Brevet FR2733597A1 — publié le 19961031

INSTRUMENT DE BORD DESTINE A CONTROLER LA VITESSE DE TANGAGE D'UN AVION LORS DU DECOLLAGE La présente invention concerne un instrument de bord pour avion, et plus particulièrement un instrument de bord destiné à contrôler la vitesse de tangage dudit avion lors de son décollage et à avertir le pilote lorsque cette vitesse de tangage dévie d'une valeur déterminée pendant la phase de rotation du décollage. l0 Pendant la rotation au décollage, le pilote fait pivoter l'avion (c'est-à-dire qu'il décolle le nez de l'avion de la piste) quand la vitesse de rotation de l'avion, Vr, est atteinte. L'inclinaison de montée d'un avion est généralement de 20 à partir de l'horizontale. Avant que le pilote ne puisse mettre l'avion en sécurité dans cette inclinaison, l'avion doit avoir décollé suffisamment pour que sa queue ne touche pas le sol. La levée des ailes ne doit pas se produire en même temps que la rotation à cause du temps nécessaire à l'accroissement de la circulation d'air autour des ailes. L'angle de toucher de la queue d'un avion de ligne gros-porteur traditionnel est d'environ 10 ou 12 quand la suspension de la roue principale du train d'atterrissage principal est détendue, le train d'atterrissage étant débarrassé du poids de l'avion pendant la rotation. Avec un avion plus allongé, ces angles seront réduits respectivement à environ 7 et 8 . Le toucher de queue sur le sol peut se produire si le nez est redressé trop vite avant que le train d'atterrissage principal n'ait quitté le sol. Le toucher de queue peut également se produire, une fois que l'avion a décollé, si le nez est redressé trop vite avant que l'avion n'ait atteint une hauteur suffisante. En conséquence, le pilote doit s'assurer qu'il ne fait pas pivoter l'avion avec une vitesse de tangage trop élevée, afin d'empêcher un toucher de queue. Bien que des instruments de bord aient été proposés antérieurement pour fournir des informations au pilote pendant la phase de mise à feu du décollage, tels que ceux décrits dans la publication US 3 309 923, aucun instrument de bord n'a jusqu'ici été capable de fournir des informations avertissant d'un possible toucher de queue pendant la toute première phase de décollage. La procédure de décollage est particulièrement stressante pour le pilote car les réacteurs fonctionnent à plein régime et les réservoirs de carburant de l'avion sont pleins. Le pilote doit surveiller beaucoup d'instruments de bord tout en contrôlant les réacteurs et les surfaces aérodynamiques de l'avion. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un instrument de bord pour avion qui peut être utilisé pour aider le pilote pendant la phase de rotation du décollage. Dans ce but, I'invention concerne un instrument de bord pour avion tel que défini en préambule, caractérisé en ce qu'il est agencé pour fournir un signal io représentatif de la variation de l'angle de tangage dudit l'avion et pour déterminer si la variation de cet angle de tangage s'écarte d'une valeur limite de sécurité, et en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage agencé pour avertir le pilote quand le gradient de l'angle de tangage pendant la phase de rotation du décollage s'écarte de la valeur limite de sécurité. De façon avantageuse, I'instrument selon l'invention comporte une entrée pour un capteur sensible au redressement de la roue avant de l'avion au début de la rotation. De préférence, l'instrument comporte un premier affichage d'avertissement quand la vitesse de tangage est trop élevée et un second affichage d'avertissement quand la vitesse de tangage est trop faible. De façon avantageuse l'affichage d'avertissement comporte des symboles qui se déplacent verticalement quand la vitesse de tangage s'écarte d'une valeur limite de sécurité et qui restent stationnaires quand la vitesse de tangage est égale à une valeur limite de sécurité. Dans une forme de réalisation préférée, I'instrument comprend un processeur, au moins un comparateur, une source de référence d'un gradient maximum de l'angle de tangage et une source de référence d'un gradient minimum de l'angle de tangage, le processeur recevant des signaux d'un capteur d'angle de tangage et dérivant un signal indiquant un gradient de l'angle de tangage, le comparateur recevant à partir des sorties des sources de référence, des gradients minimum et maximum de l'angle de tangage et le signal représentatif du gradient de l'angle de tangage, et le comparateur fournissant une sortie pour enclencher l'affichage d'avertissement quand le signal représentatif du gradient de l'angle de tangage dépasse le gradient maximum de l'angle de tangage ou tombe au-dessous du gradient minimum de l'angle de tangage. L'affichage peut se déclencher au bout d'un temps prédéterminé lorsque le train d'atterrissage principal a quitté le sol ou lorsque l'avion a atteint une hauteur prédéterminée au-dessus du sol. L'instrument de bord peut aussi comporter un affichage d'avertissement pendant la phase de descente si l'angle de tangage de l'avion dépasse une valeur limite de sécurité et un affichage pour fournir au pilote des informations sur le guidage latéral. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement la position de l'instrument de bord selon la présente invention et des différents capteurs dans un avion; - la figure 2 est un diagramme schématique de l'instrument de bord selon la présente invention; - les figures 3A à 3C montrent différentes images affichées par lI'instrument de bord selon la présente invention, et - les figures 4 à 7 montrent d'autres images pouvant être affichées. En référence aux figures 1 et 2, I'instrument de bord selon la présente invention comprend un boîtier électronique 1 connecté à une unité d'affichage 2 par un câble 3. L'unité d'affichage 2 est montée dans le panneau d'instrumentation du poste de pilotage de l'avion afin qu'elle se trouve dans le champ de vision périphérique du pilote. Le boîtier 1 peut être monté n'importe o dans l'avion ou à l'intérieur de l'unité renfermant le dispositif d'affichage. L'instrument de bord reçoit des entrées d'un contact de pose 4 du train avant et d'un contact de pose 5 du train principal. Ces contacts 4 et 5 fournissent des sorties pour indiquer si le train avant ou le train principal touchent ou ne touchent pas le sol. L'instrument de bord reçoit également une sortie 0 d'un capteur d'angle de tangage 6. Ce capteur 6 peut être logé à l'intérieur du boîtier électronique 1, ou il peut se présenter sous la forme d'un capteur séparé situé à l'extérieur dudit boîtier. Selon une autre alternative, la fonction de détection de l'angle de tangage peut être accomplie par un capteur d'angle de tangage existant, utilisé à d'autres fins. Le boîtier électronique 1 comprend un processeur 40, qui reçoit la sortie du capteur d'angle de tangage 6 et qui, à partir de celle-ci, dérive une sortie ô représentative du gradient de l'angle de tangage. Selon une autre alternative, la vitesse de tangage peut être entrée directement à partir d'un capteur gyroscopique de variation d'angle. De préférence, le processeur 40 exécute également une fonction consistant à établir une moyenne pour réduire l'effet des oscillations provenant du pilotage et d'autres petites perturbations dans le signal de l'angle de tangage. La sortie du processeur 40 est respectivement connectée à une des entrées de deux comparateurs 41 et 42. Le comparateur 41 a son autre entrée connectée à une source de référence 43, qui détermine une valeur maximum du gradient de l'angle de tangage (Oma. L'autre comparateur 42 a son autre entrée connectée à une source de référence 44, qui détermine une valeur minimum du gradient de l'angle de tangage Omin. Les sorties des deux comparateurs 41 et 42 sont reliées à une unité de commande d'affichage 50. Cette unité de commande d'affichage 50 reçoit également les sorties du contact de pose 4 du train avant et du contact de pose 5 du train principal. Elle est également reliée à l'unité d'affichage 2 au moyen du câble 3 et fournit la sortie du boîtier électronique 1. L'unité d'affichage 2 est de forme rectangulaire et présente une face avant ou écran 20 composé d'un tableau matriciel d'éléments d'affichage à cristaux liquides 21, ou d'autres éléments d'affichage électriquement excités, tels que des diodes électroluminescentes. Quand l'avion commence à rouler sur le sol, le train avant et le train principal sont tous les deux en contact avec le sol et les capteurs 4 et 5 fournissent des signaux l'indiquant à l'instrument de bord 1. Durant cette partie de la procédure de décollage, I'instrument de bord 1 maintient l'unité d'affichage éteinte de sorte que le pilote n'est pas dérangé. Quand le pilote tire sur le manche à balai pour redresser le nez de l'avion et commencer la phase de rotation du décollage, le train avant commence à quitter le sol et le contact de pose 4 du train avant modifie sa sortie. Ceci fait que l'instrument de bord 1 met sous tension l'unité d'affichage 2. Pendant que le pilote maintient la vitesse de tangage de l'avion à l'intérieur de limites de sécurité, la commande d'affichage 50 affiche sur l'écran 20 une image telle o10 que représentée par la figure 3B. Cette image se compose d'un nombre de barres horizontales sombres 22 (trois barres sont représentées sur la figure 3B) traversant l'écran et séparées par des espaces clairs 23. Elle reste stationnaire tant que l'avion est maintenu à l'intérieur des limites de sécurité de la vitesse de tangage, c'est-à-dire inférieure à max. et supérieure à émin. Le pilote aura alors l'affichage, lorsqu'il sera enclenché, dans son champ de vision périphérique, de sorte qu'il sera averti que le train avant a quitté la piste. Pendant la rotation, le pilote reçoit, dans son champ de vision périphérique, un guidage