Brevet FR2885222A1 — publié le 20061103

Instrument combiné pour hélicoptère, procédé de détermination de la vitesse d'un hélicoptère et procédé de réglage d'un instrument combiné pour hélicoptère L'invention concerne un instrument combiné pour hélicoptère, un procédé de détermination de la vitesse d'un l'hélicoptère ainsi qu'un procédé de réglage d'un instrument combiné pour hélicoptère. Un tel instrument est déjà présent dans de nombreux hélicoptères. Cet instrument comporte des moyens de visualisation sous forme d'un écran couleur. Cet écran affiche diverses informations nécessaires à la conduite de l'hélicoptère telles que l'altitude, l'assiette et la vitesse de l'hélicoptère à partir d'informations issues de moyens de mesure de la pression de l'écoulement d'air entourant l'hélicoptère et d'une unité de mesure inertielle. Les moyens de mesure de pression, et l'unité de mesure inertielle appartiennent également à l'instrument combiné. Cet instrument est avantageusement utilisé en secours de moyens de mesure primaire d'altitude, d'assiette et de vitesse présents à bord de tout aéronef. L'instrument est alors appelé instrument combiné de secours. La vitesse est une des données essentielles au pilotage de l'hélicoptère. Il est connu de déterminer la vitesse V d'un aéronef et en particulier d'un hélicoptère à partir de mesure de pression de l'air entourant l'hélicoptère. Plus précisément, en mesurant la pression totale Pt, par exemple à l'aide d'un tube de Pitot, et la pression statique Ps de l'air, on peut déterminer la vitesse V de l'aéronef par l'équation suivante: Vz Pt Ps=p 2 où p représente la densité de l'air. A basse vitesse cette méthode de mesure donne des résultats peu fiables. D'une part, le carré de la vitesse est proportionnel à la différence de pression Pt Ps. En conséquence une petite erreur sur les mesures de pression entraîne une grande erreur sur la vitesse. Plus précisément en dérivant l'équation citée ci dessus, on obtient: d(Pt Ps) = p.V.dV ou encore dv = d(Pt Ps) p.V Ceci montre qu'une erreur d(Pt Ps) finie sur les mesures de pression entraîne une erreur dV infinie sur la détermination de la vitesse lorsque la vitesse est nulle, ou encore une grande erreur sur la détermination de la vitesse lorsque la vitesse est faible. Par exemple, à 10 noeuds de vitesse vraie, une erreur de 1 hpa sur les mesures de pression entraîne une erreur de 30 noeuds sur la détermination de la vitesse. Lorsque l'erreur est supérieure à la mesure, le résultat est inacceptable. D'autre part le flux d'air généré par le rotor devient prépondérant à basse vitesse pour deux raisons: premièrement du fait de la vitesse de l'air générée par le rotor lui-même, io typiquement 20 noeuds, et, deuxièmement la direction de l'écoulement de l'air est modifiée à l'entrée du tube de Pitot, ce qui perturbe aussi la mesure de pression totale Pt. En conclusion, les capteurs de pression utilisés pour mesurer la pression totale Pt et la pression statique Ps sont incapables de fournir une information suffisamment précise pour déterminer la vitesse V d'un hélicoptère lorsque celui-ci vole à basse vitesse. Il existe une autre méthode pour mesurer la vitesse V utilisable à faible vitesse sur hélicoptère. Cette méthode est décrite dans le brevet français FR 2 567 270. Elle repose sur le principe que la vitesse de l'air est proportionnelle à la différence entre le pas cyclique du rotor de sustentation de l'hélicoptère et l'assiette de l'hélicoptère. La vitesse obtenue par cette méthode est nommée vitesse synthétique et sera par la suite appelée Vs. Ce principe permet de déterminer à la fois la direction et le module du vecteur vitesse de l'air. Cette méthode n'a été utilisée à ce jour que dans des centres d'essais en vol pour assurer la mise au point de nouveaux hélicoptères. Cette méthode n'a pas été utilisée lors de l'utilisation normale d'hélicoptères essentiellement à cause de son coût de mise en oeuvre plus important que