Brevet FR2659934A2 — publié le 19910927

FR 2659934 A2 19910927 FR 9002750 A 19900306 La présente addition à la demande de brevet N089 03080 concerne des hélicoptères rotors synchroptères, à position variable du bloc central moteur, variation commande par le pilote ou le pilote automatique PA. le CAG ( Contrôle Actif Généralisé ) ou RSS ( Relaxez Static Stabilité ) concept a été introduit avec l'avion F-to e t développe avec le système de contrôle FBW ( Flight-By-Wire) qui a remplacé les commandes mécaniques classiques et aussi des possibilités de pilotage aux limites adrnissibles de vol. Avec le CAG furent introduites les notions de pilotage primaire ( par le pilote ), et de pilotage secondaire ( par le système CAG qui effectue certaines corrections, de pilotage et de commande des servo-commandes. Ce système a non seulement réduit la partie mécanique s commandes,mais a surtout augmenté la fiabilité des commandes. Ce système GAG maintenant parfaitement éprouvé sur des avions de combat construits en série est applicable, avec des modifications sur Ithélicoptère synchroptère bi-rotors. Dans le cas d1un hélicoptère mono-rotor, il faut trois servo-moteurs pour la commande du plateau cyclique rotor. Avec un bi-rotors il faut commander deux plateaux cycliques rotors, soit six servo-commandes et le pilotage devient alors compliqué pour effectuer diverses manoeuvres de vol, d'où la nécessité du GAG , avec pilotage primaire et pilotage secon- daire. Avec la variation de position du bloc central moteur, la commande mécanique du plateau cyclique des deux rotors- est impossible et c'est avec le FBW que les deux plateaux peuvent être commandés. Un des buts de l'invention est SUrtOUt le FBT.q sur hélicoptère synchroptère bi-rotors. le nombre des équipements montés sur les avions et les hélicoptères est devenu énorme et malgré une miniaturisat,ion très poussée, la longueur et le nombre de cables d' intercon- nexion sont devenus imptessicnnants: plusieurs km de cables. La meilleure solution fut l'INFORMATIQUE DIGITALE et surtout le 1lB ( Time Division Multiplexing ) connu aussi comme TDMDB ( Time Divis ion Multiplexing Data Bus ). -L' USAAF introduisit le système sur l'avion de combat F-15 et alors le MTL-STD-1553 A , intitulé " Aircraft Internal Command / Respon- se Time Division Multiplexing Data Bus " fut adopté pour les avians et les hélicoptères. Un des buts de l'invention est l'adoption de ce système de BU3 ou MULTI-BUS. I'hélicoptère synchroptère Ùi-rotors Se compose de deux parties, le fuselage et le bloc central moteur bi-rotors. Dans chacune de ces deux parties le nombre des équipements à connecter sur un MULTI-BUS est assez important pour justifier le montage de bus séparés. Pour ces deux MUX il faut encore d'autres MUX complédentaires spécialement conçus pour l'hélicoptère synchrop- tère et son poste de pilotage en tandem. Depuis des années le nombre des appareils indicateurs et des commandes de vol dans les postes de pilotage a a.ug- mentez pour devenir finalement impossible à bien contrôler et commander efficacement, d'où l'évolution vers l'utilisa tion de l'INFORMATIQUE, les AUTOMATISMES, L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE. 3i Jadis un pilote pouvait commander un appareil et remplir une mission précise, deux hommes d'équipage sont devenus indispensables pour bien piloter un avion ou un hélicoptère de combat. Si un pilote nouvait commander un hélicoptère mono-rotor, deux pilotes sont nécessaires pour un hélicoptère synchroptère bi-rotors de combat et de connaissance. le pilote et le co-pilote ont des rôles et des écuine- ments très différents à commander et à bien contrtler d'où nécessité de tableaux de bord différents et complémentaires qui soient aussi très simples à utiliser: ct est un des buts des tambours d'instrumentation et commandes. La description antérieure a présenté un exemple d'héli- coptère synchroptère bi-rotors avec un fuselage central en forme d'anneau, un bloc central moteur avec turbomoteurs au centre. Une autre forme différente, un bloc central avec les turbo-moteurs sous les rotors, surtout un fuselage en vigne est un des buts de l'invention. les