Brevet FR2787763A1 — publié le 20000630

La présente invention concerne un dispositif d'aide au recentrage d'un organe de commande d'un aéronef. Elle s'applique plus précisément à un aéronef, en particulier un hélicoptère, comportant un dispositif de commande de vol qui comprend notamment: - ledit organe de commande, par exemple dans le cas d'un hélicoptère un levier de pas collectif, un manche de pas cyclique ou un palonnier, qui est susceptible d'être actionné par un pilote de l'aéronef, en vue de la commande d'un organe commandé, notamment une servocommande du rotor principal de sustentation et d'avance ou du rotor de queue an- ticouple de l'hélicoptère; et - un système d'aide à la conduite du vol qui est relié audit organe de commande et qui est destiné à déterminer un ordre de commande et à l'appliquer audit organe commandé de sorte que l'action dudit organe commandé permet de maintenir un paramètre de vol à une valeur de consigne. En ce qui concerne ledit paramètre de vol, il peut notamment s'agir d'une assiette, d'une vitesse, d'une altitude,..., de l'aéronef. Dans le cadre de la présente invention, ledit système d'aide à la conduite du vol peut être un dispositif de commande de vol électrique ou peut comporter un pilote automatique. On sait que, dans le cas d'un aéronef muni d'un pilote automati- que (avec des vérins montés en série dans les commandes de vol et éventuellement des vérins parallèles appelés vérins de TRIM ou de com- pensation, reliés au calculateur du pilote automatique), ce dernier ajoute par l'intermédiaire d'un vérin série, à l'ordre de commande engendré par l'actionnement de l'organe de commande, un ordre de commande sup- plémentaire qui a pour but de tenir un objectif, c'est-à-dire de maintenir un paramètre de vol à une valeur de consigne. Ledit ordre de commande et ledit ordre de commande supplémentaire sont ensuite transmis à une ou des servocommandes de l'organe commandé. On sait que, pour éviter qu'un aéronef et notamment un hélicop- tère ne se mette dans une configuration de vol irrécupérable par le pilote, en particulier lors d'un départ en butée non contrôlé du vérin, I'autorité du ou des vérins utilisés est limitée à quelques pour-cent, généralement à une valeur inférieure à 15%. Par conséquent, en raison de cette autorité limitée, le maintien d'un objectif du type précité n'est souvent pas possible en pratique, sans un recentrage de l'organe de commande, en vue de réduire l'autorité de- mandée au système d'aide à la conduite de vol et donc au vérin. A titre d'illustration, on considère un hélicoptère muni d'un pilote automatique et volant à 10 Km/h, le pilote automatique ayant pour objec- tif de maintenir une assiette de 10 à piquer, lors d'une accélération jus- qu'à 200 Km/h par exemple. En supposant que l'organe ou le manche de commande reste fixe, pour maintenir 10 d'assiette à piquer pendant toute la phase d'accélération, il faut que le pilote automatique ajoute à la commande en tangage une commande croissante pour contrer l'évolution statique de la commande due à l'augmentation de la vitesse. La com- mande à ajouter entre 10 Km/h et 200 Km/h est de l'ordre de quelques dizaines de pour-cent. Il n'est donc pas possible, pour le pilote automatique associé à un vérin série à autorité limitée à quelques pour-cent, de maintenir une telle assiette à piquer de 10 jusqu'à 200 Km/h, en partant de 10 Km/h. Ce problème peut être résolu par un déplacement approprié de l'organe de commande de manière à le recentrer relativement au maintien de l'objectif précité, c'est-à-dire dans le cadre de la présente invention, de manière à l'amener à une position pour laquelle l'ordre de commande engendré par ledit organe de commande permet d'amener le paramètre de vol considéré (l'assiette à piquer dans l'exemple précité) à la valeur de consigne ou à une valeur voisine de celle-ci (10 dans ledit exemple). Toutefois, un tel déplacement de recentrage demande au pilote une charge de travail de pilotage que l'on voulait annuler par l'action du pilote automatique. On connaît un système de déplacement motorisé de l'organe de commande destiné à déplacer ce dernier pour le recentrer. Toutefois, un tel système connu présente des inconvénients, et notamment: - il nécessite des moyens (et, en particulier, un moteur) relativement vo- lumineux; - il est coûteux; et - il comporte de nombreux éléments susceptibles de tomber en panne. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé- nients. Elle concerne un dispositif peu coûteux et peu encombrant pour aider un pilote d'un aéronef à recentrer de façon simple et efficace un organe de commande. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif du type comportant un dispositif de commande de vol qui comprend notamment: - ledit organe de commande qui est susceptible d'être actionné par un pilote de l'aéronef, en vue de la commande d'un organe commandé de l'aéronef; et - un système d'aide à la conduite du vol qui est relié audit organe de commande et qui est destiné à déterminer un ordre de commande sup- plémentaire et à l'appliquer audit organe commandé de sorte que l'ac- tion dudit organe commandé permet de maintenir un paramètre de vol à une valeur de consigne, est remarquable en ce qu'il comporte - au moins un premier moyen de détection pour détecter la position ef- fective dudit organe de commande; - une unité de calcul pour déterminer le sens et l'amplitude de déplace- ment dudit organe de commande pour le recentrer, à partir de ladite position effective détectée par le moyen de détection et d'une position de référence dudit organe de commande, correspondant à la position centrée de ce dernier relativement au maintien dudit paramètre de vol à ladite valeur de consigne; et - un moyen de visualisation susceptible de présenter audit pilote de l'aé- ronef au moins un signe caractéristique indiquant le sens et l'amplitude du déplacement de l'organe de commande nécessaire pour réaliser son recentrage. Ainsi, grâce à l'invention, le pilote de l'aéronef connaît de façon précise le sens et l'amplitude de déplacement pour réaliser le recentrage de l'organe de commande, dans le but de diminuer l'autorité demandée au système d'aide à la conduite du vol, ce qui permet de réaliser un re- centrage précis et rapide et de remédier aux inconvénients précités. En outre, comme l'action de recentrage est réalisée manuellement et ne nécessite donc pas de moyens (mécaniques, hydrauliques,....) spé- cifiques, le risque de panne, I'encombrement et le coût du dispositif con- forme à l'invention sont très réduits. De plus, I'action de recentrage qui consiste en un simple dépla- cement de l'organe de commande nécessite une charge de travail réduite du pilote. Bien entendu, le dispositif conforme à l'invention peut être appli- qué à un aéronef dépourvu de tout système de déplacement de l'organe de commande. Toutefois, il peut également être appliqué à un aéronef muni d'un système de déplacement motorisé, tel que celui précité. Dans ce cas, le dispositif conforme à l'invention peut être rendu actif, soit si- multanément avec ledit système connu, en prévoyant éventuellement des moyens qui donnent la priorité à l'un d'eux, soit en supplément dudit sys- tème pour pallier une panne de ce dernier. Par ailleurs, le dispositif conforme à l'invention comporte, de fa- çon avantageuse, un moyen pour minimiser ou même inhiber totalement toute modification de ladite valeur de consigne du paramètre de vol con- sidéré, lors d'une action manuelle de recentrage de l'organe de com- mande, une telle action pouvant par exemple être détectée par un deuxième moyen de détection spécifique, de sorte que l'état de l'aéronef évolue le moins possible lors du recentrage. On évite ainsi, lors du recen- trage, un changement de configuration de vol qui est susceptible d'être engendré par une modification simultanément du paramètre de vol et du positionnement de l'organe de commande, un tel changement n'étant bien entendu pas souhaité par le pilote qui ne commande alors qu'une action de recentrage. De préférence, ledit deuxième moyen de détection est formé de manière à détecter au moins l'un des paramètres suivants: - pour un organe de commande muni d'un moyen d'ancrage, I'écart an- gulaire entre la position effective et la position d'ancrage dudit organe de commande; - I'effort exercé par un pilote sur l'organe de commande; et - I'actionnement par un pilote d'un moyen spécifique d'actionnement destiné à informer de la mise en oeuvre d'une action manuelle de re- centrage. En outre, avantageusement, le dispositif conforme à l'invention comporte un troisième moyen permettant de diminuer l'autorité demandée par le système d'aide à la conduite du vol lors d'une action manuelle de recentrage. Par ailleurs, de façon avantageuse, ledit moyen de visualisation est formé de manière à présenter le ou les signes caractéristiques uni- quement lorsque l'amplitude du déplacement de recentrage est supérieure à une amplitude prédéfinie, ce qui permet d'éviter des affichages systé- matiques des symbologies de recentrage. De plus, pour éviter des affichages furtifs, ledit ou lesdits signes caractéristiques sont uniquement présentés lorsque l'amplitude du déplacement de recentrage est supé- rieure à une amplitude prédéfinie depuis au moins une durée prédéfinie. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment I'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre schématiquement un dispositif d'aide au recen- trage conforme à l'invention et monté sur un hélicoptère. Les figures 2A, 2B et 2C représentent respectivement des étapes successives d'un recentrage conforme à l'invention et montrant à cet ef- fet sur la partie gauche la position d'un organe de commande et, sur la partie droite, un moyen de visualisation illustrant ladite position de l'or- gane de commande. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique- ment sur la figure 1 est destiné à aider un pilote à recentrer un organe de commande de vol 2 d'un aéronef, en l'occurrence d'un hélicoptère He. Ledit dispositif 1 est associé à un dispositif 3 de commande de vol de l'hélicoptère He. Lesdits dispositifs 1 et 3 sont bien entendu montés à bord de l'hélicoptère He, bien que, pour des raisons de clarté du dessin, I'hélicoptère He soit représenté à petite échelle extérieurement auxdits dispositifs 1 et 3, sur la figure 1. De façon connue, ledit dispositif 3 de commande de vol com- porte: - ledit organe de commande 2, qui est représenté sous forme d'un man- che pivotant sur la figure 1 et qui est susceptible d'être actionné par un pilote de l'hélicoptère He, en vue de la commande d'un organe commandé, à savoir un moyen 4, notamment une servocommande pour actionner un rotor principal R1 de sustentation et d'avance de l'hélicoptère He qui comporte de plus un rotor de queue anticouple R2. L'organe de commande peut également être un palonnier ou un mini- manche; et - un système 5 d'aide à la conduite du vol qui est relié audit organe de io commande 2 et qui est destiné à déterminer un ordre de commande et à l'appliquer audit organe commandé 4 de sorte que l'action dudit or- gane commandé 4 permet de maintenir un paramètre de vol à une va- leur de consigne. En ce qui concerne le paramètre de vol à maintenir à une valeur de consigne, il peut notamment s'agir de l'assiette, du cap, du roulis, de la vitesse ou de l'altitude,..., de l'hélicoptère He. Dans le cadre de la présente invention, ledit système 5 peut être un dispositif de commande de vol électrique ou optique, dans lequel il convient de recentrer les commandes statiques des algorithmes de main- tien d'objectifs. Toutefois, dans l'exemple représenté sur la figure 1, on applique le dispositif 1 conforme à l'invention à un hélicoptère He muni d'un pilote automatique 6. Dans ce cas, le système 5 comporte, de façon usuelle, en plus du pilote automatique 6, un vérin 7 qui est relié audit pilote automa- tique 6 par une liaison 8 et qui est intégré dans une timonerie 9 reliant l'organe de commande 2 au moyen 4. De plus, des capteurs 30 du com- portement de l'hélicoptère sont reliés par une liaison 10 au pilote automa- tique 6. De façon connue, le dispositif 3 de commande de vol permet d'appliquer au moyen 4 simultanément: - un premier ordre (de commande) représentatif de la position de l'or- gane de commande 2 et directement appliqué à la timonerie 9; et - un second ordre (de commande) engendré par le pilote automatique 6 et appliqué à la timonerie 9 par l'intermédiaire du vérin 7. Ce second ordre est destiné à permettre le maintien d'un objectif et plus précisément le maintien d'un paramètre de vol, par exemple le roulis de l'hélicoptère He, à une valeur de consigne, par exemple 15 . Selon l'invention, pour aider le pilote à réaliser un recentrage de l'organe de commande 2, dans le but de diminuer l'amplitude de l'action demandée au système 5, tout en maintenant l'objectif considéré, le dis- positif 1 comporte: - un moyen de détection 11 pour détecter la position effective dudit or- gane de commande 2; - une unité de calcul 12 reliée par des liaisons 13 et 14 respectivement audit moyen de détection 11 et au pilote automatique 6, pour détermi- ner le sens et l'amplitude de déplacement dudit organe de commande 2 pour le recentrer, à partir de ladite position effective détectée par le moyen de détection 11 et d'une position de référence dudit organe de commande 2, correspondant à la position centrée de ce dernier relati- vement au maintien dudit paramètre de vol à ladite valeur de consigne. Cette position de référence peut être déterminée, soit par l'unité de calcul 12 à partir d'informations reçues du pilote automatique 6, soit par ledit pilote automatique 6 qui la transmet à ladite unité de calcul 12; et - un moyen de visualisation 15, relié par une liaison 16 à l'unité de cal- cul 12 et susceptible de présenter au pilote de l'aéronef au moins un signe caractéristique 17, 18 indiquant le sens et l'amplitude du dépla- cernent de l'organe de commande 2, qui est nécessaire pour réaliser son recentrage. Ainsi, grâce au dispositif 1 conforme à l'invention, le pilote de l'hélicoptère He connaît de façon précise le sens et l'amplitude du dépla- cernent nécessaire pour réaliser le recentrage de l'organe de commande 2, dans le but de diminuer l'autorité demandée au système 5 d'aide à la conduite du vol, ce qui