celui de la première méthode utilisant des mesures de pression. L'invention a pour but de pallier les inconvénients des méthodes décrites plus haut et de donner au pilote une information sur la vitesse de son hélicoptère avec une bonne précision dès les basses vitesses, et notamment en dessous de 50 noeuds. L'instrument combiné comporte déjà sur son écran une zone prévue pour l'affichage de la vitesse longitudinale de l'hélicoptère. L'invention consiste en l'amélioration de la précision de la vitesse affichée sur l'écran de l'instrument combiné et en particulier en l'extension de la validité de la vitesse affichée aux très basses vitesses typiques du vol d'un hélicoptère. Ceci présente l'avantage de ne pas modifier l'ergonomie de la planche de bord sur laquelle est installé l'instrument combiné. A cet effet l'invention a pour objet un Instrument combiné pour hélicoptère, comportant des moyens de détermination d'une première vitesse de l'hélicoptère à partir d'informations reçues de moyens de prise de pression de l'air entourant l'hélicoptère, des moyens de détermination de l'assiette de l'hélicoptère, des moyens de visualisation de la vitesse et de l'assiette de l'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détermination d'une seconde vitesse de l'hélicoptère à partir d'une information reçue d'un capteur de position de moyens de commande d'un pas cyclique d'un rotor de l'hélicoptère et d'une information reçue des moyens de mesure de l'assiette de l'hélicoptère. L'invention a également pour objet un procédé de détermination de la vitesse d'un l'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des moyens de détermination de l'assiette de l'hélicoptère présents dans un instrument combiné monté à bord de l'hélicoptère et une information reçue d'un capteur de position de moyens de commande d'un pas cyclique d'un rotor de l'hélicoptère et à afficher la vitesse sur des moyens de visualisation de l'instrument combiné. Un autre objet de l'invention est un procédé de réglage de l'instrument combiné décrit plus haut, instrument combiné déterminant une première vitesse Vc de l'hélicoptère à partir d'informations reçues de moyens de prise de pression de l'air entourant l'hélicoptère ainsi qu'une seconde vitesse Vs de l'hélicoptère à partir d'une information reçue d'un capteur de position de moyens de commande d'un pas cyclique d'un rotor de l'hélicoptère et d'une information reçue des moyens de mesure de l'assiette de l'hélicoptère, la seconde vitesse Vs étant déterminée par l'équation suivante: Vs = [kl.arcsin(yl / g)+k2] [k3.Bl + k4] où yl représente l'accélération mesurée suivant un axe de l'hélicoptère, g représente l'accélération de la pesanteur et où k1 à k4 sont des coefficients, caractérisé en ce qu'il consiste à É hélicoptère (21) au sol, on pose l'indicateur combiné (10), lorsqu'il sur le plateau cyclique (24), on fait varier la commande de pas cyclique et on règle le rapport kl/k3 = 1 de manière à ce que l'indication de vitesse Vs reste constante; É hélicoptère (21) en vol stationnaire, à une altitude suffisamment haute pour éviter les effets de sol, par vent nul, on règle k2 k4 de manière à ce que l'indication de vitesse Vs soit nulle; si le vent n'est pas nul, on place l'axe de l'hélicoptère (21) perpendiculairement à l'axe du vent; enfin, hélicoptère (21) volant à une certaine vitesse, par exemple 50 noeuds, on règle k3/k1 de manière à ce que la valeur de la première vitesse Vc soit identique à la valeur de la seconde vitesse Vs. En mettant en oeuvre l'invention à partir d'un instrument combiné existant, l'adaptation de l'instrument est facile à réaliser. En effet, l'instrument existant comporte déjà des capteurs de pression, une centrale inertielle et un calculateur. Pour mettre en oeuvre l'invention, il suffit d'y prévoir un raccordement vers les moyens de commande d'un pas cyclique d'un rotor de l'hélicoptère. La mise en oeuvre de l'invention est d'autant plus intéressante qu'on observe actuellement une généralisation sur hélicoptère de ce type d'instrument combiné en remplacement d'instruments discrets tels qu'un horizon gyroscopique classique, un altimètre, un anémomètre et un variomètre à capsule anéroïde. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel: la figure 1 représente un instrument combiné destiné à être monté à bord d'un hélicoptère; la figure 2 représente schématiquement un exemple d'implantation de l'instrument combiné monté à bord d'un hélicoptère. La figure 1 représente un instrument combiné 10 comportant des moyens de mesure de la pression de l'écoulement d'air entourant un hélicoptère dans lequel l'instrument combiné 10 est installé, des moyens de mesure inertielle, des moyens de calcul et des moyens de visualisation 11. Les moyens de calcul déterminent et affichent sur les moyens de visualisation 11 l'altitude, l'assiette et la vitesse de l'hélicoptère à partir d'informations issues des moyens de mesure de la pression, et des moyens de mesure inertielle. L'altitude de l'hélicoptère est affichée sur une partie droite 12 d'un écran 13 des moyens de visualisation 11. L'assiette de l'hélicoptère est affichée sous la forme d'un horizon 14 mobile par rapport à une silhouette 15 de l'hélicoptère sur une partie centrale 16 de l'écran 13. La vitesse de l'hélicoptère par rapport au vent relatif est affichée sur une partie 1 o gauche 17 de l'écran 13. Avantageusement l'écran 13 est un écran à cristaux liquide. Avantageusement, les moyens de mesure inertielle, inclus dans l'instrument combiné 10, fournissent aux moyens de calcul deux informations représentatives de l'accélération de l'hélicoptère chacune dans une direction, les deux directions formant un plan sensiblement frontal de l'hélicoptère. Les moyens de mesure inertielle peuvent comporter au moins deux accéléromètres mesurant l'accélération de l'hélicoptère suivant deux axes du plan sensiblement horizontal de l'hélicoptère. Les deux accéléromètres fournissent alors la première et la seconde information. Les moyens de mesure de la pression, les moyens de calculs et les deux accéléromètres sont par exemple situés à l'intérieur d'un corps 18 de l'instrument combiné, corps 18 situé à l'arrière de l'écran 13. La figure 2 représente un hélicoptère 21 comportant un rotor 22 de sustentation et des moyens de commande 23 d'un pas cyclique du rotor 22. Les moyens de commande 23 comportent généralement un plateau cyclique 24 dont l'orientation est déterminée par des biellettes 25 et 26. Par exemple, la biellette 25 commande l'orientation longitudinale du plateau cyclique 24 et biellette 26 commande l'orientation transversale du plateau cyclique 24. L'hélicoptère 21 comporte également des moyens 27 de prise de pression totale Pt, comprenant par exemple un tube de Pitot, et des moyens 28 de prise de pression statique Ps. Les moyens de prise de pression 27 et 28 sont raccordés par des tuyaux aux moyens de mesure de pression de l'instrument combiné 10 qui traite les informations de pression pour déterminer une première vitesse Vc de l'hélicoptère 21. Le tube de Pitot est sensiblement orienté suivant un axe longitudinal de l'hélicoptère 21 pour déterminer la valeur de la vitesse suivant cet axe. L'axe longitudinal de l'hélicoptère 21 est compris dans le plan de la figure 2. II serait bien entendu possible de placer un second tube de Pitot selon un axe transversal de l'hélicoptère 21, axe perpendiculaire au plan de la figure 2, afin de mesurer la vitesse Vc selon l'axe transversal. Néanmoins cette mesure ne présente que peu d'intérêt car la vitesse de l'hélicoptère dans un axe transversal est toujours faible. L'instrument combiné 10 donne au pilote de l'hélicoptère 21 des informations concernant la vitesse, l'altitude et l'assiette de l'hélicoptère 21. L'instrument combiné 10 comporte un calculateur permettant de déterminer la première vitesse Vc en utilisant l'équation suivante: Vc2 Pt Ps = p où p représente