Fig.23, 24, 25 et 26 sont extraites de la revue "AIR INTERNATIONAL" de May 1984, qui en pages 245 à 261 dans un article intitulé "FA 223 ...Henrich Fockers Singular Kite" présente un ancêtre des hélicoptères bi-rotors construit en 1942-45, dont les caractéristiques sont les suivants: Diamètre des rotors = 12 m --- Distance des rotors = 12,5 m poids à vide = 3 180 kg --- Vitesse maxi = 176 km/h. La vue en plan, de l'avant et les deux vues aa cubé du FA 223 représentent un hélicoptère bi-rotors dont les pales re e"engrènent pas, les cercles rotors étant distants de C,5 m. I1 y eut en 1960 un hélicoptère KARAN HH-43 bi-rotors bipales dont les rotors étaient distants de 1,20 m et qui fut le premier synchroptère, surnommé "SGGBEATER". L'hélicoptère syncnroptère bi-rotors, représenté sur les premières figures de cette description, est tout-à-fait nouveau et peut avoir deux formes- très différentes: - La Fig.27 montre un hélicoptère synchroptère bi-rotors avec un fuselage central en forme d'anneau, avec un fuselage su périeur et-un fuselage inférieur reliant la cabine pilote à l'empennage. - La Fig.28 montre un hélicoptère synchroptère bi-rotors de forme différente, avec un seul fuselage reliant 1' empennage à un ensemble avant de pilotage, le bloc central moteur étant presqu'identique pour les deux hélicoptères. Ces deux figures montrent que l'architecture de l'hélicoptère synchroptère bi-rotors peut évoluer à partir de deux types, à un fuselage et à deux fuselages. Sur la Fig.27 derrière la cabine de pilotage 1 on voit un radar 2 dirigé verticalement pour balayer un angle de 60 vers le ciel car le radar panoramique 3 ne balaye qu'un angle de 600 + 15 = 750. A la partie supérieure de l'empennage Sur la Fig.28 derrière la cabine pilote 1 on voit un radar 2 mais il n'y~a plus de fuselage supérieur et dans l'empennage on voit le radar panoramique ), le lance-missiles air-air 4, et à la partie inférieure 1' ensemble turbo-moteur hélice carè née 5. be bloc central moteur est en position extrême avant, avec le train principal en position basse verrouille 6 et sous le panneau du logement de train 7 est suspendue une moto cyclette8, solidement fixée par un système d'accrochage. Les motocyclettes ont maintenant un carénage aérodynamlque en matériaux composites qui facilite l'accrochage en deux points avant sous le logement du train, et en un point arrière sur la jambe de l'atterrisseur. Te motocycliste peut même monter sur sa moto, pour de courtes distances, car il y a de la place libre quand la roue du train est en position basse. La Fig.29 représente la partie arrière de l'hélicoptère synchroptère,avec 1' ensemble radar-vis ionique en position basse et on peut distinguer le mât central 10 pour la vlsionlque 9 les mate avant 11 et 12 arrière pour le radar panoramique 3. La base 13 de cet ensemble comporte le mécanisme d'érection et en 14 peuvent être logés les éléments composant lourds et une partie du Bus suivant le MIS STD 1553 A. L'empennage horizontal 15 comporte deux empennages d'extrémi- té et sa position entre le gouvernail vertical 16 supérieur et 17 inférieur devrait constituer un ensemble efficace en vol, à des vitesses depuis 0,0 llrm/h jusqu'à 45C km/h. En 18 et 19 sont logés des réservoirs de carburant et le système de pompes et robinetterie du fuselage central, l'emplacement le moins vulnérable en combat air-sol. l'ensemble propulseur 5 à l'arrière de l'hélicoptère synchroptère comporte une entré dtair 20 du turbo-moteur 21 avec deux échappements latéraux 22, un carénage cylindrique 23 entourant l'hélice 24 à pas variable. La Fig.30 représente la partie avant de lthélicoptère,avec le pilote à l'avant de la cabine 1 commandant le radar 25 et le canon fixe 26 à grande cadence de tir, un équipement de vis io nique et de tir 27 dépendant de lui. le co-ilote à l'arrière de la cabine dispose d'un radar a balayage vertical 2 et commande le tir d'une arme de cali bre moyen 28 monté en tourelle, pour pouvoir lutter contre des cibles sous un grand angle hors axe hélicoptère. 