Brevet FR2906912A1 — publié le 20080411

Procédé et système de détermination et d'indication d'un niveau de gêne sonore à l'extérieur d'un aéronef. La présente invention est relative à un procédé et à un système de détermination et d'indication d'un niveau de gêne sonore à l'extérieur d'un 5 aéronef. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'hélicoptères. La présente invention est plus particulièrement relative à un procédé et à un système de détermination de données représentatives d'un niveau 10 de gêne sonore susceptible d'être ressentie par un humain situé à l'extérieur d'un giravion. Divers travaux ont été effectués afin d'essayer de maîtriser le niveau sonore produit par un aéronef et d'atténuer la gêne perceptible correspondante. 15 Différents systèmes relatifs au bruit provoqué par un aéronef ont été décrits dans les brevets US 2005/0098681, US 6198991 et EP 945841, JP 10038671 et JP 6206594. Il a été décrit dans les brevets FR-2 868 561 et WO 2005/100153 un procédé pour minimiser le bruit émis pendant le décollage et l'atterrissage 20 d'un giravion, et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Selon le procédé décrit, on fait des mesures de plusieurs niveaux acoustiques - le cas échéant pondérés - détectés par plusieurs microphones fixés à l'extérieur du giravion, pour plusieurs configurations se différentiant par la masse du giravion et par les régimes de rotation des 25 rotors. On établit ensuite des diagrammes d'isoniveaux acoustiques dans un système de coordonnées vitesse air sur trajectoire/vitesse air verticale en effectuant des corrections de bruit et de masse apparente. 2906912 2 On détermine ensuite en fonction des diagrammes correspondants des domaines de vol à un niveau de bruit maximal admissible. Lors d'un vol, on élabore des consignes de pilotage à partir de mesures des deux composantes de vitesse air, de la masse instantanée du giravion, et des domaines de vol préalablement enregistrés ; ces consignes sont visualisées sur un écran et le cas échéant transmises à un pilote automatique. Bien que ce procédé présente un intérêt, il ne permet pas au pilote de prendre conscience de la gêne susceptible de résulter, pour un humain, 10 du niveau sonore du giravion. C'est cette lacune que se propose de combler la présente invention. L'invention a également pour objet de proposer un système embarqué de détermination et d'indication au pilote d'un aéronef, en temps réel, du niveau de gêne susceptible d'être occasionnée par le 15 fonctionnement de l'aéronef, qui soit simplifié ou amélioré et/ou qui remédie, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients de ces systèmes. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de détermination d'un niveau de gêne sonore à l'extérieur d'un aéronef dans lequel : 20 on équipe un aéronef de plusieurs microphones (ou capteurs équivalents) externes puis, pendant un vol de référence de l'aéronef, on mesure des niveaux sonores à l'aide des microphones embarqués et on mesure (ou on estime) au moins deux composantes de la vitesse de l'aéronef par rapport à l'air 25 ( vitesse air ) et on mesure le cas échéant la masse de l'aéronef, et on calcule ensuite le kurtosis d'échantillons des mesures de niveaux sonores et on détermine un modèle des variations d'un niveau de gêne sonore en fonction des composantes de la vitesse air et le cas échéant la 2906912 3 masse de l'aéronef, le niveau de gêne sonore étant déterminé (calculé) en fonction du kurtosis. Selon des modes préférentiels de réalisation d'un procédé selon l'invention : 5 - on peut échantillonner les signaux délivrés par les microphones à une fréquence au moins égale à 5, 10 ou 20 kHz ; - on peut établir plusieurs modèles et on peut calculer plusieurs kurtosis, chaque modèle étant déterminé à partir des variations d'un kurtosis, chaque kurtosis étant calculé pour un des microphones ; à titre d'exemple, on peut mesurer le niveau sonore sur le coté gauche de l'aéronef et le niveau sonore sur le coté droit de l'aéronef ; sur un giravion, on peut mesurer le niveau sonore à proximité du rotor principal et le niveau sonore à proximité du rotor anti-couple ; on peut alors calculer les kurtosis respectifs d'échantillons de chacune de ces séries de mesures ; - avant de calculer le kurtosis, on peut atténuer les composantes basse fréquence du signal (des signaux) de mesure de niveau sonore ; - on peut pondérer et/ou écrêter le kurtosis et on peut déterminer le modèle en fonction du kurtosis pondéré et/ou écrêté ; - on peut appliquer au(x) signal(signaux) de mesure de niveau sonore, une pondération A, B, C ou D ; - on peut ajouter le niveau sonore pondéré au kurtosis le cas échéant pondéré ou écrêté, et on peut déterminer le modèle en fonction du résultat obtenu ; - le modèle peut consister essentiellement en des courbes de niveau de kurtosis, le cas échéant pondéré, écrêté, et/ou ajouté à un niveau sonore pondéré avec une pondération A, B, C ou D par exemple. 