provenant de l'affichage tout en regardant vers l'avant par le pare- brise du cockpit, et sans avoir à fixer son regard sur I'affichage. Quand le train principal de l'avion quitte la piste, le capteur 6 modifie sa sortie. Ceci amène le processeur 40 à déclencher une temporisation et, après qu'un temps prédéterminé et suffisant pour que l'avion ait atteint une hauteur à laquelle il n'y a plus de risque d'avoir un toucher de queue (généralement environ 5 secondes) se soit écoulé, I'instrument de bord I déclenche l'affichage 2, qui n'est alors plus nécessaire. Selon une alternative, l'instrument de bord peut être connecté pour recevoir une sortie de l'altimètre radar 7 de l'avion, au lieu du contact de pose 5 du train principal. Dans ce cas, I'unité d'affichage 2 sera déclenchée dès que l'avion aura atteint une hauteur de sécurité à laquelle il n'y a plus de risque d'avoir un toucher de queue. Cependant, si le pilote tire trop rapidement sur le manche à balai et provoque une vitesse de tangage excessivement élevée et suffisante pour qu'il y ait un risque de toucher de queue, I'entrée sur le comparateur 41 dépassera la valeur de référence OmL de la source 43. Le comparateur 41 modifiera alors sa sortie vers l'unité de commande d'affichage 50 afin que l'unité de commande déplace les barres 22 vers le bas, donnant l'apparence d'un flot continu de barres se déplaçant vers le bas. La vitesse du mouvement des barres est proportionnelle à la différence entre la vitesse de tangage réelle de l'avion et la vitesse de tangage maximum de sécurité. Ce mouvement d'avertissement de l'affichage apparaît facilement dans le champ de vision périphérique du pilote sans qu'il ait à regarder directement l'affichage. En conséquence, le pilote peut immédiatement effectuer une correction sans io avoir à tourner la tête ou à modifier sa mise au point visuelle. Le pilote notera que sa manoeuvre de correction produit un ralentissement du mouvement des barres jusqu'à ce que l'appareil soit au-dessous de la limite de sécurité de la vitesse de tangage, quand l'image sur l'écran d'affichage devient à nouveau stationnaire. Si le pilote n'a pas été suffisamment prudent et qu'il n'a pas demandé une vitesse de tangage suffisamment élevée, il y a un risque que l'appareil ne fournisse pas assez rapidement une poussée suffisante et qu'il sorte de la piste. Quand la vitesse de tangage est trop faible, I'entrée que le processeur 40 fournit au comparateur 42 tombe au- dessous de celle de la source de référence 43. Ceci fait que le comparateur 42 modifie sa sortie qui, à son tour, fait que l'unité de commande d'affichage 50 déplace les barres sur l'image représentée sur l'écran vers le haut à une vitesse proportionnelle à la différence entre la vitesse de tangage réelle de l'appareil et la vitesse de tangage minimum de sécurité Omin. Ceci prévient le pilote qu'il doit augmenter la vitesse de tangage. La présente invention permet au pilote d'être averti quand la vitesse de tangage de l'appareil est en dehors des limites de sécurité, sans avoir à lui présenter des informations qui le dérangeraient quand elles ne sont pas nécessaires. L'instrument de bord peut également comporter une alarme sonore, qui est déclenchée quand l'alarme visuelle n'a pas provoqué de réponse corrective de la part du pilote dans un temps prédéterminé. L'image représentée sur l'affichage peut prendre de nombreuses autres formes, comme celles, par exemple, représentées par les figures 4 à 7. Sur la figure 4B, la vitesse de tangage de sécurité est représentée par une ligne horizontale, continue s'étendant à mi-hauteur, au travers de l'affichage. Quand la vitesse de tangage est trop élevée, la partie centrale de la ligne est déplacée vers le bas, comme représenté par la figure 4A, et quand la vitesse de tangage est trop faible, la partie centrale de la ligne est déplacée vers le haut, comme représenté par la figure 4C. Sur la représentation de l'affichage illustrée par la figure 5, la vitesse de tangage correcte produit un écran blanc, tel que représenté par la figure 5B, tandis qu'une vitesse de tangage trop rapide produit une flèche orientée vers le bas, telle que représentée par la figure 5A, et qu'une vitesse de tangage trop lente produit une flèche dirigée vers le haut, telle que représentée par la figure 5C. La représentation de l'affichage peut être agencée pour changer de couleur, comme le montre la figure 6. Quand la vitesse de tangage se trouve à l'intérieur d'une zone de sécurité, I'image représentée est un écran uniformément vert, tel que représenté par la figure 6B, quand la vitesse de tangage est trop élevée, l'affichage passe à une couleur rouge et un texte, tel que "RAPIDE" apparaît sur l'affichage, comme le montre la figure 6A, et quand la vitesse de tangage est trop faible, I'affichage passe à une couleur orange et un texte, tel que le mot "LENT" s'affiche. Le format de l'affichage