Brevet FR2619353A2 — publié le 19890217

FR 2619353 A2 19890217 FR 8711590 A 19870814 Le présent perfectionnement a pour objet un double système de commande automatique de compensateur et de puissance pour l'aviation générale commerciale et d'affaires. On connait déjà dans le transport commercial lourd des dispositifs de contrôle et d'intégration de poussée très complexes et sophistiqués utilisant des calculateurs redondants seuls en mesure de garantir la précision compatible avec l'exécution d'approches et d'atterrissage catégorie III par visibilité faible voire nulle. Ainsi, l'A.T.T. (atterrissage tous temps) monté sur Caravelle, l'automanette équipant l'Airbus et le "Digital Flight System" équipant les D.C.9 et 10 sont des systèmes très spécialisés dans les phases d'atterrissage et de décollage. Pour le vol proprement dit, la présence d'un mécanicien navigant sur les avions a jusqu'ici fait porter l'effort dans la technique antérieure, sur les phases plus critiques ci-dessus rappelées.Bien que fiables et performants, ces différents systèmes doivent être initialisés avant chaque vol, et leurs mémoires, sensibles aux pannes de génération électrique, doivent être alimentées par de nombreux paramètres tels que la masse de l'appareil à l'atterrissage, le rapport de centrage, l'orientation et la force du vent éventuellement des cisaillements de vent, l'altitude de la piste d'atterrissage. Il restait donc un progrès à accomplir dans le sens d'une automatisation totale et d'une mémorisation permanente et ineffaçable des différentes vitesses à respecter parles pilotes : en particulier, pour les plus inexpérimentés d'entre eux, ceux de l'aviation générale dont les connaissances, très souvent lacunaires, sont la cause de survitesses préjudiciables à la cellule et aux propulseurs des aéronefs.Il y avait donc une recherche à conduire afin d'aboutir à une automatisation intégrale de la conduite de puissance, avec paradoxalement une simplification par rapport à la technique antérieure inadaptée à l'aviation générale, à l'exiguité de ses cookpits, à la modicité de ses budgets, et à l'inexpérience de ses pilots Simplification devant amener une diminution de l'encombrement de la consommation électrique, des contraintes de mises en mémoire et des coûts car les c positifs de la technique antérieure représentent plusieurs fois la valeur d'un monomoteur évolué, ce qui, outre les conditions techniques ci-dessus en interdisait l'implantation sur les appareils de l'aviation générale et d'affaires. En ce qui concerne la commande de compensateur automatique, elle comporte une innovation sans précédent. Dans la technique antérieure, les appareils les plus évolués offraient au pilote un double inverseur point milieu permet. tant de manoeuvrer sans le toucher, le disque de commande du compensateur. Cet inverseur à point milieu obligeait ainsile pilote par pressions successives sur la portion cabrer ou piquer de l'inverseur, à rechercher la position d'équilibre de la gouverne compensée, diminuant puis supprimant l'effor produit par le pilote sur l'organe de commande. I1 convenait de rechercher une automatisation totale du processus de compensation de gouverne en supprimant la commande à poussoir qui existe sur les montants des volants commandant de bord ou copilote sur les avions les plus évolués, et sans rajouter d'organes de commande sur les appareils les plus simples, soit 84 % du parc d'aéronefs. Pour remédier aux inconvénients susmentionnés des dispositifs connus, on a déjà proposé un double système de commande intégralement automatique, l'un de compensateur dénommé A.F.C., l'autre de puissance désigné A.E.D., décrits dans le brevet principal, qui tout en présentant un très faible encombrement une très grande simplicité et un faible coût, assure avec précision, le fonc tionnement totalement automatique des deux commandes précitées en évitant les contraintes et inconvénients des dispositifs antérieurs. A cette fin, le dispositif, objet de la première partie du brevet principal désigné A.F.C., est remarquable en ce qu'il supprime totalement pour l'équip la recherche du point d'équilibre de la gouverne dont les organes de command sont dotés de 1'A.F.C. L'implantation du capteur-comparateur de forces, inverseur unipolaire à point milieu est parfaitement adaptée aux avions à commandes rigides et à câbles ce qui lui donne vocation à équiper tous les appareils de l'aviation générale mono et multimoteurs. Ce