2906912 4 Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'indication à bord d'un aéronef d'un niveau de gêne sonore à l'extérieur de l'aéronef, dans lequel : - on mesure/estime deux composantes de la vitesse air de l'aéronef 5 et le cas échéant la masse de l'aéronef ; - on calcule un niveau de gêne sonore à partir d'un modèle de variation de kurtosis de niveau sonore en fonction des composantes de la vitesse air et le cas échéant de la masse de l'aéronef, et des composantes de vitesse air mesurées/estimées et le cas échéant la 10 masse de l'aéronef, et - on affiche sur un indicateur embarqué le niveau de gêne sonore calculé. Selon un mode préféré de réalisation, le modèle est obtenu par un procédé de détermination du niveau de gêne sonore tel que défini et/ou 15 décrit dans la présente. Le procédé de détermination du niveau de gêne et/ou le procédé d'indication du niveau de gêne peut (peuvent) être mis en oeuvre par une unité électronique de traitement de données, telle qu'un calculateur, fonctionnant sous la commande d'un programme. 20 Ainsi, selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un programme comportant un code fixé sur un support û tel qu'une mémoire û ou matérialisé par un signal, le code étant lisible et/ou exécutable par au moins une unité de traitement de données - telle qu'un processeur embarqué ou embarquable sur un aéronef, pour déterminer un niveau de 25 gêne sonore à l'extérieur de l'aéronef, le code comportant : - un premier segment de code û ou module de lecture û pour lire des premières données représentatives de niveaux sonores mesurés et des secondes données représentatives de mesure de composantes de la vitesse de l'aéronef ; 2906912 5 - un second segment de code û ou module de calcul û pour déterminer / calculer le kurtosis des premières données et pour déterminer, en fonction du kurtosis, des troisièmes données représentatives d'un niveau de gêne sonore, et ; 5 - un troisième segment de code û ou module d'écriture û pour enregistrer les secondes et troisièmes données. Ce programme peut comporter des segments de code pour effectuer respectivement les différentes opérations d'un procédé de détermination d'un niveau de gêne sonore selon l'invention. 10 Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un programme comportant un code fixé sur un support û tel qu'une mémoire û ou matérialisé par un signal, le code étant lisible et/ou exécutable par une unité de traitement de données - telle qu'un processeur û embarquée ou embarquable à bord d'un aéronef, pour indiquer à bord d'un aéronef un 15 niveau de gêne sonore à l'extérieur de l'aéronef, le code comportant : un premier segment de code û ou module de lecture û pour lire des quatrièmes données représentatives de mesures de composantes de la vitesse air de l'aéronef ; - un second segment de code û ou module de calcul pouvant 20 comporter un module d'interpolation û pour calculer au moins une donnée de gêne sonore à partir de données de variation de niveau(x) de gêne sonore en fonction des composantes de la vitesse air, et des quatrièmes données, et ; un troisième segment de code û ou module de commande 25 d'indication û pour commander un indicateur/afficheur en fonction de la donnée de gêne sonore calculée. Ce programme peut comporter des segments de code pour effectuer respectivement les différentes opérations d'un procédé d'indication d'un niveau de gêne sonore selon l'invention. 2906912 6 Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système embarqué d'indication à bord d'un aéronef d'un niveau de gêne sonore à l'extérieur de l'aéronef, qui comporte - un organe de mesure/lecture de composantes de la vitesse air de 5 l'aéronef, - une base de données représentant des variations d'un niveau de gêne sonore, - un dispositif d'affichage d'indications de niveau de gêne sonore, - un organe de calcul qui est relié à l'organe de mesure, à la base de 10 données, et au dispositif d'affichage, et qui est programmé pour calculer un niveau de gêne sonore à partir des données de la base de données et des mesures de vitesse air, et pour commander l'affichage du niveau de gêne sonore calculé sur le dispositif d'affichage. L'invention permet notamment d'estimer un niveau de gène sonore 15 en fonction de mesures instantanées ( en temps réel ) de paramètres (masse, vitesse) de vol, sans mesure de niveau sonore, et d'indiquer au pilote de l'aéronef ce niveau de gêne estimé. Quelques heures de vol peuvent suffire à constituer la base de données caractéristique d'un type déterminé d'aéronef ; cette base 20 comportant une quantité restreinte de données peut facilement être enregistrée dans une mémoire associée à un calculateur d'un aéronef du même type, pour servir ensuite à estimer et indiquer au pilote un niveau de gêne estimé en fonction de valeurs prises par les paramètres de vol. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention 25 apparaissent dans la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. 2906912 7 La figure 1 illustre schématiquement les composants principaux d'un système de détermination d'un niveau de gêne sonore externe et leurs interopérations pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention et la génération d'une base de données de gêne sonore embarquable. 5 La figure 2 illustre schématiquement les composants principaux d'un système d'indication en temps réel de la gêne sonore estimée conformément à l'invention. La figure 3 est un schéma similaire à la figure 1, pour l'estimation de deux niveaux de gêne à partir de deux séries d'échantillons délivrés 10 respectivement par deux microphones embarqués. La figure 4 est un schéma similaire à celui de la figure 2, pour l'indication d'un ou deux niveaux de gêne sonore obtenus par le système de la figure 3. La figure 5 illustre plus en détail un traitement de données pour la 15 détermination d'un niveau de gêne sonore à partir de mesures de niveau sonore externe. La figure 6 illustre trois parties d'un modèle de la gêne sonore correspondant respectivement à trois masses distinctes pour un même giravion, chaque modèle incluant une ou plusieurs courbes - isoniveau - 20 reliant des points d'un plan repéré par les valeurs de deux composantes de la vitesse air, pour lesquelles le niveau de gêne sonore est sensiblement le même. La figure 7 illustre un exemple de détermination d'un niveau instantané de gêne sonore, par interpolation entre des valeurs de gêne 25 sonore correspondant à des points d'un modèle (i.e. des données d'une base de données correspondant au modèle). La figure 8 est un graphe illustrant un exemple d'une fonction de pondération utilisable pour pondérer/écrêter des valeurs de kurtosis. 2906912 8 Par référence aux figures 1 et 3 notamment, le système de détermination d'un niveau de gêne sonore comporte un organe 10 embarqué d'estimation de la masse apparente courante d'un giravion, un ou deux organes(s) 11, 110 embarqué(s) de mesure du bruit à l'extérieur du 5 giravion, et un organe 12 de mesure ou d'estimation de la vitesse air du giravion sur sa trajectoire et de sa vitesse verticale par rapport à l'air. L'organe 10 peut être à cet effet relié à une jauge de carburant ; chaque organe 11, 110 peut être un microphone solidaire du fuselage du giravion. 10 L'organe 12 peut être intégré ou relié à un variomètre et une centrale anémo-barométrique. Les échantillons/données de mesure de niveau sonore délivrés par les capteurs 11, 110 sont transmis en entrée d'un module 13, 130 d'estimation d'un niveau de gêne sonore dont le fonctionnement est 15 détaillé plus loin en relation avec la figure 5. Ces mesures peuvent être réalisées au cours d'un seul vol de référence. Elles n'ont pas à être renouvelées sauf changement fondamental de configuration de l'aéronef, par exemple par une installation d'armement externe. 20 Les données de niveau de gêne délivrées en sortie du module 13, 130 sont transmises, de même que les données de vitesse issue de l'organe 12 et les données de masse issues de l'organe 10, en entrée d'un module 14 qui produit en sortie un modèle enregistré sous la forme d'une base de données 15, 150 répertoriant les variations des niveaux de gêne correspondant aux 25 données reçues des modules 13, 130 en fonction des données de masse apparente reçues de l'organe 10 et des données des composantes de vitesse reçues de l'organe 12. Le module 14 peut être, en tout ou partie, intégré à un calculateur situé au sol. 2906912 9 Par référence aux figures 2 et 4 notamment, en exploitation, après constitution de la base de données 15, 150, cette base de données est embarquée à bord d'un giravion équipé d'un organe 100 de mesure/collecte de données de masse apparente instantanée et d'un organe 120 de 5 mesure/collecte de composantes instantanées de vitesse air, qui sont identiques ou similaires aux organes 10, 12 mentionnés ci avant. Les données délivrées par ces organes 100, 120 sont délivrées à un module 18 d'estimation d'un niveau de gêne sonore ; ce niveau est estimé à intervalles de temps réguliers à partir des données de la base 15, 150, en 10 fonction des données de masse et de vitesse délivrées par les organes 100 et 120. Le niveau de gêne estimé est alors présenté au pilote sous la forme d'un ou plusieurs indicateurs visuels de niveau de gêne sonore, sur un dispositif 19 d'affichage commandé par le module 18. 