Brevet FR2875598A1 — publié le 20060324

Dispositif embarqué de mesure de la masse et de la position du centre de gravité d'un aéronef. La présente invention concerne un dispositif embarqué de mesure de la masse et de la position du centre de gravité d'un 5 aéronef, un giravion par exemple. En effet, il est connu que ces deux informations sont des facteurs critiques pour le fonctionnement sûr et efficace de n'importe quel aéronef. Le pilote d'un véhicule de ce type doit donc, avant chaque vol, s'assurer que la masse et l'équilibrage de l'aéronef ne dépassent pas les limites prédéfinies par le constructeur. On connaît un premier dispositif, non-embarqué sur l'aéronef, visant à peser ce dernier à vide, c'est-à-dire sans chargement (passagers, carburant...), en l'agençant dans des conditions très précises sur une pluralité de vérins, eux-mêmes disposés sur des plateaux spécifiques pour éviter l'introduction d'efforts parasites. La masse à vide est alors ajoutée à la masse du chargement de manière à estimer la masse totale de l'aéronef avant décollage et la position de son centre de gravité. On désigne habituellement par le terme centrage la position dudit centre de gravité. Cette mesure de la masse à vide étant très délicate à réaliser, elle ne peut être entreprise avant chaque vol, compte tenu des moyens et des délais requis, ce qui pénalise fortement ce premier dispositif, notamment en terme de précision. On préférera donc utiliser des dispositifs embarqués sur l'aéronef permettant d'avoir une mesure précise de la masse et de la position du centre de gravité avant chaque vol. De plus, de tels dispositifs améliorent la sécurité du vol puisque le pilote peut notamment vérifier les informations, provenant de sources externes et pas forcément fiables, portant sur la masse du chargement et sur le centrage. Leur principe consiste à déterminer les déformations d'une partie de chaque train d'atterrissage et à en déduire aisément la masse totale et le centrage de l'aéronef. Le document US3426586 décrit un deuxième dispositif du type précité. Il consiste à insérer à l'intérieur de l'essieu de chaque train d'atterrissage un tube déformable pourvu de jauges de contraintes. Les déformations de chaque tube mesurées par les jauges de contraintes permettent de déduire la masse totale et le centrage de l'aéronef. Bien que fonctionnant, ce deuxième dispositif présente quelques inconvénients notamment liés aux jauges de contraintes, ces dernières: étant difficiles à mettre en place, - étant sensibles à la température ce qui impose l'utilisation de moyens spécifiques pour recadrer les mesures, et - devant être réétalonnées fréquemment. On connaît, par le document US 4312042, un troisième dispositif utilisant l'angle de flexion d'un élément de chaque train d'atterrissage comme indication directe de la masse d'un aéronef. Ce document nous enseigne que ce troisième dispositif met en oeuvre deux inclinomètres pour déterminer la flexion de l'élément concerné. Cependant, l'expérience démontre que l'agencement de deux inclinomètres sur chaque train d'atterrissage présente des difficultés majeures qui rendent difficiles l'application de ce troisième dispositif. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif embarqué de mesure de la masse et du centrage d'un aéronef, permettant de s'affranchir des limitations des dispositifs mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, un dispositif embarqué, pour mesurer la masse et la position du centre de gravité d'un aéronef comportant une pluralité de trains d'atterrissage, chaque train d'atterrissage étant muni d'au moins un organe de contact pourvu d'un élément déformable sous l'action du poids de l'aéronef lorsque ce dernier est posé sur le sol ou sur tout autre type de surface, le pont d'un bateau par exemple, est remarquable en ce que l'élément déformable est muni d'un barreau ayant à son extrémité libre un capteur à courant de Foucault, ce barreau étant agencé à l'intérieur de l'élément déformable. L'utilisation d'un capteur à courant de Foucault présente de multiples avantages, ce type de capteurs n'étant notamment pas sensible à la température ce qui autorise son utilisation quelles que soient les conditions atmosphériques. De plus sa mise en oeuvre sur des éléments déformables 20 existants peut être entreprise aisément et sans modification lourde de ces derniers. De façon préférentielle, si l'organe de contact est une roue, l'élément déformable, que l'on équipera du barreau pourvu d'un capteur à courant de Foucault, est la fusée de la roue, c'est-à-dire l'axe sur lequel la roue est agencée. Comme on le verra dans la suite du texte, chaque capteur à courant de Foucault mesure la distance le séparant d'une face, de préférence la face supérieure, de l'élément déformable. Cette distance est représentative de la déformation subie par l'élément déformable, à l'intérieur duquel le capteur est monté, sous l'action du poids de l'aéronef. Chaque capteur à courant de Foucault délivre alors un signal principal, proportionnel à la déformation de l'élément déformable mesurée par l'intermédiaire d'une distance, à un moyen de