dispositif unitaire et compact a pour avantage de concentrer un double capteur-comparateur de forces, inverseur unipolaire à point milieu présentant une double sécurité mécanique et une protection électrique. Dans un mode de réalisation avantageux, le capteur-comparateur de forces, inverseur unipolaire à point milieu relié à la masse, interdit tout courtcircuit au sein du dispositif au repos comme en fonctionnement, en supprimant l'inverseur existant sur les avions les mieux équipés, et ne créant aucun organe de commande sur les avions les plus simples. Grâce à l'invention, l'équipage est totalement affranchi de la recherche du point d'équilibre de la gouverne que 1'A.F.C. réalise absolument seul sans toutefois supprimer l'effort initialement produit par les pilotes, leur permettant de bien doser leur action sur les commandes volant ou palonnier. A l'allègement du plan de charge du pilote s'ajoute la diminution des efforts fournis tant par celui-ci que par le pilote automatique et la réduction systématique des contraintes sur les circuits de commande et gouvernes. Outre les avantages susmentionnés, le dispositif décrit dans le brevet principal constitue la base du système de validation des ordres donnés à la commande de puissance par l'automatisme objet de la seconde partie du brevet principal dénommée A.E.D.. Chaque changement d'assiette nécessite une adaptation du régime moteur. Ainsi, dès que l'inverseur unipolaire de 1'A.F.C. transmet un signal attestant que le pilote commence à afficher un changement d'assiette, 1'A.F.C. est prêt à valider les ordres del'A.E.D. au micromoteur de la commande de puissance pour deux minutes, qui suffisent à l'adaptation de la puissance à la nouvelle assiette et à la stabilisation des paramètres. Dans un mode de réalisation aantageux, la commande de puissance automatique selon la seconde partie du brevet principal est constituée à l'intérieur de la référence anémométrique d'une couronne de mémorisation et de transfert automatique de vitesses de quinze dixièmes de millimètre d'épaisseur située immédiatement après le cadran gradué de l'instrument et mobile autour de l'axe de rotation de l'aiguille dudit instrument grâce à trois galets de guidage dont un d'entrainement directement actionné par un micromoteur. Avantageusement la couronne assure simultanément la fixation et le positionnement précis de la rampe de détection, la mémorisation permanente de toutes les vitesses de montée, de croisière, de descente et d'approche ainsi que le transfert automatique de l'une à l'autre sur ordre du pilote formulé à partir de deux poussoirs montés sur le volant. Grâce au brevet principal, une mémorisation permanente des différentes vitesses est assurée par gravure au dos de la couronne susmentionnée de secteurs cuivrés espacés de quinze millimètres et constituant les secteurs de transfert entre deux vitesses. Deux aiguilles métalliques souples diamètralement opposées constituent les têtes de lecture de la mémoire permanente comportant deux séquences distinctes de vitesses mémorisées : séquence accélération et séquence décélération entre la vitesse à ne jamais dépasser (V.N.E.) et vitesse d'approche initiale (1,2 VS1). Le dispositif décrit dans le brevet principal a pour avantage d'être performant, d'un faible encombrement, d'une grande simplicité et d'un faible coût ; il présente, toutefois, l'inconvénient d'être sensible aux turbulences. L'expérience a en effet montré qu'en turbulences, le capteur-comparateur de forces subissait en position verticale les accélérations positives et négatives imprimées à l'avion par les turbulences.- Le présent perfectionnement a pour objet de remédier à ces inconvénients en créant une variante du capteur-comparateur de forces pouvant être utilisez dans un double système de commandes automatiques de compensateur et de puissance pour l'aviation générale, commerciale et d'affaires. A cet effet, le présent perfectionnement concerne un dispositif du type décrit ci-dessus caractérisé en ce que la détection d'efforts est assurée par un senseur constitué de deux capteurs-comparateurs de forces montés en séries. Les caractéristiques du dispositif qui fait l'objet du présent perfectionnement seront décrits plus en détail en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une vue principale du senseur, double cylindre capteurcomparateur de forces. Les figures 2 et 3 sont des coupes transversales du dispositif selon la première partie du