Brevet FR2753171A1 — publié le 19980313

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la poussée d'un aéronef, engendrée par une pluralité de moteurs. Plus précisément, la présente invention s'applique à un aéronef, notamment un avion de transport civil, pourvu d'une pluralité de moteurs agencés sensiblement en ligne de façon orthogonale à l'axe longitudinal de l'aéronef et disposés respectivement de façon symétrique par rapport audit axe longitudinal. Pour un tel aéronef, on définit généralement une vitesse minimale prescrite qui correspond à la vitesse minimale pour laquelle il est possible de contrôler le comportement latéral de l'aéronef, en cas de dissymétrie de la poussée due à la panne d'un moteur. Cette vitesse minimale prescrite est caractérisée par le fait que, lorsqu'un moteur externe est en panne, que la gouverne de direction est braquée au maximum et que les moteurs en fonctionnement sont à pleine poussée, le cap peut être maintenu avec moins de 5 de roulis. Par conséquent, un tel aéronef à plusieurs moteurs doit présenter, lorsqu'il est sur une trajectoire d'approche et que tous ses moteurs sont en fonctionnement, une vitesse supérieure à ladite vitesse minimale prescrite pour, en cas de panne d'un de ses moteurs, pouvoir mettre les autres moteurs à pleine poussée (remise des gaz), tout en conser- vant un angle de roulis inférieur à 5 . Bien entendu, pour que le braquage de la gouverne de direction ait un effet suffisant, il faut que la vitesse soit suffisante. Par conséquent, ladite vitesse minimale prescrite entraîne une limitation importante et désavantageuse du domaine de vol de l'aéronef. Par ailleurs, on sait qu'un aéronef doit respecter plusieurs contraintes réglementaires liées directement à la poussée disponible et donc indirectement à ladite vitesse minimale prescrite. D'une part, lorsqu'en cours d'atterrissage, un aéronef doit, pour une raison quelconque, remettre les gaz, la poussée disponible doit lui permettre de respecter des contraintes réglementaires strictes en ce qui concerne la pente de montée. Cette dernière doit, en effet, être supérieure à une valeur prédéterminée qui est différente selon qu'un moteur est en panne ou non. Si l'aéronef n'est pas en mesure de respecter ces contraintes, la seule solution possible est de diminuer la masse maximale admissible à l'atterrissage. D'autre part, une autre contrainte réglementaire impose a l'aéronef de pouvoir se poser sur la piste de décollage et d'atterrissage quinze minutes après y avoir décollé. A cet effet, sa masse ne doit pas dépasser une masse maximale prescrite pour l'atterrissage, qui est directement liée à la poussée disponible. Pour satisfaire cette condition, on doit, soit équiper ledit aéronef d'un système pour délester son carburant, soit limiter sa masse au décollage. Aucune de ces solutions n'est bien entendu satisfaisante, notamment en ce qui concerne l'optimisation des performances de l'aéro- nef. La présente invention a pour objet de remédier à ces in- convénients. Elle concerne un dispositif de contrôle de la poussée d'un aéronef à plusieurs moteurs, permettant de limiter, de façon simple, efficace et peu coûteuse, la vitesse minimale prescrite précitée de l'aéronef. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif qui compor- te des unités de calcul associées respectivement à chacun desdits moteurs, chacune desdites unités de calcul détermi- nant des premiers ordres de commande du régime du moteur associé et adressant lesdits premiers ordres de commande audit moteur associé, est remarquable en ce qu'il comporte de plus: - des moyens de contrôle qui surveillent respectivement le fonctionnement d'au moins certains desdits moteurs et qui détectent les pannes desdits moteurs surveillés; - des moyens de calcul qui sont associés respectivement au moins aux unités de calcul associées auxdits moteurs surveillés et qui déterminent des seconds ordres de commande du régime desdits moteurs surveillés, permettant d'obtenir une réduction de la poussée de ces derniers relativement auxdits premiers ordres de commande; et - des moyens de commutation associés auxdits moyens de calcul et aux unités de calcul correspondantes qui: lors du fonctionnement normal desdits moteurs surveil- lés, adressent à ces derniers les premiers ordres de commande correspondants; et qui lors d'une panne d'un desdits moteurs surveillés, adres- sent