de la figure 6 peut être combiné avec une image en mouvement afin que l'attention du pilote soit attirée avec plus de force sur l'affichage. L'instrument de bord selon la présente invention peut également être utilisé pour empêcher un toucher de queue pendant l'atterrissage en raison d'un angle de tangage trop grand pendant la phase de descente. Le risque d'un toucher de queue pendant l'atterrissage dépend seulement de l'inclinaison, plutôt que de la vitesse de tangage, de sorte que le processeur ne calcule pas le gradient de l'angle de tangage pendant cette phase. Sur l'affichage représenté par les figures 7A à 7C, la partie supérieure de l'écran d'affichage 70 montre une représentation de l'affichage du même genre que celle de la figure 6. La partie inférieure de l'écran 71 est occupée par un affichage de guidage latéral. L'affichage de guidage latéral indique au pilote si l'appareil dévie de la ligne centrale de la piste. Il est formé par des bandes inclinées qui restent stationnaires quand l'appareil est correctement aligné avec la piste. Quand le cap de l'appareil dévie vers la droite ou vers la gauche de la ligne centrale, les bandes se déplacent sur la largeur de l'affichage vers la droite ou la gauche en fonction et à un degré dépendant de la valeur de la déviation. Comme l'instrument de bord selon la présente invention avertissant d'un toucher de queue est utilisé seulement pendant la phase de rotation du décollage, ou pendant le décollage et l'atterrissage, il est possible d'utiliser l'affichage à d'autres fins à d'autres moments. Par exemple, il peut être utilisé pour afficher un avertissement relatif à une action anti-collision devant être effectuée quand il y a un risque de collision dans les airs, selon la manière décrite dans la publication GB 2 223 924. Il peut également être utilisé pour afficher des instructions de commande du trafic aérien, tel que cela est décrit dans la publication GB 2 250 494. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier. Revendications 1. Instrument de bord destiné à contrôler la vitesse de tangage d'un avion lors du décollage, caractérisé en ce qu'il est agencé pour fournir un signal représentatif de la variation de l'angle de tangage dudit l'avion et pour déterminer si la variation de cet angle de tangage s'écarte d'une valeur limite de sécurité, et en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage (2) agencé pour avertir le pilote quand le gradient de l'angle de tangage pendant la phase de rotation du décollage s'écarte de la valeur limite de sécurité 2. Instrument de bord selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée pour un capteur (6) sensible au redressement de la roue avant de l'avion au début de la rotation. 3. Instrument de bord selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un premier affichage d'avertissement quand la vitesse de tangage est trop élevée et un second affichage d'avertissement quand la vitesse de tangage est trop faible. 4. Instrument de bord selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'affichage d'avertissement comporte des symboles (22, 23) qui se déplacent verticalement quand la vitesse de tangage s'écarte d'une valeur limite de sécurité et qui restent stationnaires quand la vitesse de tangage est égale à une valeur limite de sécurité. 5. Instrument de bord selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur (40), un comparateur (41, 42), une source de référence (43) d'un gradient maximum de l'angle de tangage et une source de référence (44) d'un gradient minimum de l'angle de tangage, en ce que le processeur (40) reçoit des signaux d'un capteur d'angle de tangage (6) et dérive un signal indiquant un gradient de l'angle de tangage, en ce que le comparateur (41, 42) reçoit, des sorties des sources de référence (44, 43), des gradients minimum et maximum de l'angle de tangage et le signal représentatif du gradient de l'angle de tangage, et en ce que le comparateur (41, 42) fournit une sortie pour enclencher l'affichage d'avertissement quand le signal représentatif du gradient de l'angle de tangage dépasse le gradient maximum de l'angle de tangage ou tombe au-dessous du gradient minimum de l'angle de tangage. 6. Instrument de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il déclenche l'affichage au bout d'un temps prédéterminé lorsque le train d'atterrissage principal a quitté le sol. 7. Instrument de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il déclenche l'affichage lorsque l'avion a io atteint une hauteur prédéterminée au-dessus du sol. 8. Instrument de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un affichage d'avertissement pendant la phase de descente si l'angle de tangage de l'avion dépasse une valeur limite de sécurité. 9. Instrument de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un affichage pour fournir au pilote des informations sur le guidage latéral.