1e pilote a une bonne visibilité non seulement vers l'avant de la cabine 1 mais aussi vers le bas, par les hublots 30. les postes de pilotage des hélicoptères ont été longtemps similaires à ceux des avions, avec une énorme quantité " instrwmentS et de commandes, de voyants d'alarmes. La com- plexité est devenue telle que sur le F-18 fut introduite une véritable révolution représentée sur la Fig.32. te HUD ( Head Up Display ) L1 présente au pilote les éléments essentiels pour piloter l'avion, les écrans de visualisation multifunction L4, L5 et 17 remplaçant un grand nombre d'lns- truments à cadran. Néanmoins un nombre réduit d'instruments et de commandes de vol ont été conservés, avec sur le marche de pilote 17 et sur la mannette de commande des turbo-réacteurs 15 un nombre important de boutons de commandes diverses. Sur la Fig.32 sont représentés schématiquement le tableau de bord frontal ( Y1 à Y17 ) d'une largeur D = 700 à 800 mm, et les deux panneaux latéraux de commandes gauche ( xi à xis) et droit ( Z1 à Z14 ), d'une largeur F = 200 à 300 mm et d' une longueur G = 60C à 750 mm, avec un espace entre panneaux E = 700 à 800 mm, la console frontal ayant une largeur K = 200 à 250 mm. Un des buts de l'invention est la disparition des deux conso- les latérales X et Z du poste pilote avant, et leur remplace- ment par un tambour rotatif d'instruments et commandes. Pour le poste du cc-pilote arrière,des consoles latérales restent nécessaires, car un grand nombre de commandes restent en double et il n'y a pas de hublots latéraux 30. Un des buts de l'invention est la présentation sélective des commandes et des informations de pilotage, en fonction de la phase particulière du vol, phases que l'on peut diviser en: - Phase de point fixe au sol, - Phase de décollage, Hors-effet-de-sol ou Avec-effet-de-sol, - Phase de montée en altitude, - Phase de point filez - Phase de vol horizontal ou oblique, - Phase d'acrobatie ou de combat aérien, - Phase de descente rapide ou en auto-rotation, - Phase de vol de nuit, à basse altitude, - Phasme d'atterrissage, - Phase de combat Sol-Wir. Pour le pilote comme pour le co-nilote, les commandes et les informations nécessaires pour bien effectuer une mission étant différentes, c'est seulement devent les pilotes, sous le HUD, qu'un tambour rotatif peut exposer ces instruments spécifiques pour chaque phase du vol. La Fig.33 représente l'instrumentation classique: un élértent de détection 1 fournit un signal à l'élément de mesure 2 qui rar une transmission: ) donne à l'indicateur 4 une présentation numérique; ce sera par exemple un anémomètre, et les éléments 2, 3 et 4 sont souvent dans le meme boitier. la F-ig.34 montre que l'élément de détection 1 et de mesure 2 restant les mêmes, avec la miniaturisation et ltélectroniaue un codeur 5, un conducteur 6, un décodeur 7, un afficheur 8 sont meilleurs, surtout avec l'utilisation des MUlTTBU3, suivant le Mil STD 1553 A. la Fig.35 représente schématiquement comment passer de la con ception des tableaux de bord type Fig.3l, 32 à un tableau nouveau pour hélicoptère synchroptère bi-rotors.Il se compose d' une tablette 9, de deux tambours horizontaux 10, d'un tambour vertical 10, trois tambours d'instrumentation et commandes montés dans le tableau de bord frontal réduit 16 surmonté par un EG3 17. L'arceau de la verrière 11 comporte des alarmes lu mineures et trois rétroviseurs 18. La Fig.36 représente schématiquement la coupe de l'arceau du parebrise 49, serré dans un profilé 50 externe et interne 11 sous lequel on peut monter entre 50 et 100 boitiers d'alarme 55 ou de bouto-ns de commande fixés à un MUX 46,47,48 arrière. La Fig.38 est la vue en plan de la tablette vue en élévation sur la Fig.37, tablette 9 dont la partie centrale vient sur les genoux du co-pilote. Cette tablette 9 est remplacée pour le pilote par un grand tambour rotatif d'instrumentation, d'un diamêtre de 0,9 à l,0 m, large de 200 mm, pouvant présenter sur 9 à 11 segments de sa périphérie jusqu'à 30 panneaux de commandes et écrans de visualisation différents et spécifiques. La Fig.38 montre la tablette 9 avec un grand écran 37 du radar panoramique 2 et vertical 2 de la Fig.27 et 28, un petit ecran 38 de micro-ordinateur avec en 39 les touches du clavier, les boutons 40, 