Brevet FR2550626A1 — publié le 19850215

i 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 5 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 10 d'Amérique N 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 15 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 20 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 applique une poussée ascensionnelle A ce moment, quand bien 25 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 ascensionnelle produite par l'aile tournante soulage le train d'atterrissage d'une partie de la charge qui lui est appliquce Cette imprécision peut conduire à une condition 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 sup35 portée par le train d'atterrissage, des moyens destines 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 appliquée au train d'atterrissage et de la poussée. Les moyens destines 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 10 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 15 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 20 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 25 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 1 l figure 3 est un schéma simplifié du dispositif 35 de mesure du poids de l'hélicoptère selon l'invention. La figure 1 représente un hélicoptère 10 comportant 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 ascensionnelle, c'est-à- dire lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire, le poids total de l'aéronef n'est plus 1 o égal à la somme des poids supportés par les trains d'atterrissage Dans ce cas, le poids total est donné par l'équation suivante: WT = "NG + WRG + WLG o WT est égal au poids total, WNG est égal au poids sup15 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'hélicoptère. Le poids supporté par chacun des trains d'atterrissage 14, 16 et 18 peut être déterminé à l'aide de l'appareil décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N 4 312 042 précité Cet appareil sera brièvement décrit ci-après, étant entendu que l'on peut se référer 25 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 30 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 35 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 8 et 6 1 2 ' Deux accéléromètres 24 et 26 sont montés à l'intérieur de l'essieu 20, à ses extrémités opposées, afin de détecter les angles 91 et 92 Ces angles 91 et 62 comprennent eux-mêmes les composantes suivantes: 31 = 8 B + 8 Li + e A 1 ( 2) 02 =B + L 2 + A 2 ( 3) Dans les équations ci-dessus, 9 B est l'angle de l'essieu dû à l'inclinaison du sol sur lequel l'hélicoptère repose OL 1 et 8 L 2 sont les angles de flexion de poutre sous l'effet d'une charge 9 A 1 et 8 A 2 sont des termes de défaut d'alignement de l'axe des capteurs et d'erreur systématique. Le poids supporté par l'essieu 20 est donné par la formule suivante: WA = K( On peut voir, d'après ce qui précède, que le poids appliqué à l'essieu est proportionnel aux composantes 20 8 L des angles mesurés totaux 81 et a 2 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 calculateur 28, montré sur la figure 3, qui mémorise également le facteur K dans une mémoire 29 et le multiplie par les angles additionnés 91 et e 2 La quantité résultante est indépendante de la composante d'angle 8 B et donc le poids 30 calculé n'est pas affecté par l'inclinaison du sol sur lequel l'hélicoptère repose En outre, les facteurs d'angle a 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 35 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 disposes à l'intérieur de l'essieu du train avant 14 et des accéléromètres 34 et 36 disposés dans l'essieu du train principal 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'hélicoptère supporté par les trains d'atterrissage. Le calculateur 28 tire également, de capteurs de pression avant et arrière 30 et 32, représentés Plus 10 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 15 capteurs de pression 30 et 32 sont des tubes de Pitot qui détectent la différence entre la pression d'air dynamique 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 CL Sp ( 5) o qc est la pression dynamique, CL est le coefficient de poussée ascensionnelle et Sp est la surface utile du 25 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 30 pour chaque type d'hélicoptère avec lequel le dispositif est utilisé. La pression totale PT est donnée par l'équation suivante: p p PTS TD ( 7) PT =qc ( 7) o PTD est la pression totale d'écoulement libre qui apparait par suite d'un mouvement de l'hélicoptère dans l'air. 2550626 ' 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 5 à n'être utile qu'aux moments o l'hélicoptère repose immobile 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 = Ko PTSSP ( 9) La surface utile S 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 Ko 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 PT 51 et PT 52 ' sont additionnés entre 25 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'hélicoptère 10 peut être connecté au calculateur 28 et commandé 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 pratiquement indépendante de l'attitude de l'aile tournante 12 et 2550626: de l'inclinaison du sol sur lequel repose l'hélicoptère 10 En outre, la poussée calculée est pratiquement indépendante des pertes aérodynamiques et des pertes de puissance dans les transmissions mécaniques. 5 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 8 * 2550626 REVE 1 DICATIONS 1 Appareil destiné à mesurer la poussée ascensionnelle développée par l'aile tournante ( 12) d'un hélicoptère ( 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 surface utile du cercle balayé, et des moyens connectés au 10 capteur de pression et à la mémoire afin de générer une indication de la poussée ascensionnelle d'après la pression du vent d'hélice et la surface utile du cercle balayé. 2 Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur de pression comprend un tube de Pitot 15 disposé sur l'hélicoptère, au-dessous de l'aile tournante. 3 Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur de pression comprend des premier et second tubes de Pitot ( 30, 32) disposés sur l'hélicoptère, 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. 4 Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de génération comprennent un calculateur ( 28) destiné à dalculer la poussée conformément à l'équation: L = Ko PTSSP o L est la poussée, KO est une constante, PTS est la pression du vent d'hélice et Sp est la surface utile du 30 cercle balayé. Appareil selon la revendication 1 caractérisé 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.