Brevet FR2769283A1 — publié le 19990409

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réaliser le découplage du comportement d'un aéronef, notamment un hélicoptère. Dans le cadre de la présente invention, on entend par couplage du comportement, l'interaction qui existe entre différentes commandes et/ou attitudes d'un aéronef de sorte qu'une évolution d'une commande (par exemple l'actionnement du manche de tangage d'un hélicoptère en vue de modifier l'assiette de tangage) ou d'une attitude entraîne, non seulement une modification correspondante associée du comportement de l'aéronef (représentative de ladite évolution), mais également de plus une action perturbatrice engendrée sur d'autres attitudes. Aussi, un procédé ou un dispositif de découplage du comportement d'un aéronef représente, dans le cadre de la présente invention, un procédé ou un dispositif destiné à éliminer lors de l'évolution d'une commande ou d'une attitude déterminée, l'action perturbatrice issue du couplage de l'aéronef. On sait que sur un hélicoptère, les couplages du comportement de ce dernier sont nombreux et ont essentiellement deux origines différentes, à savoir des couplages de commandes et des couplages d'axes. De façon connue, les couplages de commandes présentent des effets très nets et instantanés après action sur les commandes. Un exemple caractéristique est le couplage pas collectif/lacet. La portance du rotor principal maintient en l'air l'hélicoptère. La traînée des pales du rotor crée par réaction un couple qui tend à faire tourner l'hélicoptère en lacet. En état d'équilibre, ce couple est compensé par celui engendré par le rotor arrière. Aussi, si on modifie la position du pas collectif, on modifie également la traînée des pales du rotor principal et on crée un couple perturbateur engendrant un départ en lacet. En outre, de façon connue, les couplages d'axes ont des origines très variées et présentent un effet important apparaissant avec la modification de la configuration de vol, par exemple une modification de vitesse, d'incidence ou de dérapage. Un exemple caractéristique est l'interaction rotor/empennage. On sait qu'entre 50 km/h et 150 km/h environ, l'empennage en position basse se trouve dans le souffle du rotor. Il en résulte une augmentation du moment à cabrer (et du roulis si l'empennage est dissymétrique). Ces couplages du comportement de l'aéronef sont par conséquent très gênants. On connaît différentes méthodes destinées à limiter ces couplages, notamment - le couplage de commandes peut être combattu par un décou plage de commandes forfaitaires. Dans le cas du découplage "pas collectif/lacet", le déplacement du manche collectif provoque un déplacement proportionnel de la commande de lacet qui vient s'ajouter à la commande de lacet engendrée par le pilote de l'aéronef ; et - le découplage d'axes peut s'effectuer par un retour forfaitaire sur les commandes de paramètres mesurés en vol, comme les facteurs de charge latéral et vertical par exemple. Toutefois, en pratique, en raison de la complexité des phénomènes mis en jeux, ces méthodes permettent au mieux d'atténuer l'effet d'un nombre limité de couplages. Aucune des solutions précédentes n'est donc totalement satisfaisante pour un découplage global. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un procédé et un dispositif permettant de découpler le comportement d'un aéronef, notamment d'un hélicoptère de manière robuste, c'est-à-dire en pouvant être adapté à tous les types de couplage susceptibles d'exister et ceci sur tout le domaine de vol de l'aéronef, tout en respectant les situations liées à la perception des marges de commande (restitution par la position des commandes de la position des gouvernes à moyen terme). Selon l'invention, le procédé pour réaliser le découplage du comportement d'un aéronef, notamment d'un hélicoptère, est remarquable en ce que a) on détermine un premier ordre de commande représentatif de l'actionnement d'un organe de commande b) on détermine une fonction de transfert représentative du comportement de l'aéronef lors d'un actionnement dudit organe de commande c) au moins à partir d'une inversion partielle de ladite fonction de transfert et de la partie de ladite fonction de transfert, non prise en compte par ladite inversion partielle, on détermine un second ordre de commande susceptible d'engendrer ledit découplage d) on