perfectionnement au niveau des lignes de coupes AA et BB de la figure 1. Les figures 5, 6 et 7 illustrent la cinématique senseur des figures 1 à 3. La figure 8 est un schéma de la seconde partie du perfectionnement reproduisant l'architecture du nouveau système de conduite de puissance automatique totalement insensible aux turbulences. Les figures 9 et 10 montrent le détail de l'implantation de la détection optoélectronique infrarouge à l'intérieur de la référence anémométrique du système de mémorisation et de régulation des vitesses totalement insensible aux turbulences. Le dispositif de contrôle automatique de compensateur selon la première partie du perfectionnement montré par les figures 1 à 3 comporte un double cylindre capteur-comparateur de forces 1, fermé par un couvercle 6 guidé en rotation, guidant lui-même en translation la fourche de commande 7, cette dernière étant solidaire du coeur des cylindres capteur-comparateur de forces, grâce à une tige de transmission de force 4. Les fourches de commande 7 servent à assurer la transmission des forces appliquée par le pilote, et celles opposées par la gouverne. Quatre câbles électriques gainés 15 émergent du même côté des cylindres capteur-comparateur de forces 1 et de leur couvercle 6. Alésé selon l'axe horizontal de transmission des forces 8 et fileté à leur extrémité, les cylindres capteurs 1 sont fermés par un couvercle 6 à double méplat fraisé 11. Les éléments similaires à ceux du dispositif conforme au brevet principal sont désignés par les mêmes références et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détail dans un but de brièveté. La principale caractéristique du senseur est de subordonner la transmission d'un ordre de compensation à ure double détection simultanée, une par capteur symétrique par rapport au centre de gravité du senseur. Cette caractéristique a pour effet lorsque le senseur travaille en position verticale de rendre le système de compensation automatique totale ment insensible aux turbulences verticales puisqu'en effet celles-ci impriment au senseur des débattements dissymétriques par rapport au centre de gravité. Le système de compensation automatique, objet de la première partie du perfectionnement, est rendu de ce fait totalement insensible aux turbulences. Figure 8, le schéma général de la deuxième partie de l'invention corres pondant à la commande de puissance automatique désignée A.E.D. comprend un circuit d'alimentation 9 et 5 Volts comportant un interrupteur général A.E.D., un fusible 1,5 ampère, un interrupteur à poussoir enclenchant la conduite automatique, une rampe de détection et de régulation à deux étages R, deux circuits de sécurité VNE et 1,2 V Sl (vitesse à ne jamais J dépasser et vitesse d'approche initiale, en deçà de laquelle 1'A.E.D. refusera de descendre). Un asservisseur Ass qui entraine la rampe R et mémorise toutes les vitesses utiles et assure sur ordre du pilote le transfert automatique de l'une à l'autre, deux poussoirs à cabrer et à piquer montés sur le volant. L'interrupteur A.E.D. sur marche, les poussoirs à cabrer et à piquer à grand débattement montés sur le montant gauche du volant "commandant de bord" très près du pouce, permettant au pilote d'afficher augmentation ou diminution de puissance (nombre de tours pour les pas fixes, ou pression d'admission pour les autres), et d'effectuer des ajustements sans avoir à manipuler la manette correspondante, car son blocage est automatique dans chaque nouvelle position. Le déclenchement de la phase automatique est engagé sur pression du "poussoir A.E.D." monté sur l'anémomètre avec une diode électroluminescente qui s'allume dès la position automatique enclenchée, ce, pour 2 minutes. Grâce au relais A 3 RT autoalimenté en 20, le système reste enclenché après que le pilote ait relâché sa pression sur le poussoir. Pour annuler l'automatisme en cas d'urgence et en fin d'utilisation, un poussoir arrêt placé sur le volant dans le prolongement du pouce gauche, coupe l'alimentation du système automatique, provoquant le décollement du relais A. Une pression prolongée sur le poussoir arrêt assure l'alimentation directe et immédiate du micromoteur actionnant la manette, dans le sens d'une remise de gaz. En position automatique, les contacts 21 et 23 du relais A, adressent le courant envoyé par le poussoir à cabrer ou à piquer au micromoteur de l'asservisseur Ass, entrainant un disque à double fonction. Il assure d'une part la fixation