Brevet FR2747204A1 — publié le 19971010

La présente invention concerne un dispositif permettant de maintenir la vitesse d'un aéronef à l'intérieur d'un domaine de vitesses (domaine opérationnel) limité par la vitesse maximale et la vitesse minimale autorisées en fonction des capacités techniques dudit aéronef, et ceci, quelle que soit la trajectoire commandée. On notera que l'invention s'applique plus particulièrement à un aéronef, notamment un avion de transport, comportant des moyens de commande pour appliquer audit aéronef une pente commandée et une vitesse commandée, à partir de valeurs de commande reçues. De façon connue, lesdits moyens de commande sont incor- porés: - soit dans le pilote automatique de l'aéronef, qui est capable d'agir: d'une part, directement par l'intermédiaire d'organes de commande connus appropriés, sur les gouvernes de l'aé- ronef pour modifier la pente de ce dernier; et d'autre part, indirectement, sur l'installation motrice pour modifier la poussée. La vitesse de l'aéronef résulte de la combinaison pente/poussée; - soit dans le directeur de vol, qui indique au pilote les manoeuvres à effectuer sur la commande de contrôle de l'axe de tangage pour obtenir la trajectoire commandée. Par conséquent, l'utilisation d'un pilote automatique automatise complètement le processus de commande de vitesse et de pente, tandis que l'utilisation d'un directeur de vol nécessite l'intervention du pilote. Toutefois, malgré ces différences, et bien que dans la présente description on se réfère en priorité à un pilote automatique, l'invention s'applique aussi bien à un aéronef muni d'un pilote automatique qu'à un aéronef muni d'un directeur de vol. Par ailleurs, de façon connue, pour une pente de l'aéronef correspondant à une valeur de commande imposée, le maintien de la vitesse de l'aéronef à une valeur prescrite est assuré par le contrôle de la poussée engendrée par l'installation motrice dudit aéronef, ledit contrôle étant assuré: - soit manuellement, par le pilote, par un déplacement adéquat de la manette de gaz; - soit automatiquement, au moyen d'un système de contrôle automatique de la poussée. Dans ces conditions, le maintien de la vitesse dans le domaine opérationnel est impossible dans les situations suivantes: - d'une part, lorsque pour une pente imposée positive, c'est-à-dire qui correspond à la montée de l'aéronef, la vitesse obtenue par la poussée maximale susceptible d'être engendrée par l'installation motrice devient inférieure à la vitesse minimale prescrite; et - d'autre part, lorsque pour une pente imposée négative, c'est-à-dire qui correspond à la descente de l'aéronef, la vitesse obtenue par la poussée minimale devient supérieure à la vitesse maximale prescrite. Pour remédier à ces situations critiques, le pilote automa- tique comporte des protections internes, prévues au niveau de centres de décisions localisés relatifs aux différents modes de fonctionnement possibles de l'aéronef, qui per- mettent, soit de limiter les valeurs de commande imposées au pilote automatique, soit de modifier le mode de fonctionne- ment pour que la pente imposée soit compatible avec les vitesses de référence maximale et minimale prescrites. Toutefois, de telles protections internes présentent de nombreux inconvénients, notamment: - une duplication des protections est nécessaire au niveau de chaque centre de décision protégé; et surtout - l'étendue d'une protection est limitée au champ d'appli- cation du centre de décision correspondant avec son autorité propre, notamment dans le mode de fonctionnement en croisière de l'aéronef, ce qui peut entraîner une excursion importante et fortement préjudiciable de la vitesse de l'aéronef en dehors du domaine limité par la vitesse minimale et la vitesse maximale autorisées. La présente invention a pour objet de remédier à ces incon- vénients. Elle concerne un dispositif permettant de mainte- nir automatiquement la vitesse d'un aéronef, notamment un avion de transport, à l'intérieur d'un domaine de vitesses limité par les vitesses minimale et maximale autorisées en fonction des capacités techniques dudit aéronef. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif qui com- porte: - des moyens de commande pour appliquer audit aéronef une pente commandée; et - des moyens pour déterminer la vitesse effective dudit aéronef, est remarquable en ce qu'il comporte de plus: - des moyens pour comparer ladite vitesse effective respec- tivement auxdites vitesses maximale et minimale; - des moyens pour calculer, en fonction desdites comparai- sons, deux valeurs de commande modifiées susceptibles d'aligner ladite vitesse effective respectivement sur lesdites vitesses maximale et minimale, par modification de la pente; et - des moyens, à action prioritaire, pour imposer auxdits moyens de commande l'une desdites valeurs de commande modifiées, si une telle action est nécessaire pour maintenir la vitesse dudit aéronef à l'intérieur dudit domaine de vitesses. Ainsi, grâce à l'invention, lorsque pour une pente com- mandée, la vitesse effective de l'aéronef devient soit inférieure à la vitesse minimale autorisée, soit supérieure à la vitesse maximale autorisée, avec une avance de phase, les moyens à action prioritaire du dispositif conforme à l'invention, imposent aux moyens de commande une valeur de commande modifiée qui entraîne une modification de la pente de l'aéronef de manière à provoquer un retour de la vitesse de l'aéronef dans le domaine de vitesses autorisé. De façon avantageuse, pour modifier ladite pente, lesdits moyens de commande utilisent, comme valeur de commande, la valeur d'un paramètre de référence. Selon l'invention, ledit paramètre de référence peut notamment être: - la vitesse de tangage de l'aéronef; - l'assiette longitudinale de l'aéronef; ou - le facteur de charge qui correspond à la différence entre l'accélération verticale à laquelle est soumis l'aéronef et l'accélération de la pesanteur. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, lesdits moyens de comparaison et lesdits moyens de calcul sont incorporés dans un même système de calcul. De plus, de façon avantageuse, ledit système de calcul comporte: - un premier élément de calcul qui détermine, à partir de ladite vitesse effective et de ladite vitesse maximale, une première valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef peut être amené à ladite vitesse maximale; - un deuxième élément de calcul qui détermine, à partir de ladite vitesse effective et de ladite vitesse minimale, une deuxième valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef peut être amené à ladite vitesse minimale; - un troisième élément de calcul qui détermine, à partir de la pente effective de l'aéronef, une troisième valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef peut être amené à une pente nulle; - un premier élément de sélection qui choisit entre lesdites première et troisième valeurs de commande, comme première valeur de commande modifiée, la valeur entraînant le piqué le plus important de l'aéronef; et - un second élément de sélection qui choisit entre lesdites deuxième et troisième valeurs de commande, comme seconde valeur de commande modifiée, la valeur entraînant le cabrage le plus important de l'aéronef. En outre, avantageusement, lesdits moyens de sélection sont formés de manière à sélectionner la valeur médiane entre lesdites première et seconde valeurs de commande modifiées et la valeur de commande de consigne. Dans le cadre de la présente invention, ladite valeur de commande de consigne représente la valeur de commande préconisée par le pilote (ou le pilote automatique). Par ailleurs, de façon avantageuse, ledit premier élément de sélection est formé de manière à sélectionner la valeur médiane entre lesdites première et troisième valeurs de commande et une valeur de commande entraînant un piqué théorique extrême non réalisable par l'aéronef, tandis que ledit second élément de sélection est formé de manière à sélectionner la valeur médiane entre lesdites deuxième et troisième valeurs de commande et une valeur de commande entraînant un cabrage théorique extrême non réalisable par l'aéronef. Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux de l'invention, utilisant le facteur de charge comme para- mètre de référence, avantageusement: - lesdites première et deuxième valeurs de commande du facteur de charge sont respectivement proportionnelles aux différences entre ladite vitesse effective et respective- ment lesdites vitesses maximale et minimale; et - ladite troisième valeur de commande du facteur de charge est proportionnelle à la pente effective de l'aéronef. En outre, avantageusement, la valeur absolue desdites première et deuxième valeurs de commande est limitée à une valeur maximale prédéfinie, par exemple à 0,3 g, q repré- sentant l'accélération de la pesanteur. Ainsi, les mouve- ments de l'aéronef engendrés par de telles valeurs de commande limitées permettent d'obtenir une modification de la pente de l'aéronef qui satisfait au compromis entre le confort des passagers et l'efficacité de la protection contre le dépassement des vitesses maximale et minimale. Par ailleurs, de façon avantageuse, le dispositif conforme à l'invention peut comporter des moyens d'inhibition suscep- tibles d'inhiber l'action prioritaire des moyens destinés à imposer la valeur de commande modifiée de sorte que les moyens de commande reçoivent directement et uniquement la valeur de commande de consigne. Ainsi, le dispositif conforme à l'invention peut être rendu inactif par la commande desdits moyens d'inhibition. Une telle commande peut notamment être réalisée lorsque l'aéro- nef se trouve dans une phase de vol pour laquelle la main- tien de la trajectoire et donc de la pente est prioritaire par rapport au maintien de la vitesse. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des réfé- rences identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif con- forme à l'invention. La figure 2 illustre l'action de moyens de commande de la pente et de la vitesse d'un aéronef. La figure 3 représente un élément de sélection du dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté sché- matiquement sur la figure 1 est monté sur un aéronef A, par exemple un avion de transport, comportant un pilote automa- tique et/ou un directeur de vol non représentés, pour assurer le maintien de cet aéronef A à une vitesse V compa- tible avec le domaine opérationnel dudit aéronef A, tel que représenté sur la figure 2. A cet effet, ledit dispositif 1 comporte les moyens connus suivants: - des moyens de commande 2 pour appliquer audit aéronef A une pente commandée et une vitesse commandée, à partir de valeurs de commande reçues. De façon connue, lesdits moyens de commande 2 sont incorporés dans le pilote automatique de l'aéronef A, et sont capables d'agir, comme représenté sur la figure 2, par l'intermédiaire d'organes de commande appropriés et non représentés, tel qu'indiqué par une liaison 3, sur les gouvernes de profondeur 4 de l'aéronef A pour modifier la pente P de ce dernier. On notera que le contrôle de la vitesse est assuré par le contrôle de la poussée de l'installation motrice 6, par l'intermédiaire de l'automanette non représentée ou par l'action du pilote sur les manettes de gaz également non représentées; - des moyens connus 7 pour déterminer la vitesse effective V dudit aéronef A; et - des moyens connus 8 pour déterminer la pente effective P dudit aéronef A. Dans le cadre de la présente invention, lesdits moyens de commande 2 peuvent également être intégrés, le cas échéant, dans le directeur de vol non représenté de l'aéronef, qui de façon connue indique au pilote les manoeuvres à effectuer sur la commande de l'axe de tangage pour obtenir la pente souahitée. En pratique, la vitesse effective de l'aéronef peut diverger de la vitesse commandée, par exemple lorsque l'installation motrice 6 n'est pas en mesure de fournir la poussée néces- saire quand la pente commandée est trop élevée. Il est évident que, pour des raisons de sécurité et de capacités techniques de l'aéronef, la vitesse dudit aéronef doit être maintenue dans des domaines de valeurs limités. A cet effet, le pilote automatique est muni généralement de protections internes permettant notamment de limiter les valeurs de commande imposées audit pilote automatique. Toutefois, l'étendue de ces protections est limitée de sorte qu'une excursion importante et susceptible d'être fortement préjudiciable de la vitesse, en dehors du domaine de vi- tesses prescrit, est possible. Le dispositif 1 conforme à l'invention est destiné à éviter une telle excursion en maintenant de façon automatique l'aéronef A à une vitesse compatible avec les capacités techniques dudit aéronef, et il est donc notamment destiné à remédier aux inconvénients