Brevet FR2686311A1 — publié le 19930723

Système de décollage et d'atterrissage L'invention concerne un système de décollage et d'atterrissage pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL). L'invention a pour objet de proposer un système qui permet à un aéronef VTOL de décoller et d'atterrir sur un por- teur immobile ou en mouvement (navire, véhicule). Selon l'invention, ce but est atteint par un système pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux, compre- nant un système de détection pour l'aire de décollage et d'at- terrissage, un système de traitement des signaux, une liaison de données avec l'aéronef, un système de détection pour l'aéronef, un système de traitement des signaux d'aéronef et un système de commande de l'aéronef ainsi qu'un système de blocage de l'aéronef sur l'aire de décollage/atterrissage, le système permettant un maintien automatique de l'assiette, un décollage automatique et un atterrissage automatique sur une aire de décollage/atterrissage immobile ou en mouvement. Le système de régulation selon l'invention permet un décollage et un atterrissage automatiques sur un porteur immo- bile ou en mouvement, et cela même si celui-ci se déplace à une vitesse relativement grande et/ou effectue des mouvements de roulis Du fait du système automatique selon l'invention, il n'est pas nécessaire d'avoir un pilote expérimenté L'aéro- nef peut décoller, atterrir, maintenir l'assiette et suivre des trajectoires de vol programmées de manière automatique, mais il peut également être commandé par un pilote au moyen d'un système de commande à distance Il est possible d'envi- sager des versions téléguidées aussi bien que pilotées. Dans un mode de réalisation de l'invention, le sys- tème de détection pour le décollage/atterrissage mesure la po- sition relative de l'aéronef par rapport au point d'atterris- sage prévu Cela peut se faire par exemple au moyen de la technique laser; ainsi, il est possible de prévoir sur le terrain d'atterrissage un traceur à laser qui, en combinaison avec un système de miroirs sur l'aéronef, détermine la dis- tance et la position angulaire par rapport à l'aéronef. Dans le cas d'une aire de décollage en mouvement, le système de détection pour le terrain de décollage/atterrissage peut comprendre un système de détection inertiel pour la dé- termination des mouvements de l'aire de décollage et d'atter- rissage Dans le cas d'un navire, cela peut être la plate- forme inertielle du navire qui coopère avec l'ordinateur de bord du navire. Dans un mode de réalisation, la liaison de données entre le sol et l'aéronef émet la position relative de l'aéro- nef et les mouvements de l'aire de décollage/atterrissage vers l'aéronef. L'aéronef peut être équipé d'un système inertiel pour la détermination de ses propres mouvements Selon l'invention, cette information et les données de mouvements de l'aire d'at- terrissage ainsi que les données de position relative et de mouvements de l'aéronef, permettent le guidage directionnel automatique lors du décollage et de l'atterrissage. Le maintien de l'aéronef sur l'aire d'atterrissage se fait de préférence au moyen d'électro-aimants Si de tels électro-aimants sont prévus, le décollage automatique peut être effectué dès qu'une ou plusieurs conditions sont rem- plies Il est avantageux que le décollage automatique n'in- tervienne, par déconnexion des aimants, que lorsque la poussée verticale est suffisante (grand angle d'attaque des pales de rotor dans le cas d'un giravion) et que la plate-forme occupe la position désirée (par exemple angle de roulis 00). Pour l'atterrissage automatique, les aimants sont dé- connectés dès le premier contact de l'aéronef avec la plate- forme d'atterrissage A cet effet, des contacteurs d'atter- rissage qui enregistrent un contact peuvent être fixés sur l'aéronef La mise en circuit des aimants de maintien provoque automatiquement une réduction de la sustentation (par exemple par un réglage collectif des pales et/ou par une réduction de la vitesse de rotation du moteur). La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Les deux figures représentent, schématiquement un mode de réalisation de l'invention pour un aéronef à rotors destiné à décoller et à attirer à partir d'un pont de navire. La figure 1 représente le guidage pour le décollage automatique; la figure 2 représente