calcule un ordre global à partir de la somme desdits premier et second ordres de commande ; et e) on applique l'ordre global ainsi calculé audit aéronef. Ainsi, comme grâce à l'invention, ledit second ordre de commande destiné à réaliser le découplage est calculé à partir de ladite fonction de transfert représentative du comportement de l'aéronef, on réalise un découplage global, et non pas un découplage limité à un nombre réduit de couplages, comme cela est le cas pour les solutions connues précitées. De plus, grâce à l'invention, ledit procédé n'est pas dépendant ou exclusif d'un type de couplage ou d'une configuration de vol déterminée, de sorte que sa mise en oeuvre n'est pas limitée à des cas d'applications spécifiques. Par ailleurs, le dispositif conforme à l'invention pour réaliser le découplage du comportement d'un aéronef, notamment un hélicoptère, ledit aéronef comportant au moins - un organe de commande susceptible d'être actionné par un pilote de l'aéronef - des moyens pour déterminer des premiers ordres de commande en fonction de l'actionnement dudit organe de commande et - des moyens pour actionner un organe commandé en fonction d'ordres de commande reçus, est remarquable en ce qu'il comporte - une unité de calcul qui détermine, au moyen d'une fonction de transfert représentative du comportement de l'aéronef lors de l'actionnement dudit organe de commande, un second ordre de commande susceptible d'engendrer ledit décou plage, au moins à partir d'une inversion partielle de ladite fonction de transfert et de la partie de ladite fonction de transfert, non prise en compte par ladite inversion partielle ; et - un moyen de calcul calculant, à partir de la somme desdits premier et second ordres de commande, un ordre global qui est transmis auxdits moyens d'actionnement dudit organe commandé comme ordre de commande. De plus, selon l'invention, pour calculer ledit second ordre de commande, de façon avantageuse, on filtre et/ou on multiplie par un facteur pondérateur et/ou un facteur correcteur, le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert. En outre, avantageusement, on réalise une limitation en valeur au moins dudit résultat. Par ailleurs, avantageusement, pour réaliser une restitution des marges de commande, on amène ledit organe de commande dans une position représentative dudit ordre global. L'unique figure du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Cette figure illustre schématiquement un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur l'unique figure est monté sur un aéronef, en l'occurrence un hélicoptère He (représenté selon une échelle réduite et à côté du dispositif 1, pour des raisons de clarté du dessin) et est destiné au découplage du comportement dudit hélicoptère He. Pour préciser la présente invention, on a représenté sur la figure les éléments de l'hélicoptère He qui sont utilisés lors de la commande d'un organe commandé non représenté, par exemple le rotor principal de sustentation et d'avance ou le rotor de queue anticouple, à savoir - un organe de commande 2, par exemple un manche, un mini manche ou un palonnier, susceptible d'être actionné par un pilote non représenté de l'hélicoptère He - des moyens 3 pour déterminer des premiers ordres de commande en fonction de l'actionnement dudit organe de commande 2, lesdits moyens 3 étant associés à des moyens 4 de transmission d'ordres ; et - des moyens non représentés, par exemple une servocommande, reliée auxdits moyens 4, pour actionner ledit organe commandé en fonction d'ordres de commande. Dans le cadre de la présente invention - dans un premier mode de réalisation, lesdites moyens 3 peuvent représenter le calculateur d'une commande de vol électrique et lesdits moyens 4 une liaison électrique associée ; et - dans un second mode de réalisation, lesdits moyens 3 et 4 peuvent représenter une timonerie mécanique avec un vérin intégré. On sait que le comportement effectif de l'hélicoptère He ne correspond pas au comportement supposé, lié à l'actionnement dudit organe de commande 2, en raison du couplage existant. Ce couplage peut être assimilé à un ordre de couplage qui vient s'ajouter à l'ordre engendré par les moyens 3, comme illustré par une flèche CO. L'objet du dispositif conforme à l'invention est d'éliminer l'action perturbatrice CO engendrée par ce couplage. Dans l'exemple représenté et décrit ci-dessous, le découplage concerne le découplage de l'axe de roulis de l'hélicoptère He. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif 1 comporte - une unité de calcul UC qui, à partir d'une fonction de transfert H représentative du comportement global de l'hélicoptère He lors d'un actionnement dudit organe de commande 2, détermine un second ordre de calcul Rdec susceptible de réaliser ledit découplage ; et - un moyen de calcul 5 calculant un ordre global R qui est égal à la somme desdits premier et second ordres de commande et qui est transmis audit moyen d'actionnement dudit organe commandé comme ordre de commande. Ainsi, grâce à l'invention, ledit second ordre de commande Rdec permet de corriger l'action perturbatrice CO du couplage de sorte que le comportement global effectif de l'hélicoptère He correspond à celui obtenu théoriquement par l'application uniquement dudit premier ordre de commande. Plus précisément, selon l'invention, la fonction de transfert H est décomposée en trois fonctions M, N et U telles que H = MNU, avec - M une fonction identifiée, dont on peut réaliser l'inver sion - N une fonction identifiée, dont on ne peut pas réaliser l'inversion, et représentant les retards dans la chaîne de commande par exemple ; et - U la réponse de l'hélicoptère He en hautes fréquences, qui n'est pas traitée pour le découplage. Selon l'invention, ledit second ordre de commande Rdec (ordre de découplage) est calculé à partir de NR, R étant l'ordre de commande pour la commande de l'axe de roulis dans le cas du découplage de l'axe de roulis et de -l M M p, p étant une réponse fournie par l'hélicoptère He, comme illustré par une liaison 6, par exemple la vitesse angulaire de roulis dans l'exemple considéré. A cet effet, l'unité de calcul UC comporte - un moyen de calcul 7 pour calculer l'expression NR - un moyen de calcul 8 pour calculer l'expression M lp ; et - un moyen soustracteur 9 relié auxdits moyens de calcul 7 et 8. Selon l'invention, ladite unité de calcul UC comporte de plus des moyens de calcul 10 à 13 agencés successivement et réalisant respectivement les traitements suivants - filtrer l'expression issue du moyen soustracteur 9, au moyen d'un filtre F, pour réduire par exemple la partie hautes fréquences de la commande élaborée par le moyen soustracteur 9 du fait de la non prise en compte de la réponse hautes fréquences de l'hélicoptère He, qui est définie dans le terme U précité - multiplier cette expression par un facteur pondérateur K, compris entre O et 1, ce qui permet de réduire les effets des erreurs de modélisation commises dans le découplage - multiplier par un facteur correcteur W dit "wash-out", pour éliminer les commandes statiques ; et - réaliser une limitation en valeur du terme obtenu à partir des traitements précédents. Par conséquent, le second ordre de commande Rdec transmis au moyen de calcul 5 par une liaison 14, peut s'écrire, en ne tenant pas compte de la dernière limitation, Rdec = WKF (- M p + NR) On remarquera que l'expression - M p + NR peut s'écrire - M (M (1-N) R + p) + R, c'est-à-dire - M l (C + p) + R, ce qui permet de mettre en évidence un correcteur de Smith (la fonction C). Bien entendu, l'architecture de l'unité de calcul UC peut être adaptée de manière à permettre le calcul de ce correcteur de Smith C. Selon l'invention, il est bien entendu possible de compléter le découplage obtenu à partir du terme Rdec par un découplage de commande et/ou d'axe usuel (du type pas collectif/roulis, par exemple). Ceci est réalisé en ajoutant au moyen d'un sommateur 15, à l'ordre global précité, le terme obtenu par ce découplage usuel et reçu par une liaison 16. La présente invention s'applique particulièrement bien à un hélicoptère He muni d'un système 17 d'aide à la stabilisation, de type connu. Dans ce cas, le terme obtenu par ce système 17 est soustrait par un moyen soustracteur 18 (relié au système 17 par une liaison 19) du terme Rdec conforme à l'invention. Par conséquent, le comportement direct de l'hélicoptère He muni du système 17 d'aide à la stabilisation n'est pas modifié par le dispositif 1 conforme à l'invention. Ce système 17 peut également être intégré dans l'unité de calcul UC. On notera qu'en plus des avantages précités, le dispositif 1 permet de diminuer - les couplages d'axes et de commandes - les évolutions de l'hélicoptère He soumis à des perturba tions ; et - les évolutions de l'organe de commande 2 que doit réaliser le pilote pour maintenir les assiettes prescrites, quand la vitesse longitudinale de l'hélicoptère He évolue. Il est possible de prévoir, en plus, des moyens non représen tés pour amener ledit organe de commande 2 dans une position représentative dudit ordre global, par exemple en motorisant l'ancrage de l'organe de commande 2 par la commande de découplage. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser le découplage du comportement d'un aéronef, notamment un hélicoptère (He), caractérisé en ce que a) on détermine un premier ordre de commande représentatif de l'actionnement d'un organe de commande (2) b) on détermine une fonction de transfert représentative du comportement de l'aéronef (He) lors d'un actionnement dudit organe de commande (2) c) au moins à partir d'une inversion partielle de ladite fonction de transfert et de la partie de ladite fonction de transfert, non prise en compte par ladite inversion partielle, on détermine un second ordre de commande susceptible d'engendrer ledit découplage d) on calcule un ordre global à partir de la somme desdits premier et second ordres de commande ; et e) on applique l'ordre global ainsi calculé audit aéronef (He). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape c), pour calculer ledit second ordre de commande, on filtre le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert. 3. Procédé selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à l'étape c), pour calculer ledit second ordre de commande, on multiplie par un facteur pondérateur le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape c), pour calculer ledit second ordre de commande, on multiplie par un facteur correcteur le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape c), pour calculer ledit second ordre de commande, on réalise une limitation en valeur au moins du résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans une étape f), on amène ledit organe de commande (2) dans une position représentative dudit ordre global. 7. Dispositif de découplage du comportement d'un aéronef, notamment un hélicoptère (He), ledit aéronef (He) comportant au moins - un organe de commande (2), susceptible d'être actionné par un pilote de l'aéronef (He) - des moyens (3) pour déterminer des premiers ordres de commande en fonction de l'actionnement dudit organe de commande (2) ; et - des moyens pour actionner un organe commandé en fonction d'ordres de commande reçus, caractérisé en ce qu'il comporte - une unité de calcul (UC) qui détermine, au moyen d'une fonction de transfert représentative du comportement de l'aéronef lors d'un actionnement dudit organe de commande (2), un second ordre de commande susceptible d'engendrer ledit découplage, au moins à partir d'une inversion partielle de ladite fonction de transfert et de la partie de ladite fonction de transfert, non prise en compte par ladite inversion partielle ; et - un moyen de calcul calculant, à partir de la somme desdits premier et second ordres de commande, un ordre global qui est transmis auxdits moyens d'actionnement dudit organe commandé comme ordre de commande. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite unité de calcul (UC) comporte un moyen de calcul (10) qui filtre le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert, pour calculer ledit second ordre de commande. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite unité de calcul (UC) comporte un moyen de calcul (11) qui multiplie par un facteur pondérateur le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert, pour calculer ledit second ordre de commande. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ladite unité de calcul (UC) comporte un moyen de calcul (12) qui multiplie par un facteur correcteur le résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert, pour calculer ledit second ordre de commande. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ladite unité de calcul (UC) comporte un moyen de calcul (13) qui réalise une limitation en valeur au moins du résultat obtenu par ladite inversion partielle et par la prise en compte de la partie non inversée de ladite fonction de transfert, pour calculer ledit second ordre de commande. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour amener ledit organe de commande (2) dans une position représentative dudit ordre global.