des protections internes préci- tées. Pour atteindre cet objectif, ledit dispositif 1 comporte, selon l'invention, en plus des moyens connus précités 2, 7 et 8: - un système de calcul 9 qui comprend, comme précisé plus en détail ci- dessous: des moyens pour comparer la vitesse effective de l'aé- ronef respectivement à deux vitesses de référence, en effectuant la différence avec lesdites valeurs. Lesdites vitesses de référence sont définies en fonction des capacités techniques de l'aéronef et correspondent à la vitesse maximale opérationnelle et à la vitesse minimale opérationnelle; et 15. des moyens pour calculer, en fonction desdites compa- raisons, deux valeurs de commande modifiées susceptibles d'aligner ladite vitesse effective respectivement sur lesdites vitesses de référence; et des moyens 10, à action prioritaire, pour imposer auxdits moyens de commande 2 l'une desdites valeurs de commande modifiées, si une telle action est nécessaire pour mainte- nir la vitesse de l'aéronef A à l'intérieur du domaine de vitesses autorisé. Dans le cadre de la présente invention, les valeurs de commande utilisées par les moyens de commande 2 corres- pondent aux valeurs d'un paramètre de référence qui peut être, notamment, la vitesse de tangage de l'aéronef, l'as- siette longitudinale dudit aéronef ou le facteur de charge qui correspond à la différence entre l'accélération verti- cale à laquelle est soumis l'aéronef A et l'accélération de la pesanteur. Dans le mode de représentation particulièrement avantageux de l'invention montré sur la figure 2, ledit système de calcul 9 comporte: - un élément de calcul 11 qui est relié par une branche 12A d'une liaison 12 aux moyens 7 et qui détermine, à partir de la vitesse effective V de l'aéronef A reçue par les moyens 7 et de la vitesse de référence maximale qui est enregistrée, une première valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef A peut être amené à ladite vitesse maximale; - un élément de calcul 13 qui est relié par une branche 12B de la liaison 12 aux moyens 7 et qui détermine, à partir de la vitesse effective V reçue par les moyens 7 et de la vitesse de référence minimale enregistrée, une deuxième valeur de commande correspondant à la valeur dudit para- mètre de référence, pour laquelle l'aéronef A peut être amené à ladite vitesse minimale; - un élément de calcul 14 qui est relié par une liaison 15 aux moyens 8 et qui détermine, à partir de la pente effective P de l'aéronef reçue par lesdits moyens 8, une troisième valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef A peut être amené à une pente nulle; - un élément de sélection 16 qui est relié aux éléments de calcul 11 et 14, respectivement par l'intermédiaire d'une liaison 17 et d'une branche 18A d'une liaison 18, et qui choisit entre lesdites première et troisième valeurs de commande, comme première valeur de commande modifiée, la valeur entraînant le piqué le plus important de l'aéronef A; et - un élément de sélection 19 qui est relié aux éléments de calcul 13 et 14, respectivement par l'intermédiaire d'une liaison 20 et d'une branche 18B de la liaison 18, et qui choisit entre lesdites deuxième et troisième valeurs de commande, comme seconde valeur de commande modifiée, la il valeur entraînant le cabrage le plus important de l'aéro- nef A. Dans un mode de réalisation avantageux, lesdits éléments de sélection 16 et 19 sont formés de manière à sélectionner et à transmettre la valeur médiane entre trois valeurs diffé- rentes, comme représenté pour l'élément de sélection 16 sur la figure 3. En ce qui concerne ledit élément de sélection 16, les trois valeurs considérées sont: - la première valeur de commande reçue par la liaison 17; - la troisième valeur de commande reçue par la branche 18A de la liaison 18; et - une valeur de commande enregistrée E entraînant un piqué théorique extrême non réalisable par l'aéronef. Quant à l'élément de sélection 19, il utilise les deuxième et troisième valeurs de commande, ainsi qu'une valeur enregistrée entraînant un cabrage théorique extrême non réalisable par l'aéronef. De même, les moyens 10 sont formés de manière à sélectionner la valeur médiane entre: - la première valeur de commande modifiée, reçue de l'élé- ment de sélection 16 par une liaison 