la densité de l'air au niveau du sol. Selon l'invention, le dispositif comporte un capteur 30 de position 15 de la commande cyclique du pas du rotor 21. Le capteur de position 30 peut mesurer la position absolue ou la position relative de la commande cyclique. Dans le cas d'une mesure de position relative le capteur peut être un capteur de déplacement. Le capteur 30 mesure par exemple la position de l'une des biellettes 25 ou 26. Avantageusement, le dispositif comporte deux capteurs 20 de position de la commande cyclique du pas du rotor 21. Dans le cas de deux capteurs, l'un permet de déterminer le pas cyclique longitudinal et l'autre permet de déterminer le pas cyclique transversal. On verra plus loin que chacun de ces deux capteurs permet de déterminer la vitesse de l'hélicoptère aux basses vitesses soit longitudinalement soit 25 transversalement. Le (ou les) capteur 30 est relié à l'instrument combiné 10 qui comporte des moyens de détermination d'une seconde vitesse Vs à partir d'une information reçue du capteur 30 et d'une information reçue des moyens de mesure d'une assiette de l'hélicoptère 21. Par exemple, la seconde vitesse Vs peut être déterminée à l'aide de l'équation suivante: Vs = k(01 - BI) équation dans laquelle 01 représente l'assiette accélérométrique selon un axe, par exemple longitudinal, BI représente le pas cyclique suivant le même axe et dans laquelle k est une constante fonction de l'hélicoptère 21 et qui peut être déterminée expérimentalement. De ce qui précède, on déduit aisément qu'à l'aide de deux capteurs l'un pour le pas cyclique longitudinal et l'autre pour le pas cyclique transversal ainsi que deux accéléromètres l'un mesurant l'assiette longitudinale et l'autre l'assiette transversale, il est possible de déterminer la vitesse Vs selon un axe longitudinal et la vitesse Vs selon un axe transversal de l'hélicoptère 21. En combinant ces deux vitesses on peut déterminer le module et la direction du vecteur vitesse Vs de l'hélicoptère 1. L'équation précédente peut être adaptée à l'utilisation d'accéléromètres habituellement destinés à déterminer l'assiette de l'hélicoptère 21: Vs = [kl.arcsin(yl / g)+k2] [k3.Bl + k4] où yl représente l'accélération mesurée suivant un axe longitudinal, g représente l'accélération de la pesanteur et où kl à k4 sont des coefficients réglés de façon empirique. Cette équation, donnant la première vitesse Vs selon un axe longitudinal, est bien entendue adaptable pour déterminer la première vitesse Vs selon l'axe transversal de l'hélicoptère 21. Pour régler les coefficients k1 à k4 on peut procéder de la façon suivante: É hélicoptère 21 au sol, on pose les moyens de mesure d'une assiette de l'hélicoptère 21, en particulier l'indicateur combiné 10, lorsqu'il comporte le ou les accéléromètres, sur le plateau cyclique 24, on fait varier la commande de pas cyclique et on règle le rapport kl/k3 = 1 de manière à ce que l'indication de vitesse Vs reste constante; É hélicoptère 21 en vol stationnaire, à une altitude suffisamment haute pour éviter les effets de sol, par vent nul, on règle k2 k4 de manière à ce que l'indication de vitesse Vs soit nulle; si le vent n'est pas nul, on place l'axe de l'hélicoptère 21 selon lequel l'accélération est mesurée, ici l'axe longitudinal, perpendiculairement à l'axe du vent; É enfin, hélicoptère 21 volant à une certaine vitesse Vc non nulle, par exemple 50 noeuds, vitesse Vc mesurée à l'aide des capteurs de pression 27 et 28, on règle k3/kl de manière à ce que l'indication de vitesse Vs indique cette même vitesse. Les moyens de détermination de la seconde vitesse Vs sont formés par le calculateur de l'instrument combiné 10, calculateur déjà utilisé pour le calcul de l'assiette et le calcul de la première vitesse Vc. L'invention a un intérêt particulier lorsqu'on utilise des composants déjà présents dans l'instrument combiné 10 à savoir le calculateur et les accéléromètres. Avantageusement, le (ou les) capteur 30 