44 étant des exemples de présentation pratique, la tablette devant être inclinable selon les condition9 de service. La Fig.39 représente vue en coupe comment avec un galet 35 on peut commander la rotation cyclique du tambour 10 dont le mécanisme représenté sur la Fig.41 se compose d'un moteur 33, d' une boite de vitesse réduite 34 commandant le galet 35 roulant dans un guidage 27, 36 étant un palier de roulement circulaire. La Fig.40 est une coupe par le milieu d'un tambour 10 avec entre des cloisons 27 de nombreux compartiments pour installer dess boitiers d'équipements 28 avec liaison par J1TlBU. La Fig.42 montre en coupe comment un grand écran de visualisation 30- peut trouver place dans un des compartiments du tambour 10- , le canon du tube cathodique étant très long. la Fig.43 montre schématiquement comment le tambour peut être divisé en de nombreux casiers d'instruments 28 et d' écrans de visualisation 70 , par exemple celui d'un radar météorologique, très util pour un hélicoptère synchroptère. La partie 32 est fixe,alos que la partie 27 est mobile, au moyen des boutons de commande 56,57, les cables 29 entrant d'un côté, la ventilation de refroidissement ayant lieu au centre de la partie fixe 31. la Fig.44 est un exemple de tableau de bord d'hélicoptère syncliroptère avec un arceau d'alarmes 11, un HUD 17, deux rétroviseurs 18, et sur le tableau de bord 16 deux tambours 10 verticaux au-dessus de la tablette 9. Sur la surface libre du tableau 16 trouvent place des instruments et commandes essentiels, ainsi que des manettes 19 et 20 commandant la variation de position du bloc central moteur et celle de l'érection du mât télescopique arrière. La Fig.45 ressemble à la Fig.44 mais avec les deux tambours 10 en position oblique plus pratique quelquefois. la Fig.46 est une autre variante avec un seul tambour 10-à axe vertical de rotation, alors que sur la fig.47 le tambour 10 à un axe de rotation horizontal. En résumé,on peut deviner combien de solutions diverses peuvent Aetre créées avec les tambours rotatifs d'équipements. Les pilotes ayant souvent les deux mains occupées sur le manche de commande et sur l'automanette, 16 et 17 de la Fig. 31, la rotation et la présentation sélective d'un des pan veaux du tambour peut être par commande pilote vocale, un procédé maintenant en cours d'expérimentation sur prototypes d'avions de combat modernes. L'hélicoptère synchroptère bi-rotors à position variable du bloc central moteur est partiellement une combinaison nouvelle d'éléments existants, avec parfois une adaptation spéciale de ces éléments, surtout des MULTIBUS suivant la MIS STD 1553 A, ou du FBW du système de CAG. La Fig.48 est un extrait de la revue "AGARD" (Advisory Group for Aerospace Research and Development ) du N.A.T.0. d'un article intitulé: "F-î6 Multi-National Fighter" de Charles A. ANDERSON, qui présente en détail le RSS ( Relaxed Static Stability ) concept utilisant le FBW ( Flight By TVire ), en Français plus connu sous le nom de CAG (Commande Active Go'e ralisé). Suivant la Fig.9 de cet article, les données AD (Airplane Datas) sont introduites dans le Calculateur pour ensuite être utilisées dans l'Ensemble Inertiel. Quatre 3ranches A, B,C et D utilisent ces informations pour commander le Servomoteur de commande du gouvernail. Cet ensemble matériel et logiciel informatique,commandant un seul servo-noteur sur la Fig.48,devient plus complexe avec les Fig.49 et 50 avec la commande de deux servo-moteurs du CAG, en rouli et en tangage. La Fig.51 représente schématiquement le GAG avec quatre servocommandes, deux à gauche SAG et deux à droite S43, avec un Calculateur Central de Stabilisation C.C.S. La Fig.52 représente schématiquement le CAG d'un hélicoptère synchroptère oi-rotors, rotor gauche RG et rotor droit IJ, soit 2 fois 3 servo-commandes de plateau cyclique, un ensemble de CÀ très complexe, avec pilotage manuel et pilotage PA automatique. La Fig.53 représente la commande par trois servo-moteurs'l00' d'un rotor quadri-pale dit "intégré'l dans la boite réducteur principal, demande de brevet MMB sus-mentionnée, principe de construction très compact de l'ensemble rotor pour des