les seconds ordres de commande correspondants, à au moins un moteur situé sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal de l'aéronef. Ainsi, grâce à l'invention, en diminuant en cas de panne la poussée sur le côté opposé à celui du moteur en panne, on réduit la dissymétrie de poussée induite par cette panne, ce qui permet de réduire la vitesse minimale prescrite de l'aéronef. Cette réduction entraîne, notamment, les avantages sui- vants: - elle diminue la zone de masse limitée par ladite vitesse minimale prescrite, ce qui permet en particulier d'amélio- rer la sécurité pour le contrôle latéral d'un aéronef à vitesse et masse réduites, avec un moteur en panne; et - elle diminue la vitesse opérationnelle, et donc la vitesse d'approche et la longueur de piste, nécessaires à l'atter- rissage. De plus, si la vitesse opérationnelle n'est plus limitée par la vitesse minimale prescrite, on peut conserver une inci- dence d'approche identique, quelle que soit la masse de l'aéronef. Le dispositif conforme à l'invention peut être mis en oeuvre selon cinq modes de réalisation différents. Dans un premier mode de réalisation particulièrement avanta- geux de l'invention, ledit dispositif conforme à l'invention comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés aux deux moteurs externes, les plus éloignés de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef, et destinés à réduire, lors d'une panne d'un desdits moteurs externes, la poussée de l'autre moteur externe. Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif conforme à l'invention comporte des moyens de contrôl61e, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des moteurs de l'aéronef et destinés à réduire, lors d'une panne d'un moteur quelconque de l'aéronef, la poussé du moteur opposé audit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudi- nal de l'aéronef. Dans un troisième mode de réalisation, ledit dispositif conforme à l'invention comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des moteurs de l'aéronef, et destinés à réduire, lors d'une panne d'un des deux moteurs externes, les plus éloi- gnés de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef, la poussée de tous les moteurs situés sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudi- nal de l'aéronef. Dans un quatrième mode de réalisation, le dispositif confor- me à l'invention comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des o10 moteurs de l'aéronef et destinés à réduire, lors d'une panne d'un moteur quelconque de l'aéronef, la poussée du moteur externe situé sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal de l'aéronef. Dans un cinquième mode de réalisation, permettant de généra- liser le principe de l'invention, le dispositif conforme à l'invention comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des moteurs de l'aéronef et destinés à réduire, lors d'une panne d'un moteur quelconque de l'aéronef, la poussée de tous les moteurs situés sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal de l'aéronef. De façon avantageuse, lesdits moyens de calcul déterminent lesdits seconds ordres de commande uniquement lorsque l'aéronef est situé dans un domaine de vol déterminé. De préférence, ce dernier est défini par les deux conditions cumulatives suivantes: la vitesse (ou bien entendu le nombre de Mach) et l'altitude de l'aéronef sont inférieures à des valeurs prédéfinies. Par ailleurs, avantageusement, lesdits moyens de calcul et lesdits moyens de commutation sont intégrés à chaque fois dans l'unité de calcul associée, ce qui permet de réduire l'encombrement du dispositif conforme à l'invention. En outre, de préférence, lesdits moyens de contrôle détec- tent une panne d'un moteur surveillé, lorsque la valeur d'un paramètre caractéristique du fonctionnement dudit moteur, par exemple le régime du module de basse pression, est située à l'extérieur d'un domaine de valeurs prédéterminées admissibles. De plus, avantageusement, lesdits seconds ordres de commande du régime moteur sont déterminés en fonction de l'altitude, de la température et de la vitesse de l'aéronef. En outre, de préférence, lesdits seconds ordres de commande du régime moteur sont déterminés de manière à obtenir une poussée pour laquelle on peut équilibrer l'aéronef, en cas de panne d'un desdits moteurs, à une vitesse prédéterminée qui est choisie inférieure à ladite vitesse minimale pres- crite initialement de manière à obtenir une vitesse minimale réduite. Par ailleurs, dans un premier mode de réalisation de l'in- vention, les moyens de contrôle associés à une paire de moteurs opposés sont reliés ensemble et se communiquent mutuellement les informations de panne détectées, tandis que, dans un second mode de réalisation, lesdits moyens de contrôle sont intégrés dans une unité centrale de contrôle, ce qui permet de réduire le nombre d'éléments nécessaires au contrôle. 