permet de réaliser un recentrage précis et rapide. De plus, ce recentrage qui est réalisé par un simple déplacement manuel de l'organe de commande 2 nécessite une charge de travail ré- duite de la part du pilote. En outre, en raison de son mode de réalisation précité et notam- ment d'une absence de motorisation, le risque de panne, I'encombrement et le coût du dispositif 1 conforme à l'invention sont très réduits. Ledit dispositif 1 peut être appliqué à tout type de dispositif 3 de commande de vol et notamment à un dispositif 3, sans système de dé- placement motorisé de l'organe de commande, ou dont ledit système existant est en panne ou ne peut pas être commandé. Dans un mode de réalisation particulier non représenté, I'unité de calcul est intégrée dans le système d'aide à la conduite de vol et, dans le cas d'un système 5 muni d'un pilote automatique 6, directement dans ce dernier. Selon l'invention, le dispositif 1 comporte, de plus, un moyen 19 intégré par exemple dans l'unité de calcul 12 et destiné à minimiser, ou même à inhiber complètement, toute modification de la valeur de consi- gne dudit paramètre de vol, lors d'une action manuelle de recentrage de l'organe de commande 2, ce qui permet d'éviter un changement de con- figuration de vol, non souhaité par le pilote. De préférence, ledit moyen 19 agit, pour ce faire, comme illustré par une liaison 20, sur l'algorithme qui est prévu de façon usuelle dans le pilote automatique 6, pour maintenir l'objectif prescrit, et qui est ainsi temporairement inhibé par l'action dudit moyen 1 9. Dans ce but, le dispositif 1 comporte de plus un moyen de détec- tion 21, pour détecter toute action manuelle de recentrage de l'organe de commande 2, mise en oeuvre par un pilote de l'hélicoptère He. Pour ce faire, ledit moyen de détection 21 peut mesurer ou éva- luer différents types de paramètres. Toutefois, de préférence, le moyen de détection 21 qui est relié par une liaison 22 à l'unité de calcul 1 2 est formé de manière à détecter, de façon usuelle, au moins l'un des paramè- tres suivants: - pour un organe de commande muni d'un moyen d'ancrage non repré- senté, l'écart angulaire entre la position effective et la position d'an- crage dudit organe de commande; - I'effort exercé par un pilote sur l'organe de commande 2; et - I'actionnement par un pilote d'un moyen spécifique d'actionnement non représenté et destiné à informer de la mise en oeuvre d'une action manuelle de recentrage. Dans un mode de réalisation préféré, un moyen 32, déclenché par la détection manuelle de recentrage, permet de diminuer l'autorité du manche demandée par l'élément 6 et réalisée par l'élément 7, via la liai- son 8. Dans le cadre de la présente invention, on peut prévoir deux moyens de détection séparés, dont l'un est destiné à la détection des ac- tions de pilotage, et l'autre à la détection des actions de recentrage. Le recentrage conforme à l'invention de l'organe de commande 2 est décrit plus en détail ci-dessous en référence aux figures 2A, 2B et 2C qui illustrent des positions successives de l'organe de commande 2 lors dudit recentrage. Sur la figure 2A, I'organe de commande 2 se trouve dans une po- sition actuelle, non centrée et définie selon un axe X-X. D'après les trai- tements précités, I'unité de calcul 12 détermine que la position 2A cen- trée et illustrée en traits interrompus dudit organe de commande 2, relati- vement au maintien du paramètre de vol considéré à la valeur de consi- gne prédéfinie, est écartée d'un angle ca1 de ladite position actuelle. Le sens et l'amplitude de déplacement de l'organe de commande 2 pour l'amener de la position actuelle (en trait plein) à la position centrée 2A (en traits interrompus) sont présentés par le moyen de visualisation 15, au pilote, à l'aide d'un écran 23. Ledit écran 23 comporte à cet effet deux signes caractéristiques i17 et 18, à savoir deux flèches, de sens opposés, le sens du déplace- ment requis de l'organe de commande 2 correspondant au sens indiqué par la flèche 18 qui est activée. L'activation d'un signe caractéristique, en l'occurrence d'une flè- che 18, est réalisée selon l'invention par le noircissement d'au moins une partie 1 8A de sa surface. De plus, ladite surface noircie 18A est proportionnelle à l'ampli- tude (ou à l'angle acl) du déplacement requis, en vue du recentrage. Par conséquent, dans la position illustrée sur la figure 2A, I'organe de commande doit être déplacé vers la droite d'un angle al. Sur la figure 2B, le pilote a entamé une action de recentrage d'an- gle cx2. L'organe de commande 2 doit encore être déplacé d'un angle ca3 illustré par une surface noircie 18A réduite (ca1 =cL2+cL3), pour être ame- né dans la position centrée représentée sur la figure 2C. Lorsque l'organe de commande 2 se trouve dans