traitement agencé dans l'aéronef. Ce moyen de traitement, de préférence un calculateur de l'aéronef, utilise ces signaux principaux pour calculer la masse et la position du centre de gravité de l'aéronef. En outre, pour optimiser le calcul de la position du centre de gravité et dans un souci de précision, deux moyens de mesure complémentaires, des inclinomètres par exemple, sont agencés à l'intérieur du fuselage de l'aéronef. Chacun de ces moyens de mesure transmet au moyen de traitement un signal secondaire respectivement relatif aux angles de tangage et de roulis de l'aéronef. A l'aide de ces données complémentaires, le moyen de traitement détermine de façon très précise la position, dans l'espace tridimensionnel, du centre de gravité de l'aéronef, par rapport au trièdre de référence de ce dernier. Enfin, suivant la configuration du train d'atterrissage, il peut être délicat d'acheminer des câblages électriques jusqu'aux capteurs à courant de Foucault. Ainsi, selon l'invention, un émetteur-récepteur sans fil est agencé sur chacun des trains d'atterrissage pour alimenter électriquement chacun des capteurs et pour transmettre les signaux principaux au moyen de traitement. L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit, avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent: la figure 1, une vue de face d'un giravion pourvu de trois trains d'atterrissage, - la figure 2, l'agencement selon un premier mode de réalisation d'un barreau à l'intérieur d'un élément déformable, - la figure 3, l'agencement selon un deuxième mode de réalisation d'un barreau à l'intérieur d'un élément déformable, et, - la figure 4, un diagramme de fonctionnement. Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont 10 affectés d'une seule et même référence. La figure 1 présente une vue d'un aéronef, en l'occurrence un giravion G pourvu d'un fuselage F. Au sol, ce giravion G repose sur deux trains d'atterrissage T1 munis d'un organe de contact et sur un train d'atterrissage T2 muni de deux organes de contact. Sous l'action du poids du giravion G, les trains d'atterrissages Ti, T2 se déforment. En mesurant de façon très précise ces déformations, on peut en déduire par calcul la masse du giravion G ainsi que la position de son centre de gravité, ces deux données étant essentielles pour piloter ce giravion G. Pour réaliser ces mesures, le dispositif selon l'invention utilise un capteur à courant de Foucault qui détermine la flexion d'une portion d'un élément déformable. Cette opération est effectuée sur chaque train d'atterrissage T1, T2. Par ailleurs, les organes de contact des trains d'atterrissage Ti, T2 du giravion G sont des roues 2. Dans ce cas de figure, l'élément déformable choisi est de préférence la fusée de la roue, c'est-à-dire l'axe sur lequel la roue est agencée. Cependant, il est bien évidemment envisageable d'utiliser l'invention avec d'autres types de trains d'atterrissages, un train ayant des organes de contact de type patins ou skis par exemple, en choisissant judicieusement les éléments déformables devant être équipés de capteurs à courant de Foucault. La figure 2 présente l'agencement selon un premier mode de réalisation d'un barreau, muni d'un capteur à courant de Foucault, à l'intérieur d'un élément déformable. Le train d'atterrissage Ti est du type train à roue . Les première 10 et deuxième 20 extrémités d'un élément déformable 3, sont respectivement fixées à un roue 2 et à un organe de liaison 1, un amortisseur par exemple, relié au fuselage F. Sous l'action du poids de l'aéronef, la première extrémité 10 de l'élément déformable est déformée. Un barreau 4 est inséré à l'intérieur de l'élément déformable 3 puis fixé à ce dernier par un moyen de fixation 5 usuel. Dans ce mode de réalisation, le moyen de fixation 5 est situé à la deuxième extrémité 20 de l'élément déformable 3. Ainsi, le barreau 4 est immobile quelque soit la masse de l'aéronef et, par suite, quelque soit la force résultante, c'est-à-dire le poids de l'aéronef. Une fois ce barreau 4 en position, les première 10 et seconde 20 extrémités sont bouchées à l'aide de joints 7 de manière à éviter l'intrusion de dépôts risquant de fausser la mesure. En outre, un câble 8 permet notamment d'alimenter électriquement le capteur 6 à courant de Foucault agencé sur l'extrémité libre du barreau 4, c'est-à-dire du côté opposé au moyen de fixation 5. Ce capteur 6 mesure alors la distance Dl le séparant d'une face de l'élément déformable 3 et envoie un signal principal, proportionnel à cette distance Dl mesurée, à un moyen de traitement, agencé dans le fuselage F de l'aéronef, via le câble 8. De préférence, pour la mesure de la distance Dl, on utilise la face supérieure FI de manière à se préserver d'interférences qui 5 pourraient être causées par des dépôts, ces derniers se déposant forcément sur la face inférieure F2. En référence à la figure 3, selon un second mode de réalisation, le moyen de fixation 5 n'est plus fixé à la deuxième extrémité 20 de l'élément déformable 3 mais à sa première extrémité 10. Le barreau 4 est dans cette configuration mobile. Sous l'effet du poids de l'aéronef, la