comporte un potentiomètre linéaire alimenté par l'instrument combiné 10. Le potentiomètre comporte un curseur manoeuvré par la biellette 25 ou 26 avec laquelle il coopère. L'instrument combiné 10 comporte en outre des moyens de détermination d'une troisième vitesse Va à partir d'une pondération de la première vitesse Vc et de la seconde vitesse Vs. Avantageusement, les moyens de détermination de la troisième vitesse Va utilisent également le calculateur de l'instrument combiné 10 déjà utilisé pour le calcul de l'assiette et le calcul des vitesses Vc et Vs. Avantageusement, la pondération ne se fait pas sur l'ensemble des vitesses que l'hélicoptère 21 peut atteindre. Plus précisément, la troisième vitesse Va est égale à la seconde vitesse Vs lorsque la seconde vitesse Vs est inférieure à une première valeur de vitesse V1. La troisième vitesse Va est égale à la première vitesse Vc lorsque la première vitesse Vc est supérieure à une seconde valeur de vitesse V2. Ce n'est qu'entre les deux valeurs V1 et V2, que la pondération est effective. Par exemple, entre V1 et V2, on a: Va = a.Vs + (1 a).Vc où a représente un coefficient de pondération variant entre 0 et 1. Pour éviter des sauts dans la valeur de Va, on donnera à a une valeur égale à 1 lorsque Vs = V1 et une valeur nulle lorsque Vc = V2. De V1 à V2 et on fera évoluer a de façon continue entre 1 et O. On peut par exemple donner à V1 une valeur de 30 noeuds et à V2 une valeur de 50 noeuds. On rappelle qu'un noeud est égal à 0,51 m/s. REVENDICATIONS 1. Instrument combiné (10) pour hélicoptère (21), comportant des moyens de détermination d'une première vitesse (Vc) de l'hélicoptère (21) à partir d'informations reçues de moyens de prise de pression (27, 28) de l'air entourant l'hélicoptère (21), des moyens de détermination de l'assiette de l'hélicoptère (21), des moyens de visualisation (11) de la vitesse et de l'assiette de l'hélicoptère (21), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détermination d'une seconde vitesse (Vs) de l'hélicoptère (21) à partir d'une information (BI) reçue d'un capteur de position (30) de moyens de commande (24, 25, 26) d'un pas cyclique d'un rotor (22) de l'hélicoptère (21) et d'une information (yl) reçue des moyens de mesure de l'assiette de l'hélicoptère (21). 2. Instrument combiné (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la première vitesse (Vc) comportent des moyens de mesure (7) d'une pression totale (Pt) d'un écoulement d'air entourant l'hélicoptère (1) et des moyens de mesure (8) d'une pression statique (Ps) de l'écoulement d'air. 3. Instrument combiné (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination de l'assiette de l'hélicoptère (21) comprennent des moyens de mesure inertielle fournissant à des moyens de calcul de l'instrument combiné (10) deux informations représentatives de l'accélération de l'hélicoptère (21) chacune dans une direction, les deux directions formant un plan sensiblement horizontal de l'hélicoptère (21) et en ce que les moyens de mesure inertielle sont inclus dans l'instrument combiné (10). 4. Instrument combiné (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des rnoyens de détermination d'une troisième vitesse (Va) de l'hélicoptère (1) à partir d'une pondération de la première (Vc) et de la seconde vitesse (Vs). 5. Instrument combiné (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la troisième vitesse (Va) est égale à la seconde vitesse (Vs) lorsque la seconde vitesse (Vs) est inférieure à une première valeur (V1) de vitesse, en ce que la troisième vitesse (Va) est égale à la première vitesse (Vc) lorsque la première vitesse est supérieure à une seconde valeur (V2) de vitesse, et en ce que la pondération est effective entre la première valeur (V1) et la seconde valeur (V2) de vitesse. 