15 Lorsque plusieurs modèles correspondant à plusieurs séries de mesures sonores ont été enregistrés dans la base de données 15, 150, on peut commander l'affichage du niveau de gêne estimé qui est le plus élevé ; on peut également commander l'affichage du niveau de gêne correspondant à une donnée de choix introduite dans le calculateur par le pilote, ou bien 20 commander l'affichage simultané de plusieurs niveaux de gêne estimés. La couleur (rouge ou vert par exemple) de l'indicateur visuel peut être automatiquement déterminée en fonction du niveau de gêne sonore, afin d'attirer l'attention du pilote lorsque le niveau de gêne estimé est élevé. Dans le même but, on fait de préférence varier de façon croissante 25 avec le niveau de gêne estimé, au moins une dimension de l'indicateur telle que sa hauteur. Par référence à la figure 5 en particulier, la détermination d'un niveau de gêne sonore en fonction de mesures de niveau sonore peut comporter les opérations suivantes : 2906912 10 -échantillonnage E des mesures de bruit MB à une fréquence d'au moins 5kHz ; - numérisation N des signaux échantillonnés ; - après un éventuel filtrage F, calcul du kurtosis K des échantillons 5 numérisés ; pour un ensemble de n valeurs {x,} numérisées dont la moyenne est notée x, le kurtosis K est généralement calculé par : n~ (x, û x)4 i2 ' 1(x, ûx)2 - la valeur de kurtosis obtenue peut être pondérée par une fonction P de pondération telle que celle dont le graphe est illustré figure 8 ; 10 - la valeur de kurtosis ainsi pondérée/écrêtée est utilisée, ainsi que les mesures MV des composantes de vitesse effectuées simultanément aux mesures MB de niveau sonore, par un module I de compression/vectorisation qui détermine, dans un repère correspondant aux composantes VI, V2 de vitesse air, des courbes 15 Cl, C2, C3 illustrées figure 6 ; de telle sorte que, sur l'une quelconque de ces courbes, tous les points correspondent à un kurtosis (pondéré) de même valeur. Des données correspondant à ces courbes du plan V1, V2 sont enregistrées pour former la base de données 15, 150. 20 Comme illustré schématiquement figure 6, les données de la base 15, 150 peuvent correspondre à plusieurs réseaux de courbes Cl, C2, C3, chaque réseau correspondant à une masse apparente distincte M1, M2, M3 du giravion. Ainsi, lors de l'utilisation de cette base de données embarquée, on 25 peut déterminer pour chacune des trois masses apparentes pour lesquelles K = 2906912 11 la base a été constituée, un niveau de kurtosis (niveau de gêne) en fonction des valeurs mesurées 1\1V1, MV2 à un instant donné, des composantes de la vitesse air de l'aéronef. On dispose ainsi de trois valeurs G1, G2, G3 de niveau de gêne 5 correspondant respectivement, pour les conditions de vol mesurées, aux valeurs M1, M2, M3 de masse apparente. Par interpolation, on détermine ensuite le niveau G estimé de gêne sonore en fonction de la valeur mesurée courante M de la masse apparente de l'aéronef (cf. figure 7). 10 Par référence à la figure 5, on peut également ajouter au kurtosis pondéré, le niveau sonore numérisé (et le cas échéant filtré) pondéré par une pondération A, B, C, ou D, pour obtenir un niveau de gêne estimé servant à l'enregistrement du modèle de la base de données 15, 150. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'un niveau de gêne sonore à l'extérieur d'un aéronef dans lequel : on équipe un aéronef de plusieurs microphones (11, 110) externes 5 puis, pendant un vol de référence de l'aéronef, on mesure des niveaux sonores à l'aide des microphones embarqués et on mesure au moins deux composantes de la vitesse de l'aéronef par rapport à l'air et le cas échéant on mesure la masse de l'aéronef, 10 caractérisé en ce qu'on calcule ensuite le kurtosis d'échantillons des mesures de niveaux sonores et on détermine un modèle (15, 150) des variations d'un niveau de gêne sonore en fonction des composantes de la vitesse air et le cas échéant la masse de l'aéronef, le niveau de gêne sonore étant déterminé en fonction du kurtosis. 15 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on échantillonne les signaux délivrés par les microphones à une fréquence au moins égale à 5, 10 ou 20 kHz. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on établit plusieurs modèles et on calcule plusieurs kurtosis, chaque modèle étant 20 déterminé à partir des variations d'un kurtosis, chaque kurtosis étant calculé pour un des microphones. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, avant de calculer le kurtosis, on atténue les composantes basse fréquence du signal (des signaux) de mesure de niveau sonore. 25 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel on pondère le kurtosis et on détermine le modèle en fonction du kurtosis pondéré. 2906912 13 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on écrête le kurtosis, et on détermine le modèle en fonction du kurtosis écrêté. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans 5 lequel on applique au(x) signal(signaux) de mesure de niveau sonore, une pondération A, B, C ou D. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on ajoute le niveau sonore pondéré au kurtosis le cas échéant pondéré ou écrêté, et on détermine le modèle en fonction du résultat obtenu. 10 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel le modèle consiste essentiellement en des courbes de niveau de kurtosis, le cas échéant pondéré, écrêté, et/ou ajouté à un niveau sonore pondéré avec une pondération A, B, C ou D par exemple. 10. Procédé d'indication à bord d'un aéronef d'un niveau de gêne 15 sonore à l'extérieur de l'aéronef, dans lequel : on mesure/estime deux composantes de la vitesse air de l'aéronef et le cas échéant la masse de l'aéronef, on calcule un niveau de gêne sonore à partir d'un modèle (15, 150) de variation de kurtosis de niveau sonore en fonction des composantes de 20 la vitesse air et le cas échéant de la masse de l'aéronef, et des composantes de vitesse air mesurées/estimées et le cas échéant la masse de l'aéronef, et on affiche sur un indicateur (19) embarqué le niveau de gêne sonore calculé. 11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel le modèle est 25 obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11 dans lequel le calcul des niveaux de gêne sonore comporte une opération d'interpolation de valeurs. 2906912 14 13. Programme comportant un code lisible et/ou exécutable par au moins une unité de traitement de données pour déterminer un niveau de gêne sonore à l'extérieur de l'aéronef, le code comportant : - un premier segment de code ù ou module de lecture ù pour lire des premières données représentatives de niveaux sonores mesurés et des secondes données représentatives de mesure de composantes de la vitesse de l'aéronef, - un second segment de code ou module de calcul ù pour déterminer / calculer le kurtosis des premières données et pour déterminer, en fonction du kurtosis, des troisièmes données représentatives d'un niveau de gêne sonore, et - un troisième segment de code ù ou module d'écriture ù pour enregistrer les secondes et troisièmes données (15, 150). 14. Programme selon la revendication 13 comportant des segments 15 de code pour effectuer les opérations d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 15. Programme comportant un code lisible et/ou exécutable par une unité de traitement de données embarquée ou embarquable à bord d'un aéronef, pour indiquer à bord de l'aéronef un niveau de gêne sonore à 20 l'extérieur de l'aéronef, le code comportant : - un premier segment de code ù ou module de lecture ù pour lire des quatrièmes données représentatives de mesures de composantes de la vitesse air de l'aéronef, - un second segment de code ù ou module de calcul pouvant 25 comporter un module d'interpolation ù pour calculer au moins une donnée de gêne sonore à partir de données (15, 150) de variation de niveau(x) de gêne sonore en fonction des composantes de la vitesse air, et des quatrièmes données, et 2906912 - un troisième segment de code ù ou module de commande d'indication ù pour commander un indicateur/afficheur (19) en fonction de la donnée de gêne sonore calculée. 16. Système (20) embarqué d'indication à bord d'un aéronef d'un 5 niveau de gêne sonore à l'extérieur de l'aéronef, qui comporte - un organe (100, 120) de mesure/lecture de composantes de la vitesse air de l'aéronef, -une base de données (15, 150) représentant des variations d'un niveau de gêne sonore, 10 - un dispositif (19) d'affichage d'indications de niveau de gêne sonore, - un organe (18) de calcul qui est relié à l'organe de mesure, à la base de données, et au dispositif d'affichage, et qui est programmé pour calculer un niveau de gêne sonore à partir des données de la base de données et des 15 mesures de vitesse air, et pour commander l'affichage du niveau de gêne sonore calculé sur le dispositif d'affichage. 17. Système selon la revendication 16 dans lequel les données de gêne sonore de la base de données sont susceptibles d'être déterminées par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 18. Système selon la revendication 16 ou 17 dans lequel l'organe de calcul fonctionne sous la commande d'un programme selon la revendication 15.