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 montre schématiquement un aéronef à plusieurs moteurs, auquel est appliqué un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 illustre schématiquement un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 est le schéma synoptique d'une unité de calcul d'un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention est destiné au contrôle de la poussée d'un aéronef A, par exemple un avion de transport civil, muni d'une pluralité de moteurs M1 à M4, agencés selon une ligne L-L orthogonale à l'axe longitudinal X-X de l'aéronef A et disposés respectivement de façon symétrique par rapport audit axe longitudinal X-X, tel que représenté schématiquement sur la figure 1. De façon connue, ledit dispositif 1 comporte, pour chacun des moteurs M1 à M4, et comme représenté sur la figure 2 pour les moteurs M1 et M4, une unité de calcul, respective- ment UC1 et UC4, qui détermine des premiers ordres de commande du régime du moteur associé et qui adresse lesdits premiers ordres de commande audit moteur associé, par l'intermédiaire respectivement de liaisons 2. Dans le mode de réalisation représenté, lesdits premiers ordres de commande sont calculés par un calculateur CAL intégré dans l'unité de calcul, par exemple l'unité de calcul UC1 repré- sentée sur la figure 3, à partir des conditions ambiantes, c'est-à-dire à partir de la température, de la vitesse et de l'altitude de l'aéronef A, qui sont transmises audit cal- culateur CAL respectivement par des liaisons 4 à 6. La température, la vitesse (ou le nombre de Mach) et l'altitude de l'aéronef A sont issues à cet effet de dispositifs appropriés et non représentés. Conformément à l'invention, ledit dispositif 1 est destiné à réduire la vitesse minimale prescrite de l'aéronef A. De façon connue, cette vitesse minimale prescrite correspond à la vitesse minimale, pour laquelle il est possible de contrôler le comportement latéral de l'aéronef A, en cas de dissymétrie de la poussée due à la panne d'un moteur. Dans la description suivante, on suppose que le moteur Ml est en panne et que les moteurs M2 à M4 engendrent des poussées, dont les actions sont illustrées respectivement par des flèches F2 à F4 sur la figure 1. Pour réduire la vitesse minimale prescrite de l'aéronef A, le dispositif i du type précité comporte, de plus, selon l'invention: - des moyens de contrôle CONT1 et CONT4 qui surveillent respectivement le fonctionnement des deux moteurs externes Ml et M4, les plus éloignés de part et d'autre de l'axe longitudinal X-X de l'aéronef A et qui détectent les pannes desdits moteurs externes M1 et M4, tel que repré- senté sur la figure 2; et - des moyens de calcul MC et des moyens de commutation COM intégrés dans les unités de calcul UC1 et UC4 correspon- dantes, tel que représenté sur la figure 3 pour l'unité de calcul UC1. Lesdits moyens de calcul MC déterminent des seconds ordres de commande du régime du moteur externe associé, permettant d'obtenir une réduction de la poussée de ce dernier relati- vement aux premiers ordres de commande déterminés par le calculateur CAL. Ces moyens de calcul MC ne sont activés que lorsque l'aéronef A est situé dans un domaine de vol déter- miné: - pour lequel sa vitesse (reçue par la liaison 5) est inférieure à une valeur prédéterminée; et - pour lequel son altitude (reçue par la liaison 6) est également inférieure à une valeur prédéterminée. Comme on peut le voir sur la figure 3, chacune des unités de calcul UC1 et UC4 comporte, de plus, un comparateur A qui compare le cas échéant le premier ordre de commande reçue du calculateur CAL par l'intermédiaire d'une liaison 7 dédou- blée, au second ordre de commande reçu des moyens de calcul MC par l'intermédiaire d'une liaison 8, et qui transmet la valeur la plus faible par une liaison 9 à une entrée E2 des moyens de commutation