le guidage pour l'atterrissage automatique. La fig 1 montre dans la partie inférieure les élé- ments essentiels du système qui sont montés ici sur le navire. Il s'agit là du détecteur d'atterrissage, de l'ordinateur de bord du navire, de la plate-forme inertielle du navire et du système de transmission des données émetteur de télécommande avec poste de pilotage Dans la partie supérieure figurent les éléments montés à bord de l'aéronef Ceux-ci comprennent le récepteur de télécommande, un filtre d'appui INS, le système inertiel INS de l'aéronef, le régulateur d'assiette, le régu- lateur de base, le téléguidage et le maintien magnétique. Le régulateur de base sert à la stabilisation artifi- cielle de l'aéronef Par l'intermédiaire de circuits d'accro- chage proportionnels et intégraux, il calcule à partir de la différence entre les valeurs de consigne et les valeurs effec- tives de l'attitude de vol respective, des valeurs de consigne pour les systèmes de réglage L'attitude de vol est décrite par les vitesses de rotation, les accélérations, les vitesses, la position géodésique et les angles eulériens Pour le mouve- ment longitudinal, on a par exemple besoin de l'assiette de tangage et de la vitesse de tangage Pour le mouvement laté- ral, les conditions peuvent être analogues, selon la dynamique propre de l'aéronef, la vitesse angulaire de roulis et la vi- tesse angulaire de lacet étant ici toujours réduites Pour l'axe vertical, on a besoin de la vitesse verticale. Selon le retard de phase des signaux sélectionnés, dû à la mesure et au traitement, il peut être indiqué d'effectuer une compensation à l'aide de filtres d'avance de phase De plus, il est possible d'intégrer des filtres coupe-bande pour éliminer l'influence de couplages ou de fréquences de struc- tures non désirés. Lors du décollage automatique, l'aéronef décolle au- tomatiquement d'une plate-forme d'atterrissage immobile ou en mouvement L'aéronef est bloqué sur le pont du navire au moyen d'un système de blocage magnétique Pour déclencher le proces- sus de décollage automatique, le pilote actionne un bouton (commande de décollage) Etant donné que l'aéronef doit quit- ter la plate-forme d'atterrissage aussi vite que possible, l'angle collectif est porté presque à sa valeur maximale tout en conservant le blocage magnétique Cette mesure provoque un décollage sauté à partir de la plate-forme du navire en mouve- ment, dès que le blocage magnétique a été coupé. Il est avantageux que, après l'augmentation de l'angle collectif, la vitesse de rotation du rotor revienne aussi rapidement que possible à sa valeur nominale avant que l'aéronef décolle On empêche ainsi que l'aéronef, à la suite de pertes de puissance en raison d'une vitesse de rotation trop faible du rotor, ne quitte pas suffisamment vite la zone de la plate-forme. L'assiette de l'aéronef doit être stabilisée pendant et après le décollage automatique au-dessus du centre de la plate-forme de décollage et d'atterrissage (maintien d'as- siette automatique) En admettant que le décollage automati- que doive être déclenché dans la position de roulis nulle, on obtient lors du décollage, dans l'hypothèse de mouvements si- nusoîdaux de la plate-forme (roulis), le maximum de la vitesse de roulis Cette perturbation de la valeur initiale ainsi que des perturbations extérieures sous la forme de rafales et de vent sont supprimées par le système de régulation selon l'in- vention Les régulateurs de base et d'assiette contiennent donc des données prédéterminées pour l'altitude, l'assiette, le cap et la vitesse verticale. La fig 2 montre le processus d'atterrissage automa- tique Le processus d'atterrissage automatique est à nouveau initié par le pilote en enfonçant une touche L'approche d'at- terrissage commence avec la transition automatique à une posi- tion au-dessus du point d'impact. A partir de cet état, à une altitude prédéterminée, l'aéronef doit alors toucher l'aire d'atterrissage exactement à une vitesse relative définie au moment ou l'assiette laté- rale de l'aire d'atterrissage passe par le point zéro Pour cela, il est nécessaire que pendant la descente vers le pont, le guidage vertical se transforme progressivement en un mouve- ment relatif Dans l'exemple de réalisation, cela est obtenu à l'aide d'un traceur à laser de très haute précision. A l'aide d'un procédé de