cet appareil sera brièvement décrit ci-après, étant entendu que l'on peut se référer au brevet précité pour en trouver une description plus détaillée. Le poids ou la charge supporté par chacun des trains d'atterrissage 14, 16 et 18 est déterminé par la détection de l'amplitude de la déformation ou flexion d'un élément structurel de charge, par exemple un essieu du train d'atterrissage L'angle de flexion de cet élément de la structure est proportionnel au-poids ou à la force appliqué à l'élément En se référant en particulier au schéma du train principal gauche 18 montré sur la figure 2, on voit un essieu 20 qui est représenté sous une flexion exagérée afin d'illustrer l'effet de la charge sur cet essieu Un plan de référence inertielle est indiqué par une ligne horizontale discontinue 21 L'angle de flexion de l'essieu est représenté par les angles de référence 31 et 92. Deux accéléromètres 24 et 26 sont montés à l'intérieur de l'essieu 20, à ses-extrémités opposées, afin de détecter les angles 31 et a 2 ' Ces angles e 1 et 02 comprennent eux-mêmes les composantes suivantes: e 1 O B+ L 1 + 8 Al ( 2) =-O+ + 8 La de l'essieu dû à l'inclinaison du sol sur lequel l'héli- coptère repose e Ll et OL 2 sont les angles de flexion de poutre sous l'effet d'une charge O A 1 et O A 2 sont des termes de défaut d'alignement de l'axe des capteurs et d'erreur systématique. Le poids supporte par l'essieu 20 est donné par la formule suivante WA = (L 1 + L 2) On peut voir, d'après ce qui précède, que le poids appliqué à l'essieu est proportionnel aux composantes OL des angles mesurés totaux 01 et 92 K est un facteur de proportionnalité qui dépend de la géométrie et de la résistance de l'essieu et il s'agit généralement d'une quantité connue par voie empirique Pour déterminer le poids total porté par l'essieu 20, les signaux de sortie des accéléromètres 24 et 26 sont additionnés par un calcu- lateur 28, montré sur la figure 3, qui mémorise également le facteur K dans une mémoire 29 et le multiplie par les angles additionnés e et 32 La quantité résultante est indépendante de la composante d'angle O B et donc le poids calculé n'est pas affecté par l'inclinaison du sol sur lequel l'hélicoptère repose En outre, les facteurs d'angle O A sont mesurés et annulés pendant la mise à zéro automatique du dispositif et ils n'interfèrent donc pas avec le calcul En résumé, la sommation des signaux de sortie des accéléromètres 24 et 26 donne une indication de la charge portée par l'essieu 20. Comme montré en particulier sur la figure 3, les signaux de sortie des accéléromètres 30 et 32 disposés à l'intérieur de l'essieu du train avant 14 et des accé- léromètres 34 et 36 disposés dans l'essieu du train prin- cipal droit 16 sont transmis au calculateur 28 Ce dernier calcule le poids appliqué à chacun des trains 14 et 16 et il additionne entre eux les poids des trois essieux de façon à donner une indication du poids total de l'héli- coptère supporté par les trains d'atterrissage. Le calculateur 28 tire également, de capteurs de pression avant et arrière 30 et 32, représentés plus particulièrement sur la figure 1, une indication de la poussée ascensionnelle exercée par l'aile tournante 12. Chacun des capteurs de pression 30 et 32 est monté sur le fuselage 32 de l'hélicoptère 10, au-dessous de l'aile tournante 12 Dans la forme préférée de réalisation, les capteurs de pression 30 et 32 sont des tubes de Pitot qui détectent la différence entre la pression d'air dyna- mique et la pression d'air statique afin de générer une indication de la pression du vent d'hélice, désignée PTS' due au mouvement de l'aile tournante 12. La poussée L développée par l'aile tournante 12 est donnée par l'équation L =qc CLS ( 5 P o qc est la pression dynamique, CL est le coefficient de poussée ascensionnelle et Sp est la surface utile du cercle balayé par l'aile tournante. Le coefficient de poussée CT est proportionnel à la pression totale, désignée PT En d'autres termes CL = KOPT ( 6) o K O est une constante qui est déterminée empiriquement pour chaque type d'hélicoptère avec lequel le dispositif est utilisé. La pression totale PT est donnée par l'équation suivante: PT TS T( 7) o P TD est la pression totale d'écoulement libre qui apparaît par suite d'un mouvement de l'hélicoptère dans l'air. En introduisant les équations ( 7) et ( 6) dans l'équation ( 5), on obtient L = K O (PTS -PTD) Sp ( 8) Etant donné que le dispositif de mesure de poids est destiné à n'être utile qu'aux moments o l'hélicoptère repose immo- bile sur le sol, dans une condition de vol stationnaire partiel ou total, le terme PTD représentant la pression totale d'écoulement libre est égal à zéro Par conséquent, l'équation donnant la poussée totale devient: L= KOPTSSP ( 9) La surface utile Sp du cercle balayé par l'aile tournante 12 est calculée pour le type particulier d'aéronef avec lequel le dispositif de mesure de poids est utilisé et elle est mémorisée avec la constante K 0 dans la mémoire * 15 29 du calculateur 28 La surface utile du cercle balayé est égale à: 1/4 I (D 12 D 22) o D 1 est le diamètre extérieur et D 2 est le diamètre intérieur de la surface utile de l'aile tournante. En pratique, la pression PTS du vent de l'aile tournante est déterminée