COM. L'autre entrée E1 desdits moyens de commutation COM est reliée à la liaison dédoublée 7 et reçoit donc lesdits premiers ordres de commande. Ces moyens de commutation COM qui sont commandés, comme précisé cidessous, par l'intermédiaire d'une liaison 10, transmettent selon leur état de commutation l'un desdits premier et second ordres de commande (liaison 2 à la sortie S) au moteur externe associé. La commande desdits moyens de commutation COM est réalisée par les moyens de contrôle CONT1 ou CONT4 qui surveillent les moteurs externes M1 et M4, comme indiqué par des liaisons 11. Selon l'invention, une panne d'un desdits moteurs externes est détectée, lorsque la valeur d'un paramètre caractéristique du fonctionnement du moteur est située à l'extérieur d'un domaine de valeurs prédéterminées admissibles, par exemple lorsque le régime du module de basse pression du moteur est inférieur à une valeur prédé- terminée. Une telle détection de panne est transmise du moyen de contrôle correspondant, par exemple le moyen de contrôle CONT1 pour une panne du moteur M1, à l'autre moyen de contrôle CONT4, lesdits moyens de contrôle CONT1 et CONT4 étant reliés ensemble à cet effet par des liaisons 12 et 13. Ainsi, les moyens de contrôle CONT1 et CONT4 peuvent s'é- changer des informations discrètes sur l'état de disponibilité du moteur associé surveillé. A cet effet, & titre d'exemple, un circuit ouvert peut correspondre à une information "pas de poussée" et un circuit fermé à une information "poussée disponible". De plus, pour des raisons de sécurité, on double de préférence les liaisons 12 et 13, notamment pour pouvoir pallier une éventuelle rupture d'une desdites liaisons. Plus précisément, selon l'invention, les moyens de commuta- tion COM sont commandés par les moyens de contrôle CONT1 ou CONT4 correspondants, de sorte que: - lors du fonctionnement normal desdits moteurs externes M1 et M4, ils adressent à ces derniers les premiers ordres de commande correspondants (entrée El activée); et - lors d'une panne d'un desdits moteurs externes, par exemple M1, ils adressent au moteur externe M4 opposé audit moteur M1 en panne, les ordres de commande transmis par le comparateur A de l'unité de calcul UCl (entrée E2 activée). Ainsi, grâce à l'invention, lors d'une panne d'un moteur externe, on réduit la poussée engendrée par l'autre moteur externe, dans la partie du domaine de vol o cela est nécessaire, ce qui permet de réduire la vitesse minimale prescrite et entraîne les avantages importants précités. Le dispositif 1 conforme à l'invention permet ainsi de délivrer une poussée nécessaire lors d'une remise de gaz avec un moteur en panne, tout en satisfaisant les deux critères suivants: - un contrôle latéral satisfaisant de l'aéronef A; et - un maintien de la trajectoire conformément aux pentes réglementaires prescrites. Bien entendu, dans le cadre de la présente invention, on peut également envisager: 1i - un mode de réalisation, dans lequel on réduit la poussée de tout moteur opposé à un moteur en panne, et pas seule- ment la poussée du moteur externe opposé à l'autre moteur externe en panne, comme cela est le cas dans l'exemple décrit précédemment; - un mode de réalisation, dans lequel on réduit la poussée du moteur externe situé sur le côté opposé à celui d'un moteur quelconque en panne; et - un mode de réalisation généralisé, dans lequel on réduit la poussée de tous les moteurs situés sur le côté opposé à celui d'un moteur en panne, qu'il soit externe ou non. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de la poussée d'un aéronef (A), engendrée par une pluralité de moteurs (M1 à M4) agencés sensiblement en ligne (L-L) de façon orthogonale à l'axe longitudinal (X-X) de l'aéronef (A) et disposés respective- ment de façon symétrique par rapport audit axe longitudinal (X-X), ledit dispositif comportant des unités de calcul (UC1, UC4) associées respectivement à chacun desdits mo- teurs, chacune desdites unités de calcul (UC1, UC4) détermi- nant des premiers ordres de commande du régime du moteur associé et adressant lesdits premiers ordres de commande audit moteur associé, caractérisé en ce qu'il comporte de plus: - des moyens de contrôle (CONT1, CONT4) qui surveillent respectivement le fonctionnement d'au moins certains desdits moteurs (Ml, M4) et qui détectent les pannes desdits moteurs surveillés (M1, M4); -des moyens de calcul (MC) qui sont associés respectivement au moins aux unités de calcul (UC1, UC4) associées auxdits moteurs surveillés (M1, M4) et qui déterminent des seconds ordres de commande du régime desdits moteurs surveillés (M1, M4), permettant d'obtenir une réduction de la poussée de ces derniers relativement auxdits premiers ordres de commande; et - des moyens de commutation (COM) associés auxdits moyens de calcul (MC) et aux unités de calcul correspondantes (UC1, UC4) qui: lors du fonctionnement normal desdits moteurs surveillés (M1, M4), adressent à ces derniers les premiers ordres de commande correspondants; et qui 30. lors d'une panne d'un desdits moteurs surveillés (M1), adressent les seconds ordres de commande correspondants, à au moins un moteur (M4) situé sur le côté opposé à celui dudit moteur (M1) en panne, par rapport à l'axe longitudinal (X-X) de l'aéronef (A). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle (CONT1, CONT4), des moyens de calcul (MC) et des moyens de commutation (COM) associés aux deux moteurs externes (M1, M4), les plus éloignés de part et d'autre de l'axe longitu- dinal (X-X) de l'aéronef (A), et destinés à réduire, lors d'une panne d'un desdits moteurs externes (M1), la poussée de l'autre moteur externe (M4). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des moteurs (Ml à M4) de l'aéronef (A) et destinés à réduire, lors d'une panne d'un moteur quelconque de l'aéro- nef (A), la poussée du moteur opposé audit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal (X-X) de l'aéronef (A). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle (CONTl, CONT4), des moyens de calcul (MC) et des moyens de commutation (COM) associés à chacun des moteurs (M1 à M4) de l'aéronef (A), et destinés à réduire, lors d'une panne d'un des deux moteurs externes (M1), les plus éloignés de part et d'autre de l'axe longitudinal (X-X), la poussée de tous les moteurs situés sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal (X-X) de l'aéronef (A). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des moteurs (M1 à M4) de l'aéronef (A) et destinés à réduire, lors d'une panne d'un moteur quelconque de l'aéro- nef (A), la poussée du moteur externe situé sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal (X-X) de l'aéronef (A). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle, des moyens de calcul et des moyens de commutation associés à chacun des moteurs (M1 à M4) de l'aéronef (A) et destinés à réduire, lors d'une panne d'un moteur quelconque de l'aéro- nef (A), la poussée de tous les moteurs situés sur le côté opposé à celui dudit moteur en panne, par rapport à l'axe longitudinal (X-X) de l'aéronef (A). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) détermi- nent lesdits seconds ordres de commande uniquement lorsque l'aéronef (A) est situé dans un domaine de vol déterminé. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit domaine de vol est défini par les deux conditions cumulatives suivantes: la vitesse et l'altitude de l'aéronef sont inférieures à des valeurs prédéfinies. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (CAL) et lesdits moyens de commutation (COM) sont intégrés à chaque fois dans l'unité de calcul associée (UC1). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (CONT1, CONT4) détectent une panne d'un moteur surveillé, lorsque la valeur d'un paramètre caractéristique du fonctionnement dudit moteur est située à l'extérieur d'un domaine de valeurs prédéterminées admissibles. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit paramètre caractéristique du fonctionnement du moteur représente le régime du module de basse pression dudit moteur. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits seconds ordres de commande du régime moteur sont déterminés en fonction de l'altitude, de la température et de la vitesse de l'aéronef. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits seconds ordres de commande du régime moteur sont déterminés de manière à obtenir une poussée pour laquelle on peut équilibrer l'aéronef, en cas de panne d'un desdits moteurs, à une vitesse prédéterminée. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (CONT1, CONT4) associés à une paire de moteurs opposés sont reliés ensem- ble. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que tous lesdits moyens de contrôle sont intégrés dans une unité centrale de contrôle.