la position re- présentée sur cette figure 2C, I'action de recentrage est terminée. On notera que, lorsque l'organe de commande 2 est muni d'un moyen d'ancrage connu non représenté, le pilote de l'aéronef actionne, lors du recentrage ou de la mise à zéro de la commande statique d'un algorithme de maintien d'objectif, un dispositif connu et non représenté de débrayage des efforts, pour déplacer la position d'ancrage de l'organe de commande. Par ailleurs, dans des modes de réalisation préférés - pour éviter un affichage systématique des symbologies de recentrage, le moyen de visualisation 15 est formé de manière à présenter les si- gnes caractéristiques 17 et 18 uniquement lorsque l'amplitude (angle OEl) du déplacement de recentrage est supérieure à une amplitude pré- définie; et - pour éviter des affichages furtifs, la présentation desdits signes carac- téristiques 17 et 18 n'est réalisée que lorsque ladite amplitude prédéfi- nie est dépassée depuis une durée prédéfinie, par exemple cinq secon- des. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'aide au recentrage d'au moins un organe de com- mande (2) d'un aéronef (He), notamment d'un hélicoptère, ledit aéronef (He) comportant un dispositif (3) de commande de vol qui comprend no- tamment: - ledit organe de commande (2) qui est susceptible d'être actionné par un pilote de l'aéronef (He), en vue de la commande d'un organe com- mandé (4) de l'aéronef (He); et - un système (5) d'aide à la conduite du vol qui est relié audit organe de commande (2) et qui est destiné à déterminer un ordre de commande et à l'appliquer audit organe commandé (4) de sorte que l'action dudit organe commandé (4) permet de maintenir un paramètre de vol à une valeur de consigne, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins un premier moyen de détection (11) pour détecter la position effective dudit organe de commande (2); - une unité de calcul (12) pour déterminer le sens et l'amplitude de dé- placement dudit organe de commande (2) pour le recentrer, à partir de ladite position effective détectée par le moyen de détection (1 1) et d'une position de référence dudit organe de commande (2), correspon- dant à la position centrée de ce dernier relativement au maintien dudit paramètre de vol à ladite valeur de consigne; et - un moyen de visualisation (15) susceptible de présenter audit pilote de l'aéronef au moins un signe caractéristique (17, 18) indiquant le sens et l'amplitude du déplacement de l'organe de commande (2), néces- saire pour réaliser son recentrage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (19) pour au moins minimiser toute modification de ladite valeur de consigne dudit paramètre de vol, lors d'une action manuelle de recentrage de l'organe de commande (2). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième moyen de détection (21), pour détecter toute action manuelle de recentrage de l'organe de com- mande (2), mise en oeuvre par un pilote de l'aéronef (He). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de détection (21) est formé de manière à détecter au moins l'un des paramètres suivants: - pour un organe de commande muni d'un moyen d'ancrage, I'écart an- gulaire entre la position effective et la position d'ancrage dudit organe de commande; - I'effort exercé par un pilote sur l'organe de commande (2); et - I'actionnement par un pilote d'un moyen spécifique d'actionnement destiné à informer de la mise en oeuvre d'une action manuelle de re- centrage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième moyen (32) permettant de diminuer l'autorité demandée par le système d'aide à la conduite du vol lors d'une action manuelle de recentrage. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que ledit moyen de visualisation (15) est formé de ma- nière à présenter ledit signe caractéristique (17, 18) uniquement lorsque l'amplitude du déplacement de recentrage est supérieure à une amplitude prédéfinie. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit moyen de visualisation (15) est formé de ma- nière à présenter ledit signe caractéristique (17, 18) uniquement lorsque l'amplitude du déplacement de recentrage est supérieure à une amplitude prédéfinie depuis au moins une durée prédéfinie. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que ledit moyen de visualisation (1 5) présente deux si- gnes caractéristiques (17, 18) représentant deux flèches de sens opposés et susceptibles d'être noircies sur une surface (18A) variable, une seule (18) desdites flèches (17, 18) pouvant être noircie à un instant donné, le sens du déplacement de recentrage correspondant au sens indiqué par la flèche (18) qui est noircie et l'amplitude dudit déplacement étant propor- tionnelle à la surface de noircissement (18A) de ladite flèche (18) noircie.