pales souples en matériaux composites, les pieds de pale étant fixés sur la pièce 64 non pas dans un plan horizontal, mais sous un certain angle oblique "C-C" et non pas "B-B" comme dans la description de MBB, une modification relativement facile, de mAeme que l'interconnexion des deux boites de transmission des rotors gauche et droit,non prévu nar MBB, l'idée étant pour un mono-rotor classique. La Fig.54 représente un bloc moteur central avec turbo-moteurs gauche TBM-G et droit TMB-D dans deux nacelles d'extrémité d' aile du bloc moteur. La Fig.55 représente schématiquement la disposition des reser- voirs de carburant RCl et RC2 dans le fuselage arrière, reliés par un flexible F au circuit carburant du bloc central moteur, où un calculateur central de distribution CDC répartit le carburant entre les réservoirs RG et RD, RTBM-G et RTM-D. R E V E N D I C A T I O N S 1/ Hêi icop-tères synchroptères bi-rotors de combat et recon naissance, mono-place, bi-places ou tri-places, légers, moyens ou lourds, mono-moteur, bi-moteurs ou tri-moteurs, utilisant le CAG pour piloter et aussi commander la varla- tion de position du bloc central moteur, pour corriger la position du centre de gravité CG et du centre de pousse e CP des deux rotors, suivant les revendications 1/ à 10/ Se la demande de brevet N089 03080 du 9 Mars 1989, caractérisé par l'assemblage de deux parties, un fuselage on forme d'anneau, et d'une seconde partie forgée par un bloc central moteur bi-rotors dont les turbo-moteurs XRSI.G et TBM.D sont directement accouplés aux boites de trans mission de puissance 60 et 61 interconnectées entre elles. 2/ Hélicoptères suivant la revendication 1/ caractérisé par un fuselage inférieur unique, ayant à l'avant une cabine pilote 1 suivie d'un radar 2 à balayage vertical, et à la partie arrière un groupe turbo-propulseur avec hélice carè- née 5 et dans la partie supérieurs de l'empennage un sys tème de lancement vertical de missile air-air ou sol-air 4. 3/ Hélicoptères suivant les revendications 1/ et 2/ caractéri sé par un fuselage unique et un bloc central moteur avec les turbo-moteurs dans la partie centrale du bloc moteur et deux autres turbo-moteurs sous les rotors, soit 4 turbo- moteurs dans chaque bloc moteur, avec interconnection des boites de transmission de puissance. 4/ Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 3/ caractérisé par des tableaux de bord du pilote et co-pilote composés d'une tablette horizontale 9, d'un, deux ou trois tambours instrumentation 10. 5/ Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 4/ caractéri sés par des arceaux de verrière du pilote et co-pilote avec éléments d'alarme lumineux Il entre des rétroviseurs 18, le pilote et le co-pilote ayant les mêmes alarmes. 6/ Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 5/ le pilote n'ayant qu'un grand tambour d'instrumentatio-n central 10 lui laissant libre l'observation du sol par les hublots 50. 7/ Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 6/ avec la possibilité d'accrocher deux motocyclettes sous les napel les droite et gauche du bloc central moteur en & quand le train d'atterrissage 6 est en position basse et bloqué. E Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 7/ caractéri sés par un système de CAG avec pilotage primaire pilote ou pilote automatique PA et d'un pilotage secondaire de cor rection par le CAG avec commande FBW ou FBL, non seulement pour les volets et gouvernes, mais aussi pour la commande du pas cyclique et du pas collectif des pales des deux rotors, 9/ Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 8/ avec un double circuit de carburant, un dans le fuselage et l'autre dans le bloc central moteur, les deux circuits étant inter connectés et un calculateur de carburant CDC faisant auto- matiquement les corrections de remplissage des réservoirs pour un bon équilibrage latéral. X Hélicoptères suivant les revendications 1/ à 9, caractéri sés par la possibilité de grouper deux ou trois hélicop tères, ltun au-dessus de 1'- autre pour ensemble soulever a l'élingue un poids double ou triple de ce que pourrait soulever un seul hélicoptère synchroptère bi-rotors.