d'après une moyenne des signaux de sortie des capteurs de pression 30 et 32 En d'autres termes, les signaux de sortie des capteurs de pression et 32, désignés P T 51 et PT 52 ' sont additionnés entre eux et divisés par deux par le calculateur 28 afin que l'on en obtienne la moyenne qui est introduite dans l'équation ( 9) Le calculateur 28 résout alors l'équation ( 9) de façon à calculer la poussée totale développée par l'aile tournante 12. Un visuel 36 disposé à l'intérieur de l'héli- coptère 10 peut être connecté au calculateur 28 et com- mandé par ce dernier afin de donner une indication visuelle ou autre de la charge de l'hélicoptère à un pilote de celui-ci. Du fait du calcul de la moyenne des signaux de sortie des capteurs de pression 30 et 32, la valeur de la poussée calculée par le calculateur 28 est pratique- ment indépendante de l'attitude de l'aile tournante 12 et de l'inclinaison du sol sur lequel repose l'hélicoptère En outre, la poussée calculée est pratiquement indé- pendante des pertes aérodynamiques et des pertes de puis- sance dans les transmissions mécaniques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure de poids pour un héli- coptère ( 10) comportant un ensemble de trains d'atterris- sage ( 14, 16, 18) et une aile tournante ( 12) destinés à produire une poussée ascensionnelle, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens destinés à développer une représentation de la charge supportée par l'ensemble des trains d'atterrissage, des deuxièmes moyens destinés à développer une représentation de la poussée, et des troisièmes moyens reliés aux premiers et aux deuxièmes moyens afin de développer une indication du poids total de l'hélicoptère d'après la charge supportée par l'ensemble des trains d'atterrissage et d'après la poussée. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les troisièmes moyens comprennent un calculateur ( 28) destiné à additionner la charge à la poussée. 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'aéronef comporte une aile tournante ( 12) présentantune surface utile du cercle balayé qui produit une pression de vent d'hélice et en ce que les deuxièmes moyens comprennent un capteur de pression ( 30 ou 32) produisant un signal de sortie représentant la pression du vent d'hélice, une mémoire ( 29) destinée à mémoriser une représentation de la surface utile du cercle balayé et des moyens connectés au capteur de pres- sion et à la mémoire afin de produire une représentation de la poussée d'après la pression du vent d'hélice et la surface utile du cercle balayé. 4 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les moyens de génération comprennent un calculteur ( 28) qui calcule la poussée développée par l'aile tournante conformément à l'équation L = KOPTSSP o L est la poussée, PTS est la pression du vent d'hélice, Sp est la surface utile du cercle balayé et Ko est une cons- tante. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le capteur de pression comprend un tube de Pitot. 6 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le capteur de pression comprend des premier et second tubes de Pitot ( 30, 32) disposés au- dessous de l'aile tournante et produisant chacun un signal de sortie, des moyens ( 28) étant destinés à calculer la moyenne des signaux de sortie des tubes de Pitot afin de générer la représentation de la pression du vent d'hélice. 7 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre un visuel ( 36) connecté aux moyens de génération afin de développer une indication visuelle du poids total de l'hélicoptère. 8 Appareil destiné à mesurer la poussée ascen- sionnelle développée par l'aile tournante ( 12) d'un héli- coptère ( 10), cette aile tournante présentant une surface utile de cercle balayé qui développe une pression de vent d'hélice, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de pression ( 30 ou 32) destiné à produire une représentation de la pression du vent d'hélice, une mémoire ( 29) destinée à mémoriser une représentation de la sur- face utile du cercle balayé, et des moyens connectés au capteur de pression et à la mémoire afin de générer une indication de la poussée ascensionnelle d'après la pres- sion du vent d'hélice et la surface utile du cercle balayé. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur de pression comprend un tube de Pitot disposé sur l'hélicoptère, au-dessous de l'aile tournante. 10 Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le capteur de pression comprend des pre- mier et second tubes de Pitot ( 30, 32) disposés sur l'héli- coptère, au-dessous de l'aile tournante et produisant chacun un signal de sortie, des moyens ( 28) étant reliés aux tubes de Pitot afin de calculer la moyenne de leurs signaux de sortie. 11 Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les moyens de génération comprennent un calculateur ( 28) destiné à calculer la poussée conformément à l'équation: L = K O PTS Sp o L est la poussée, K O est une constante, PTS est la pression du vent d'hélice et Sp est la surface utile du cercle balayé. 12 Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre un visuel ( 36) connecté aux moyens de génération afin de développer une indication visuelle de la poussée développée par l'aile tournante.