et le positionnement des quatre diodes infrarouges, et des deux photocapteurs selon le schéma de la figurel0 de sorte à ménager une zone neutre Zn dans laquelle l'aiguille ne réfléchisse aucun rayonnement infrarouge, d'autre part, au dos du disque, se trouvent des secteurs cuivrés gravés 24, espacés de 15/10ème de mm qui assurent la mémorisation permanente et inneffaçable des différentes vitesses de l'avion, figure9 Le courant adressé par le poussoir à cabrer et le poussoir à piquer parcourt soit le cible 25 ou le câble 26 correspondant au circuit accélération ou décélération et enclenche le micromoteur de l'asservisseur Ass afin qu'il déplace par le biais d'un réducteur, le disque et donc la rampe de détection et de régulation R. Dès que le disque est en mouvement, les têtes de lecture des mémoires T accélération et T décélération se trouvent sur un secteur cuivré relié au pô positif de l'alimentation qui prend le relais des poussoirs à cabrer ou à piquer que le pilote peut alors relâcher moins d'l seconde après le début de la pression assurant la transmission de l'ordre à accélérer ou décélérer doni par le pilote qui garde en toute hypothèse le pouvoir de décision. La régula tion à la nouvelle vitesse est effective pendant deux minutes. Une fois la décision prise par le pilote, l'ordre doit être nettement formulé par une pression sur les poussoirs à grand débattement à cabrer ou à piquer à double système de déclenchement. Lorsque l'A.E.D. est sur marche, la rampe de détection et de régulation R es activée dans les conditions ci-après. Elle réagit en fonction des indications de la référence anémométrique fournie par l'aiguille dont le seul passage quelques millimètres au-dessus de la rampe de détection R suffit à réfléchir le rayonnement IR émis par les quatre sources S réparties 2 par 2 autour de chaque capteur infrarouge réalisé comme précisé figure 40 Cette rampe ainsi constituée de quatre sources et de deux capteurs comporte deux étages de détection identiques à cabrer et à piquer correspondant respectivement à l'augmentation et à la diminution de la puissance assurée dire tement par un micromoteur muni d'un réducteur attaquant le disque d'entraine ment de la manette par un système irréversible constituant la base du frein automatique. Ce système interdit tout déplacement non commandé de la manette par la main du pilote ou le micromoteur. Si l'aiguille se trouve dans la zone neutre Zn dont le milieu matérialise la ligne de foi, - voir figure 4O qui se trouve entre les deux étages de détection et de régulation aucune réflexion n'active les étages de détection et le micromoteur est adéquate e stabilisée. Si l'assiette change, la vitesse diminuant ou augmentant l'aiguille quitte la zone neutre pour se placer - sous l'étage de détection augmentation si la vitesse diminue - diminution si elle augmente, et la correction commence en moins de 150 S ce qui est très satisfaisant pour un système aussi simple. Cette correction permet de stabiliser l'écart entre la ligne de foi du capteur et l'axe de l'aiguille puis de le supprimer totalement jusqu'à ce que l'axe de l'aiguille et celui de la zone neutre Zn soient parfaitement superposés. La puissance automatiquement affichée correspond alors parfaitement à la vitesse sélectionnée compte tenu de l'assiette Les corrections ne sont nécessaires que s'il y a changement d'assiette à défaut de quoi les paramètres sont stabilisés. Ces variations d'assiette sont affichées par le pilote grâce àla commande de profondeur. Dès qu'il exerce une action sur cette commande, le capteur de forces transmet un ordre avant de commencer à déplacer la gouverne de profondeur qui entrainera le changement d'assiette nécessitant une adaptation de puissance. L'A.F.C. constitue la base du système de validation des ordres donnés à la commande de puissance. En effet, dès que le pilote commence à afficher un changement d'assiette l'A.F.C. est prêt à valider les ordres de l'A.E.D. à la commande de puissance pour deux minutes, qui suffisent à l'adaptation de la puissance à la nouvelle assiette et à la stabilisation des paramètres. A la fin de cette période de deux minutes, 1'A.F.C. ne validera plus aucun ordre en direction du micromoteur de la manette de puissance car la vitesse est après deux minutes bien stabilisée. Dès qu'un nouveau changement d'assiette est opéré, l'A.F.C. valide les ordres d'ajustement pendant deux minutes. Les sécurités VNE et 1,2 VS1 sont actives en