6. Instrument combiné (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'entre la première valeur (V1) de vitesse et la seconde valeur (V2) de vitesse la pondération est définie de la façon suivante: Va = aVs + (1 a)Vc où Va est la troisième vitesse, Vc est la première vitesse, Vs est la seconde vitesse et où a est un coefficient de pondération variant entre 0 et 1. 7. Dispositif comportant un instrument combiné (10) selon l'une des revendications précédentes, le capteur de position (30) et les moyens de commande (24, 25, 26) d'un pas cyclique d'un rotor (22), caractérisé en ce que les moyens de commande (24, 25, 26) d'un pas cyclique du rotor (22) comportent un plateau cyclique (24) dont l'orientation est déterminée par des biellettes (25, 26), et en ce que le capteur (30) comporte un potentiomètre linéaire alimenté par l'instrument combiné (10), le potentiomètre comportant un curseur manoeuvré par la biellette (25 ou 26) avec laquelle il coopère. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs (30) de position de la commande du pas cyclique du rotor (2) l'un pour un pas cyclique longitudinal et l'autre pour un pas cyclique transversal. 9. Procédé de détermination de la vitesse (Vs) d'un l'hélicoptère (21), caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des moyens de détermination de l'assiette de l'hélicoptère (21) présents dans un instrument combiné (10) monté à bord de l'hélicoptère (21) et une information (BI) reçue d'un capteur de position (30) de moyens de commande (24, 25, 26) d'un pas cyclique d'un rotor (22) de l'hélicoptère (21) et à afficher la vitesse sur des moyens de visualisation (11) de l'instrument combiné (10). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à É déterminer une première vitesse (Vc) de l'hélicoptère (21) à partir d'informations reçues de moyens de prise de pression (27, 28) de l'air entourant l'hélicoptère (21), É déterminer une seconde vitesse (Vs) de l'hélicoptère (21) à partir de l'information reçue d'un capteur de position (30) de moyens de commande (24, 25, 26) d'un pas cyclique d'un rotor (22) de l'hélicoptère (21) et d'une information reçue des moyens de mesure de l'assiette de l'hélicoptère (21). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à combiner la première vitesse (Vc) et la seconde vitesse (Vs) de façon à déterminer une vitesse pondérée (Va) selon un axe longitudinal de l'hélicoptère (21) et à afficher la vitesse pondérée (Va) sur les moyens de visualisation (11) de l'instrument combiné (10). 12. Procédé de réglage d'un instrument combiné (10) selon l'une des revendications 1 à 6, instrument combiné (10) déterminant une première vitesse Vc de l'hélicoptère (21) à partir d'informations reçues de moyens de prise de pression (27, 28) de l'air entourant l'hélicoptère (21) ainsi qu'une seconde vitesse Vs de l'hélicoptère (21) à partir d'une information BI reçue d'un capteur de position (30) de moyens de commande (24, 25, 26) d'un pas cyclique d'un rotor (22) de l'hélicoptère (21) et d'une information (yl) reçue des moyens de mesure de l'assiette de l'hélicoptère (21), la seconde vitesse Vs étant déterminée par l'équation suivante: Vs = [kl.arcsin(yl / g)+k2] [k3.Bl + k4] où yl représente l'accélération mesurée suivant un axe de l'hélicoptère, g représente l'accélération de la pesanteur et où k1 à k4 sont 30 des coefficients, caractérisé en ce qu'il consiste à É hélicoptère (21) au sol, on pose l'indicateur combiné (10) sur le plateau cyclique (24), on fait varier la commande de pas cyclique et on règle le rapport kl/k3 = 1 de manière à ce que l'indication de vitesse Vs reste constante; É hélicoptère (21) en vol stationnaire, à une altitude suffisamment haute pour éviter les effets de sol, par vent nul, on règle k2 k4 de manière à ce que l'indication de vitesse Vs soit nulle; si le vent n'est pas nul, on place l'axe de l'hélicoptère (21) perpendiculairement à l'axe du vent, É enfin, hélicoptère (21) volant à une certaine vitesse non nulle, par exemple 50 noeuds, on règle k3/k1 de manière à ce que la valeur de la première vitesse Vc soit identique à la valeur de la seconde vitesse Vs.