21; - la seconde valeur de commande modifiée, reçue de l'élément de sélection 19 par une liaison 22; et - la valeur de commande de consigne, en fonction des sélec- tions du pilote, qui est reçue par l'intermédiaire d'une liaison 23 de moyens connus non représentés et qui permet de maintenir l'aéronef A à la consigne du pilote. Dans le cas usuel, c'est-à-dire en l'absence du dispositif 1 conforme à l'invention, ladite valeur de commande de consigne est transmise telle quelle, directement aux moyens de commande 2 qui l'appliquent à l'aéronef A. Ladite valeur médiane sélectionnée par les moyens 10, est transmise aux moyens de commande 2 qui commandent alors: - soit un maintien de la valeur de commande de consigne, si cette dernière a été sélectionnée, c'est-à-dire si la vitesse effective V de l'aéronef A est comprise entre les vitesses minimale et maximale prescrites; - soit une modification de la valeur de commande, si l'une des valeurs de commande modifiées a été sélectionnée. Une telle modification de la valeur de commande de consigne est réalisée dans les cas suivants: - lorsque pour une pente positive, la vitesse effective V de l'aéronef A devient inférieure à la vitesse minimale prescrite, pour une poussée donnée de l'installation motrice 6, de sorte que la valeur sélectionnée est la deuxième valeur de commande qui engendre une diminution de la pente effective (et ainsi une augmentation de la vitesse); - lorsque pour une pente négative, la vitesse effective V de l'aéronef A devient supérieure à la vitesse maximale prescrite, pour une poussée donnée, de sorte que la valeur sélectionnée est la première valeur de commande qui engendre une modification appropriée de la pente effective (entraînant une réduction de la vitesse); ou - lorsque se présente une incompatibilité dans les valeurs de mesure fournies par les moyens 7 et 8, ou lors d'une panne d'un élément essentiel du dispositif 1 ou du pilote automatique, de sorte que la valeur sélectionnée est alors la troisième valeur de commande qui amène l'aéronef à l'horizontale, c'est-à-dire à une pente nulle. Ainsi, la vitesse de l'aéronef est toujours maintenue dans le domaine de vitesses autorisé et dans le cas extrême, l'aéronef est mis en palier (à une pente nulle). Par ailleurs, le dispositif 1 comporte des moyens d'inhibi- tion 24 qui sont reliés, par une liaison 25 à la sortie des moyens 10, par une liaison 26 à la liaison 23 transmettant la valeur de commande de consigne, et par une liaison 27 à l'entrée des moyens de commande 2. Lesdits moyens d'inhibi- tion 24 peuvent être amenés: - soit dans une position inactive, dans laquelle ils relient la liaison 25 à la liaison 27 de sorte que le dispositif 1 est activé; - soit dans une position active, dans laquelle ils relient la liaison 26 à la liaison 27 de sorte que l'action du dispositif 1 est inhibée et que les moyens de commande 2 reçoivent toujours, directement, la valeur de commande de consigne. Cette position d'inhibition peut notamment être engendrée, lorsque l'aéronef se trouve dans une phase de vol, pour laquelle le maintien de la trajectoire et donc de la pente est prioritaire par rapport au maintien de la vitesse. La commutation desdits moyens d'inhibition 24 entre lesdites positions d'action et d'inhibition peut être effectuée, par l'intermédiaire d'une liaison 28: - soit manuellement, par le pilote, lorsqu'il juge une telle commutation nécessaire ou utile; - soit automatiquement, par un moyen approprié non repré- senté commandant la commutation en fonction des modes de fonctionnement du pilote automatique. REVENDICATIONS 1. Dispositif automatique pour maintenir la vitesse d'un aéronef (A) à l'intérieur d'un domaine de vitesses limité par les vitesses minimale et maximale autorisées en fonction des capacités techniques dudit aéronef (A),ledit dispositif comportant: - des moyens de commande (2) pour appliquer audit aéronef (A) une pente commandée; et - des moyens (7) pour déterminer la vitesse effective (V) dudit aéronef (A), caractérisé en ce qu'il comporte de plus: - des moyens (11,13) pour comparer ladite vitesse effective (V) respectivement auxdites vitesses maximale et mini- male; - des moyens (9) pour calculer, en fonction desdites compa- raisons, deux valeurs de commande modifiées susceptibles d'aligner ladite vitesse effective respectivement sur lesdites vitesses maximale et minimale, par modification de la pente; et - des moyens (10), à action prioritaire, pour imposer auxdits moyens de commande (2), l'une desdites valeurs de commande modifiées, si une telle action est nécessaire pour maintenir la vitesse dudit aéronef (A) à l'intérieur dudit domaine de vitesses. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (2) utili- sent, comme valeur de commande, la valeur d'un paramètre de référence. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de comparaison (11,13) et lesdits moyens de calcul (9) sont incorporés dans un même système de calcul (9). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit système de calcul (9) comporte: - un premier élément de calcul (11) qui détermine, à partir de ladite vitesse effective (V) et de ladite vitesse maximale, une première valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef peut être amené à ladite vitesse maximale; - un deuxième élément de calcul (13) qui détermine, à partir de ladite vitesse effective (V) et de ladite vitesse minimale, une deuxième valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef peut être amené à ladite vitesse minimale; -un troisième élément de calcul (14) qui détermine, à partir de la pente effective (P) de l'aéronef, une troi- sième valeur de commande correspondant à la valeur dudit paramètre de référence, pour laquelle l'aéronef peut être amené à une pente nulle; - un premier élément de sélection (16) qui choisit entre lesdites première et troisième valeurs de commande, comme première valeur de commande modifiée, la valeur entraînant le piqué le plus important de l'aéronef (A); et -un second élément de sélection (19) qui choisit entre lesdites deuxième et troisième valeurs de commande, comme seconde valeur de commande modifiée, la valeur entraînant le cabrage le plus important de l'aéronef (A). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (10) à action priori- taire sont formés de manière à sélectionner la valeur médiane entre lesdites première et seconde valeurs de commande modifiées et la valeur de commande de consigne préconisée par le pilote de l'aéronef. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit premier élément de sélection (16) est formé de manière à sélectionner la valeur médiane entre lesdites première et troisième valeurs de commande et une valeur de commande entraînant un piqué théorique extrême non réalisable par l'aéronef. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit second élément de sélection (19) est formé de manière à sélectionner la valeur médiane entre lesdites deuxième et troisième valeurs de commande et une valeur de commande entraînant un cabrage théorique extrême non réalisable par l'aéronef. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ledit paramètre de référence est la vitesse de tangage de l'aéronef. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ledit paramètre de référence est l'assiette longitudinale de l'aéronef. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ledit paramètre de référence est le facteur de charge qui correspond à la différence entre l'accélération verticale à laquelle est soumis l'aéronef et l'accélération de la pesanteur. 11. Dispositif selon les revendications 4 et 10, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième valeurs de commande du facteur de charge sont respectivement propor- tionnelles aux différences entre ladite vitesse effective (V) et respectivement lesdites vitesses maximale et mini- male. 12. Dispositif selon les revendications 4 et 10, caractérisé en ce que ladite troisième valeur de commande du facteur de charge est proportionnelle à la pente effective (P) de l'aéronef (A). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que la valeur absolue desdites première et deuxième valeurs de commande est limitée à une valeur maximale prédéfinie. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'inhibition (24) susceptibles d'inhiber l'action prioritaire des moyens (10) destinés à imposer une valeur de commande modifiée de sorte que les moyens de commande (2) reçoivent directement et uniquement la valeur de commande de consigne préconisée par le pilote de l'aéronef.