permanence quelque soit la position sélectionnée manuelle ou automatique et dérogent au principe de validation par l'A.F.C. Le phototransistor 27 est monté en Darlington avec le transistor 28 dont le gain en tension est réglé par l'ajustable 29 (l'unique réglage). La configuration retenue permet d'obtenir une très bonne sensibilité du montage. La tension collecteur de 28 attaque la porte logique E (circuit intégré 4 001 quadruple OR en CMOS). La sortie de cette porte passe franchement de O à 9 Volts et inversement, même quand le signal sur 27 varie lentement. La tension correspondante attaque à travers une résistance de 10 K la base d'un transistor de commutation dans l'émetteur duquel est insérée la bobine d'un relais et une diode électroluminescente assurant la visualisation du fonctionnement de l'étage - détection amplification commutation. Ainsi, grâce au présent perfectionnement, on aboutit à une parfaite insensibilité de la conduite de puissance aux turbulences tout en préservant sa simplicité caractérisée par une diminution de l'encombrement de la conso mation électrique, des contraintes de mise en mémoire et des coûts. Ce système de conception nouvelle parfaitement insensible aux accélérations tri-dimensionnelles permet le contrôle total de la puissance à partir du volant avec une nette diminution du plan de charge en vol. Le présent perfectionnement n'est pas limité aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, il est susceptible de modifications et de variantes. REVENDICATIONS I - Système associé de compensateur et de puissance selon la revendication 1 du brevet principal nO R -14656 caractérisé en ce qu'il contrôle simultanément et automatiquement le règlage du compensateur et de la puissance et en ce qu'il concentre un senseur constitué d'un double cylindre capteur-comparateur de forces directement monté sur la commande de profondeur, et relié avec a) - à l'intérieur de la référence anémométrique, une couronne de mémorisation de régulation optoélectrique infrarouge et de transfert automatique de vitesse située immédiatement après le cadran gradué de l'instrument et mobile autour de l'axe de rotation de l'aiguille dudit instrument grâce à trois galets de guidage, dont un d'entrainement, directement actionné par un micromoteur commandé par le pilote b) - le moteur d'entrainement du compensateur, et en ce que le système ne fonctionne que durant les phases de changement d'assiette, garantissant une totale insensibilité aux accélérations tri-dimensionnelles et turbulences même très sévères. Il - Système automatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le double capteur comparateur de forces monté directement sur la cinématique de commande de profondeur compare en permanence l'effort produit par le pilote et la force opposée par la gouverne traduisant une modification de sa position d'équilibre aérodynamique donc un changement d'assiette qui engendre dans le senseur un signal électrique cabré ou piqué attaquant simultanément a) le moteur électrique du compensateur dans le sens adéquat jusqu'à l'annulation de tout effort sur la chaine de commande de profondeur, b) la couronne de mémorisation de régulation optoélectronique afin qu'elle confirme l'écart de vitesse par rapport à la vitesse de consigne et qu'elle transmette pendant deux minutes la correction à la cinématique d'entrainement des manettes de puissance. III - Système selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le senseur constitué d'un double cylindre capteur-comparateur de forces nécessite une double détection simultanée, une par capteur, symétrique par rapport au centre de gravité du senseur de sorte à subordonner tout ordre de compenser à une détection symétrique, écartant ainsi les détection dissymétriques provoquées par les turbulences. lv - Système selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la couronne située dans la référence anémométrique assure la régulation optoélectronique infrarouge de toutes les vitesses de montée, de croisière, de descente et d'approche ainsi que le transfert automatique de l'une à l'autre sur ordre du pilote formulé à partir du volant, à l'intérieur d'une plage de vitesse allant de VNE (vitesse à ne jamais dépasser) à 1,2 VS1 (vitesse d'approche initiale), et caractérisé en ce que la régulation optoélectronique infrarouge de toutes ces vitesses est parfaitement insensible aux accélérations tri-dimensinnelles et aux turbulences les plus sévères.