première extrémité 10 se déforme ce qui incline légèrement le moyen de fixation 5 et par conséquent le barreau 4. La distance Dl mesurée par le capteur de Foucault s'en trouve alors augmentée. Par ailleurs, dans une première variante des premier et second modes de réalisation de l'invention, le câble 8 est relié directement au moyen de traitement et d'alimentation électrique. Néanmoins, dans une seconde variante, le câble 8 est relié à un émetteurrécepteur sans fil, de type hyperfréquence par 20 exemple, agencé sur le train d'atterrissage. Cet émetteur-récepteur alimente électriquement le capteur 6 et transmet le signal principal au moyen de traitement. Il permet d'une part de limiter les câblages et d'autre part de s'affranchir d'éventuelles difficultés d'installation. En effet, si le train d'atterrissage est libre d'effectuer des mouvements rotatifs, il faudrait alors utiliser des systèmes complexes de connexion électrique ce qui compliquerait considérablement le dispositif et pourrait faire obstacle à son installation sur des aéronefs existants. La figure 4 présente un diagramme explicitant le fonctionnement de l'invention. Deux trains d'atterrissage T1 sont équipés d'une roue 2, le troisième train d'atterrissage T2 possédant quand à lui deux roues 2. Comme on l'a vu précédemment, chaque roue 2 est traversée par un élément déformable 3, dénommé fusée, dans lequel est inséré un capteur 6 à courant de Foucault. Ces derniers transmettent à un moyen de traitement M un signal principal, proportionnel à la distance Dl séparant chaque capteur 6 d'une face F1 de chaque élément déformable 3, par l'intermédiaire de câbles 8 et éventuellement d'émetteurs-récepteurs E sans fil. En analysant les quatre signaux principaux qui lui parviennent, le moyen de traitement M détermine les efforts subis par chaque élément déformable 3. Il en déduit alors, à l'aide d'un calcul neuronal ou géométrique, la masse totale de l'aéronef ainsi que la position de son centre de gravité. Cependant, pour calculer de façon très précise la position du centre de gravité de l'aéronef, par rapport au trièdre de référence de l'aéronef et donc indépendamment de son attitude par rapport au sol, il est nécessaire de prendre en compte cette attitude pour recadrer les calculs. Pour cela, deux moyens de mesure complémentaires M2 transmettent au moyen de traitement M deux signaux secondaires respectivement relatifs aux angles de tangage et de roulis de l'aéronef par rapport au sol. Ces moyens de mesure complémentaires M2 peuvent être deux inclinomètres, qui mesurent respectivement les angles de tangage et de roulis, dédiés spécifiquement à cette application ou tout autre moyen déjà présent sur l'aéronef et remplissant cette fonction. Enfin, le dispositif comporte un moyen de visualisation M3 pour indiquer à un opérateur, le pilote par exemple, la masse totale 5 de l'aéronef ainsi que la position de son centre de gravité. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif embarqué pour mesurer la masse et la position du centre de gravité d'un aéronef comportant une pluralité de trains d'atterrissage (T1,T2), chaque train d'atterrissage (T1,T2) étant muni d'au moins un organe de contact (2) pourvu d'un élément déformable (3) sous l'action du poids de l'aéronef lorsque ce dernier est posé sur une surface, caractérisé en ce que ledit élément déformable (3) est muni d'un barreau (4) ayant à son extrémité libre un capteur (6) à courant de 10 Foucault. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit barreau (4) est agencé à l'intérieur dudit élément déformable (3). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que ledit capteur (6) mesure une distance (Dl) le séparant d'une face dudit élément déformable (3). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite face est la face supérieure (FI) dudit 20 élément déformable (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, ledit organe de contact (2) étant une roue, ledit élément déformable (3) est la fusée de la roue. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de traitement (M) agencé dans l'aéronef qui reçoit un signal principal de chaque capteur (6) afin de calculer la masse et la position du centre de gravité dudit aéronef. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux moyens de mesure complémentaires (M2) agencés à l'intérieur du fuselage de l'aéronef pour respectivement déterminer les angles de tangage et de roulis dudit aéronef. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure complémentaires (M2) sont des inclinomètres. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que, ledit moyen de traitement reçoit un signal secondaire provenant de chacun desdits moyens de mesure complémentaires (M2), lesdits signaux secondaires lui permettant d'optimiser le calcul de la position du centre de gravité par rapport au trièdre de référence de l'aéronef. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur-récepteur (E) sans fil sur chacun desdits trains d'atterrissage (T1,T2) pour alimenter électriquement chacun des capteurs (6) et pour transmettre lesdits signaux principaux audit moyen de traitement (M).