prédiction, on calcule à l'avance l'instant auquel l'assiette latérale de la plate- forme d'atterrissage passe par le point zéro Le guidage ver- tical de l'aéronef est conçu de telle façon que, indépendam- ment du mouvement de la plate-forme d'atterrissage, le pro- cessus d'atterrissage dure un temps bien défini De ce fait, l'atterrissage peut être commencé exactement au moment o l'instant prédit pour l'assiette latérale zéro coïncide avec le laps de temps défini pour la durée du processus d'atterris- sage. La vitesse de descente relative commandée se compose des données prédéterminées calculées de manière analytique et des données de télémesure de la plate-forme d'atterrissage. De plus, l'altitude, le cap et l'assiette sont utilisés comme grandeurs de commande pour le guidage sur la trajectoire. Dès que l'aéronef a pris contact avec l'aire d'atter- rissage avec le premier de ses interrupteurs d'atterrissage qui sont par exemple au nombre de quatre et fixés sur la face inférieure, le blocage magnétique est connecté automatique- ment, sans intervention extérieure En même temps, la susten- tation de l'aéronef est diminuée par réglage des pales et/ou par réduction de la vitesse de rotation du moteur. Le mode de service maintien d'assiette peut être sé- lectionné lorsque l'aéronef se trouve en l'air Ce mode de service est également réactivé lors de l'actionnement d'un in- terrupteur dans le poste de pilotage On entend par maintien d'assiette la conservation de la position géodésique de l'aéronef La position effective occupée respectivement au mo- ment de la sélection de cette fonction automatique est la po- sition de consigne Elle est ainsi la commande pour le main- tien d'assiette. Suivant le domaine d'utilisation et de la précision exigée pour le maintien de l'altitude, le signal de mesure al- timétrique peut être mélangé avec le signal de vitesse verti- cale par l'intermédiaire d'un filtrage complémentaire. REVENDICATIONS 1 Système de décollage et d'atterrissage pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux, comprenant un système de détection pour l'aire de décollage et d'atterris- sage, un système de traitement des signaux, une liaison de données avec l'aéronef, un système de détection pour l'aéro- nef, un système de traitement des signaux d'aéronef et un sys- tème de commande de l'aéronef ainsi qu'un système de blocage de l'aéronef sur l'aire de décollage/atterrissage, le système permettant un maintien automatique de l'assiette, un décol- lage automatique et un atterrissage automatique sur une aire de décollage/atterrissage immobile ou en mouvement. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de détection pour l'aire de décollage/ atterrissage mesure, par exemple au moyen de la technique du laser, la position relative de l'aéronef par rapport au point d'atterrissage prévu. 3 Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de détection pour l'aire de décollage/atterrissage comprend un système de détection iner- tiel pour la détermination des mouvements de l'aire de décol- lage/atterrissage. 4 Système selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la liaison de données transmet la position relative de l'aéronef et les mouvements de l'aire de décollage/atterrissage à l'aéronef. Système selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'aéronef comprend un système de détection inertiel pour la détermination des mouvements de l'aéronef. 6 Système selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que lors du décollage et de l'at- terrissage, les données de mouvement de l'aire de décollage/ atterrissage, les données de position relative et les données de mouvement de l'aéronef sont traitées pour le guidage directionnel automatique. 7 Système selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend un blocage magné- tique. 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le décollage automatique est effectué, avec une poussée verticale suffisante et avec l'assiette désirée (angle de rou- lis de 00) de l'aire de décollage, par une coupure automatique des aimants. 9 Système selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'atterrissage s'effectue lors d'un pre- mier contact de l'un parmi plusieurs interrupteurs d'atterris- sage fixé sur l'aéronef, par la mise en circuit automatique des aimants et par la réduction de la sustentation.